PEGylation (หรือpegylation ) คือกระบวนการเชื่อมต่อหรือการรวมตัวของ สายโซ่ พอลิเมอร์โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG ซึ่งในทางเภสัชกรรมเรียกว่าmacrogol ) กับโมเลกุลและโครงสร้างขนาดใหญ่ เช่น ยา โปรตีนบำบัด หรือเวสิเคิล ทั้งแบบพันธะโควาเลนต์และพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์ ซึ่งจะถูกเรียกว่าPEGylated [ ^{1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] PEGylation}ส่งผลต่อปฏิกิริยาของอนุพันธ์หรือสารรวมตัวที่เกิดขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปจะทำให้การรวมตัว การย่อยสลาย และการกำจัดในร่างกายช้าลง^{[ 5 ] [ 6 ]}

การทำ PEGylation มักทำได้โดยการบ่มอนุพันธ์ของ PEG ที่ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลเป้าหมาย การเชื่อมต่อ PEG กับยาหรือโปรตีนบำบัดด้วยพันธะโควาเลนต์สามารถ "ปกปิด" สารนั้นจากระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์ (ลดภูมิคุ้มกันและแอนติเจน ) และเพิ่มขนาดไฮโดรไดนามิก (ขนาดในสารละลาย) ซึ่งยืดระยะเวลาการไหลเวียนโดยลด การขับออก ทางไต การทำ PEGylation ยังสามารถทำให้ ยาและโปรตีนที่ไม่ชอบน้ำละลายน้ำได้อีกด้วย เทคโนโลยี PEGylation ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีข้อดี ทางเภสัชวิทยาและเป็นที่ยอมรับ จึงเป็นรากฐานของอุตสาหกรรมมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ที่กำลังเติบโต^{[ 7 ]}

PEGylation คือกระบวนการเชื่อมต่อสายของพอลิเมอร์ PEG เข้ากับโมเลกุล ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นเปปไทด์โปรตีนและ ชิ้นส่วน แอนติบอดีซึ่งสามารถปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพของยา หลายชนิด ได้^{[ 9 ] [ 10 ]}กระบวนการนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างการจับตัวทางไฟฟ้าสถิตความชอบน้ำฯลฯการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีเหล่านี้ช่วยเพิ่มการคงอยู่ของตัวยาในระบบ นอกจากนี้ยังสามารถส่งผลต่อความสัมพันธ์ในการจับตัวของส่วนประกอบยากับตัวรับเซลล์ และสามารถเปลี่ยนแปลงรูปแบบการดูดซึมและการกระจายตัวได้

การ PEGylation โดยการเพิ่มน้ำหนักโมเลกุลของโมเลกุลสามารถให้ประโยชน์ทางเภสัชวิทยาที่สำคัญหลายประการเหนือรูปแบบที่ไม่ได้รับการดัดแปลง เช่น ความ สามารถในการละลาย ของยา ที่ดี ขึ้น ความถี่ในการให้ยาที่ลดลงพร้อมความเป็นพิษ ที่อาจลดลง และประสิทธิภาพที่ไม่ลดลง อายุการหมุนเวียนที่ยาวนานขึ้น ความเสถียร ของยา ที่เพิ่มขึ้น และการป้องกันที่เพิ่มขึ้นจากการย่อยสลายด้วยโปรตีโอไลติก รูปแบบ PEGylated อาจมีสิทธิ์ได้รับการคุ้มครองสิทธิบัตรด้วย^{[ 11 ]}

การยึดติดของพอลิเมอร์เฉื่อยและชอบน้ำได้รับการรายงานครั้งแรกราวปี 1970 เพื่อยืดอายุของเลือดและควบคุมภูมิคุ้มกันของโปรตีน[ ^{12 ] โพ} ลีเอทิลีนไกลคอลถูกเลือกเป็นพอลิเมอร์^{[ 13 ] [ 14 ]}ในปี 1981 เดวิสและอบูโชว์สกีได้ก่อตั้ง Enzon, Inc. ซึ่งนำยา PEGylated สามชนิดออกสู่ตลาด ต่อมาอบูโชว์สกีได้ก่อตั้งและดำรงตำแหน่ง CEO ของ Prolong Pharmaceuticals ^{[ 15 ]}

