Vector Laboratories|用于生物偶聯(lián)療法BioDesign? dPEG?Linker連接平臺
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術(shù)語dPEG?代表“離散PEG(discrete PEG)”,這是一種均一的、單分子量(MW)、高純度的新一代聚乙二醇聚合物。Vector Laboratorie采用其受專利保護(hù)的專有生產(chǎn)工藝,可生產(chǎn)提供適合于各種應(yīng)用場景,具有特定分子量、活性基團(tuán)、功能分子和架構(gòu)(如圖1和圖2所示)dPEG。PEG分子本身具有惰性、無毒性、水溶性和生物相容性,這些特性與dPEG的上述所提及的特征相結(jié)合時,它將成為設(shè)計、優(yōu)化與開發(fā)生物偶聯(lián)療法的強(qiáng)有力工具[1][2]。
Vector Labs可提供的dPEG產(chǎn)品種類
基于dPEG的系列產(chǎn)品
◆?用于偶聯(lián)生物制品、有效載荷、載體和表面的Homo-、hetero-和多功能交聯(lián)劑。
◆?各類反應(yīng)基團(tuán)種類繁多,可用于偶聯(lián)反應(yīng)的基團(tuán),包括點擊化學(xué)(click chemistry),生物正交(biorthogonal),位點特異性(site-specific),酶催化(enzymatic)和隨機(jī)方法(stochastic approaches)。
◆?柔性Linker架構(gòu)設(shè)計的構(gòu)建模塊和中間體。
◆?具有各種規(guī)格、結(jié)構(gòu)和加帽的化學(xué)修飾試劑。
◆?用于聚合物和脂質(zhì)納米顆粒的嵌段共聚物。
◆?親和標(biāo)簽,如生物素、脂質(zhì)和半抗原等
◆?高親水性的熒光基團(tuán)
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圖 1:dPEG??產(chǎn)品的功能基團(tuán)、反應(yīng)基團(tuán)、標(biāo)記基團(tuán)和保護(hù)基團(tuán)示例。
圖2:dPEG?產(chǎn)品的可用架構(gòu)。支鏈dPEG?產(chǎn)品可以有3個或9個分支。Sidewinder?產(chǎn)品是一類新的dPEG?結(jié)構(gòu),可通過多種新方式將dPEG?應(yīng)用于診斷和治療行業(yè)。BodyArmor?產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類似于Sidewinder,但其包括額外的正交dPEG?鏈。
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dPEG與傳統(tǒng)PEG的比較
傳統(tǒng)的PEG(聚乙二醇)具有較大的分子量,并具有分散性。其在藥物開發(fā)中的首次臨床應(yīng)用是對蛋白質(zhì)、肽和酶(Oncaspar、Adagen、Peg-Intron等)進(jìn)行PEG化,以改善其藥物代謝和藥代動力學(xué) (DMPK) 特性。 這種通過共價連接PEG來改變藥物理化(PC)或 DMPK特性的方法目前已用于多種治療方式,包括抗體片段、肽、小分子、寡核苷酸和納米顆粒等。
Vector Laboratories的dPEG或均一PEG(均質(zhì)PEG)可用于進(jìn)一步優(yōu)化藥物理化和治療藥物的吸附、分布、代謝、消除和毒性(ADMET)特性,以達(dá)到靶向性、溶解性和穩(wěn)定性的要求。表1列舉了dPEG與傳統(tǒng)PEG 相比的一些優(yōu)勢。
表1:傳統(tǒng)PEG和dPEG的區(qū)別。
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Fig1 ?傳統(tǒng)PEG和 dPEG?(Vectorlabs)質(zhì)譜圖比較
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dPEG的廣泛應(yīng)用
由于其獨特的生物相容性、一致性和可設(shè)計性,dPEG可在各種應(yīng)用中提供良好的性能,主要包括以下方面:
◆?作為偶聯(lián)物的Linker,如抗體藥物偶聯(lián)物(ADCs)、片段藥物偶聯(lián)物(FDCs)、蛋白質(zhì)藥物偶聯(lián)物(PDCs)、小分子藥物偶聯(lián)物(SMDCs)、寡核苷酸偶聯(lián)物(OCs)和藥物傳遞系統(tǒng)(DDS),沒有烷基linker的疏水性和多分散linker的不確定性(見表2)。
◆?間隔劑和空間修飾試劑(Spacers and spatial modifiers),以高度的靈活性探索和優(yōu)化臨近效應(yīng)(proximity effects)。
◆?表面調(diào)節(jié)劑用于改變小分子、寡核苷酸、多肽、蛋白質(zhì)、抗體、聚合物、樹狀大分子、脂質(zhì)納米顆粒和無機(jī)表面/納米顆粒的大小、形狀、電荷、疏水性、滲透性等
表2:不同交聯(lián)劑類型的比較
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dPEG與傳統(tǒng)PEG以及其他烷基交聯(lián)劑產(chǎn)品的優(yōu)勢。
作為Linker的dPEG
研究證明,通過交聯(lián)劑將不同物質(zhì)結(jié)合在一起的能力已被證明是診斷和藥物輸送系統(tǒng)中非常有用的一項技術(shù)。由多分散PEG組成的交聯(lián)劑