คุณค่าทางคลินิกของการทำ PEGylation ได้รับการยอมรับอย่างดีแล้ว ADAGEN (pegademase bovine) ที่ผลิตโดย Enzon Pharmaceuticals, Inc., สหรัฐอเมริกา เป็นโปรตีน PEGylated ตัวแรกที่ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA) ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2533 เพื่อวางจำหน่ายในตลาด ใช้ในการรักษา โรคภูมิคุ้มกันบกพร่องแบบรุนแรง (ADA-SCID) ชนิดหนึ่ง เป็นทางเลือกแทนการปลูกถ่ายไขกระดูกและการทดแทนเอนไซม์ด้วยยีนบำบัด นับตั้งแต่การเปิดตัว ADAGEN ยาโปรตีนและเปป ไทด์ PEGylated จำนวนมากได้ตามมา และอีกหลายชนิดอยู่ระหว่างการทดลองทางคลินิกหรืออยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ยอดขายของผลิตภัณฑ์ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดสองรายการ ได้แก่ Pegasys และ Neulasta มีมูลค่าเกิน 5 พันล้านดอลลาร์ในปี พ.ศ. 2554 ^{[ 16 ] [ 17 ]}ยา PEGylated ที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ทั้งหมดประกอบด้วย methoxypoly(ethylene glycol) หรือ mPEG ยา PEGylated ที่วางจำหน่ายในตลาด (เรียงตามลำดับย้อนหลังตามปีที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA) ได้แก่: ^{[ 18 ]}

• ลิปิดที่ถูก PEGylated ถูกใช้เป็นสารช่วยในวัคซีน Modernaและวัคซีน COVID-19 ของ Pfizer–BioNTechทั้งสองวัคซีน RNAประกอบด้วย Messenger RNA หรือ mRNA ที่ห่อหุ้มอยู่ในฟองของโมเลกุลน้ำมันที่เรียกว่าลิปิด โดยใช้เทคโนโลยีลิปิดที่เป็นกรรมสิทธิ์ของแต่ละวัคซีน ในวัคซีนทั้งสอง ฟองเหล่านี้ถูกเคลือบด้วยโมเลกุลโพลีเอทิลีนไกลคอลซึ่งเป็นโมเลกุลที่ช่วยให้คงตัว ณ เดือนธันวาคม 2020 มีข้อกังวลว่า PEG อาจกระตุ้นให้เกิดอาการแพ้^{[ 19 ] [ 20 ]}ดังที่ปรากฏว่าเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 19 ธันวาคมในกลุ่ม "บุคลากรทางการแพทย์ของอลาสก้า" อย่างน้อย 3 คนที่ได้รับวัคซีน Pfizer–BioNTech COVID-19 ^{[ 21 ]}โมเลกุล PEGylated เฉพาะในวัคซีน Moderna เรียกว่าDMG-PEG 2000
• Pegvaliase (Biomarin) – ฟีนิลอะลานีนแอมโมเนียไลเอสรีคอมบิแนนท์ ที่ถูก PEGylated สำหรับการรักษาโรคฟีนิลคีโตนูเรียได้รับการอนุมัติจากFDAสำหรับสหรัฐอเมริกาในเดือนพฤษภาคม 2018 ^{[ 22 ] [ 23 ]}
• Adynovate – ปัจจัย ต้านฮีโมฟิเลีย VIII ที่ถูก PEGylated สำหรับการรักษาผู้ป่วยโรคฮีโมฟิเลีย A ( Baxalta , 2015) ^{[ 24 ]}
• อิริโนเทแคนไลโปโซม (Onivyde) – อิริโนเทแคนไฮโดรคลอไรด์ไตรไฮเดรต ในรูปแบบไลโปโซมที่เคลือบด้วย PEG สำหรับการรักษาโรคมะเร็ง ตับอ่อนระยะแพร่กระจาย ในผู้ใหญ่ที่ได้รับการรักษาด้วย ยา เจมซิตาบีนมาก่อน ( Ipsen , 2015)
• Plegridy – อินเตอร์เฟรอนเบตา-1a ที่ผ่านการดัดแปลงด้วย PEG สำหรับการรักษาผู้ป่วยโรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง ชนิดกำเริบซ้ำ ( Biogen , 2014)
• นาล็อกเซกอล (โมแวนติก) – นาล็อกซอล ที่ผ่านการดัดแปลงด้วย PEG สำหรับรักษาอาการท้องผูกที่เกิดจากยาโอปิออยด์ ในผู้ใหญ่ที่มีอาการปวดเรื้อรังที่ไม่เกี่ยวข้องกับมะเร็ง ( เมทาโดนที่ไม่ผ่านการดัดแปลงด้วย PEG อาจทำให้เกิดอาการไม่พึงประสงค์ในระบบทางเดินอาหาร ) ( แอสตราเซเนกา , 2014)
• เพจิเนซาไทด์ (โอโมนตีส์) – ยาที่ใช้รักษาภาวะโลหิตจางที่เกี่ยวข้องกับโรคไต เรื้อรัง ในผู้ใหญ่ที่ได้รับการฟอกไต เดือนละครั้ง ( แอฟฟีแม็กซ์ / ทาเคดะ ฟาร์มาซูติคอลส์ , 2012)
• Pegloticase (Krystexxa) – PEGylated uricaseสำหรับการรักษาโรคเกาต์ ( Savient , 2010)
• Certolizumab pegol (Cimzia) – แอนติบอดีโมโนโคลนอลสำหรับรักษา โรค ข้ออักเสบรูมาตอยด์ ระดับปานกลางถึงรุนแรง และโรคโครห์นซึ่งเป็นความผิดปกติของระบบทางเดินอาหารที่มีการอักเสบ ( Nektar / UCB Pharma , 2008)
• เมทอกซีโพลีเอทิลีนไกลคอล-อีโปเอตินเบตา (Mircera) – รูปแบบ PEGylated ของอีริโทรโปเอตินเพื่อต่อสู้กับภาวะโลหิตจางที่เกี่ยวข้องกับโรคไตเรื้อรัง ( Roche , 2007)
• เพกาปทานิบ (Macugen) – ใช้รักษาโรคจอประสาทตาเสื่อมชนิดมีเส้นเลือดงอก ใหม่ ( ไฟเซอร์ , 2004)
• เพ็กฟิลกราสติม (นอยลาสต้า) – ปัจจัยกระตุ้นการสร้างเม็ดเลือดขาว ชนิดแกรนูโลไซต์ ของมนุษย์ แบบรีคอมบิแนนท์ที่ถูกดัดแปลงด้วย PEG สำหรับภาวะเม็ดเลือดขาว ต่ำอย่างรุนแรง ที่เกิดจากเคมีบำบัดในโรคมะเร็ง ( แอมเจน , 2002)
• เพกวิโซแมนต์ (โซมาเวอร์ท) – สารต้านตัวรับมิวทีนของฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์ ชนิด PEG สำหรับรักษาโรคอะโครเมกาลี ( ไฟเซอร์ , 2002)
• เพกินเทอร์เฟอรอน อัลฟา-2เอ (Pegasys) – อินเตอร์เฟอรอนอัลฟา ที่ผ่านการดัดแปลงด้วย PEG สำหรับใช้ในการรักษาโรคไวรัสตับอักเสบซี เรื้อรัง และไวรัสตับอักเสบบี ( Hoffmann-La Roche , 2002)
• เพกินเทอร์เฟรอน อัลฟา-2บี (PegIntron) – อินเตอร์เฟรอนอัลฟาที่ผ่านการดัดแปลงด้วย PEG สำหรับใช้ในการรักษาโรคไวรัสตับอักเสบซี เรื้อรัง และไวรัสตับอักเสบบี ( Schering-Plough / Enzon , 2000)
• ไลโปโซมโดโซรูบิซินไฮโดรคลอไรด์ (Doxil/Caelyx) – ไลโปโซม ที่เคลือบด้วย PEG ซึ่งบรรจุโดโซรูบิซินสำหรับการรักษาโรคมะเร็ง (Alza, 1995)
• เพกาสปาร์กาเซ (ออนคาสปาร์) – แอ ล-แอสพาราจิเนส ที่ผ่านการดัดแปลงด้วย PEG สำหรับการรักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลัน ในผู้ป่วยที่มีอาการแพ้ต่อ แอล-แอสพาราจิเนสในรูปแบบดั้งเดิมที่ไม่ได้รับ การดัดแปลง ( เอนซอน , 1994) ยานี้เพิ่งได้รับการอนุมัติให้ใช้เป็นยาหลักในการรักษา
• เพกาเดเมส โบวีน (อะดาเจน) – เอนไซม์ PEG-อะดีโนซีนดีอะมีเนสสำหรับการรักษาโรคภูมิคุ้มกันบกพร่องรุนแรง (SCID) (เอนซอน, 1990)

PEGylation มีประโยชน์ในทางปฏิบัติในด้านเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการส่งมอบโปรตีน^{[ 28 ]}การถ่ายทอดเซลล์และการแก้ไขยีนในเซลล์ที่ไม่ใช่มนุษย์^{[ 29 ]}

ขั้นตอนแรกของการทำ PEGylation คือการปรับแต่งพอลิเมอร์ PEG ให้เหมาะสมที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้าน PEG ที่ถูกกระตุ้นที่ปลายแต่ละด้านด้วยหมู่ฟังก์ชันที่ทำปฏิกิริยาได้เหมือนกันเรียกว่า " โฮโมไบฟังก์ชันัล " ในขณะที่หากหมู่ฟังก์ชันที่มีอยู่แตกต่างกัน อนุพันธ์ของ PEG จะถูกเรียกว่า " เฮเทอโรไบฟังก์ชันัล " หรือ " เฮเทอโรฟังก์ชันัล" อนุพันธ์ของพอลิเมอร์ PEG ที่มีฤทธิ์ทางเคมีหรือถูกกระตุ้นจะถูกเตรียมขึ้นเพื่อเชื่อมต่อ PEG กับโมเลกุลที่ต้องการ^{[ 30 ]}

กระบวนการ PEGylation โดยรวมที่ใช้ในปัจจุบันสำหรับการเชื่อมต่อโปรตีนสามารถจำแนกได้กว้างๆ เป็นสองประเภท ได้แก่ กระบวนการแบบแบทช์ในเฟสสารละลายและกระบวนการแบบเฟดแบทช์บนคอลัมน์^{[ 31 ]}กระบวนการแบบแบทช์ที่ง่ายและใช้กันทั่วไปนั้นเกี่ยวข้องกับการผสมสารรีเอเจนต์เข้าด้วยกันในสารละลายบัฟเฟอร์ ที่เหมาะสม โดยควรทำที่อุณหภูมิระหว่าง 4 ถึง 6  °C ตามด้วยการแยกและการทำให้บริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการโดยใช้เทคนิคที่เหมาะสมตามคุณสมบัติทางกายภาพและ เคมี รวมถึงโครมาโทกราฟีแบบแยกขนาด (SEC) โครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออน (IEX) โครมาโทกราฟีแบบปฏิสัมพันธ์ไฮโดรโฟบิก (HIC) และเมมเบรนหรือระบบสองเฟสในน้ำ ( ATPS ) ^{[ 32 ] [ 33 ]}

การเลือกกลุ่มฟังก์ชันที่เหมาะสมสำหรับอนุพันธ์ PEG ขึ้นอยู่กับประเภทของกลุ่มปฏิกิริยาที่มีอยู่บนโมเลกุลที่จะเชื่อมต่อกับ PEG สำหรับโปรตีน กรดอะมิโนปฏิกิริยาทั่วไป ได้แก่ไลซีนซิสเทอีนฮิสติ ดีน อาร์จินีน กรดแอสปา ร์ติก กรดกลูตามิกเซรีน ทรีโอนีนและไทโรซีนกลุ่มอะมิโนที่ปลาย N และกรดคาร์บอกซิลิก ที่ปลาย C สามารถใช้เป็นตำแหน่งเฉพาะโดยการเชื่อมต่อกับพอลิเมอร์ฟังก์ชันอัลดีไฮด์ได้ เช่นกัน ^{[ 34 ]}

เทคนิคที่ใช้ในการสร้างอนุพันธ์ PEG รุ่นแรกโดยทั่วไปคือการทำปฏิกิริยาระหว่างพอลิเมอร์ PEG กับหมู่ฟังก์ชันที่ทำปฏิกิริยากับหมู่ไฮดรอกซิล ซึ่งโดยทั่วไปคือ แอนไฮไดรด์กรดคลอไรด์คลอโรฟอร์เมตและคาร์บอเนตในเคมี PEGylation รุ่นที่สอง มีหมู่ฟังก์ชันที่มีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น อัลดีไฮด์เอสเทอร์อะไมด์เป็นต้น ที่สามารถนำมาใช้ในการเชื่อมต่อได้

เนื่องจากการประยุกต์ใช้ PEGylation มีความก้าวหน้าและซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ จึงมีความต้องการ PEG แบบ heterobifunctional เพิ่มมากขึ้นสำหรับการเชื่อมต่อ PEG แบบ heterobifunctional เหล่านี้มีประโยชน์มากในการเชื่อมโยงสองเอนทิตี โดยต้องการตัวเชื่อมที่มีคุณสมบัติชอบน้ำยืดหยุ่น และเข้ากันได้ทางชีวภาพ กลุ่มปลายที่นิยมใช้สำหรับ PEG แบบ heterobifunctional ได้แก่ maleimide , vinyl sulfones , pyridyl disulfide , amine , carboxylic acidsและNHS esters ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

สารเพกิเลชันรุ่นที่สามซึ่งพอลิเมอร์มีการแตกแขนง เป็นรูปตัว Y หรือรูปหวี มีจำหน่ายและแสดงให้เห็นถึงความหนืดที่ลดลงและไม่มีการสะสมในอวัยวะ^{[ 38 ]}เมื่อเร็วๆ นี้ วิธีการ ทางเอนไซม์ ของ PEGylation ก็ได้รับการพัฒนาขึ้นเช่นกัน จึงขยายเครื่องมือการเชื่อมต่อให้กว้างขึ้น^{[ 39 ] [ 40 ]} คอนจูเกต PEG-โปรตีนที่ได้จากวิธีการทางเอนไซม์มีการนำไปใช้ ในทางคลินิกแล้ว เช่นLipegfilgrastim , Rebinyn , Esperoct

ความไม่แน่นอนของเวลาในการกำจัดสารประกอบ PEGylated อาจนำไปสู่การสะสมของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงในตับ ทำให้เกิดinclusion bodiesโดยไม่มีผลกระทบทางพิษวิทยาที่ทราบ^{[ 41 ]}นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงความยาวของโซ่อาจนำไปสู่เวลาในการกำจัดที่ไม่คาดคิดในร่างกาย [ ^{42 ] ยิ่ง} ไปกว่านั้น สภาวะการทดลองของปฏิกิริยา PEGylation (เช่น pH อุณหภูมิ เวลาปฏิกิริยา ต้นทุนโดยรวมของกระบวนการ และอัตราส่วนโมลระหว่างอนุพันธ์ PEG และเปปไทด์) ยังมีผลกระทบต่อความเสถียรของผลิตภัณฑ์ PEGylated ขั้นสุดท้ายอีกด้วย^{[ 43 ]} เพื่อเอาชนะข้อจำกัดที่กล่าวมาข้างต้น นักวิจัยหลายคนได้เสนอกลยุทธ์ต่างๆ เช่น การเปลี่ยนขนาด (Mw) จำนวน ตำแหน่ง และประเภทของการเชื่อมต่อของโมเลกุล PEG ^{[ 44 ] [ 45 ]}การเชื่อมต่อกับพอลิแซ็กคาไรด์ ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทน PEGylation เป็นอีกวิธีหนึ่งในการแก้ ปัญหา การย่อยสลายได้ทางชีวภาพของ PEG ^{[ 46 ]}

• ไซโตโครม ซี
• อินเตอร์เฟอรอน
• การดูดซับ/ไอออนไนซ์ด้วยเลเซอร์โดยใช้เมทริกซ์ช่วย
• โปรตีโอมิกส์
• อนุภาคนาโนไขมันแข็ง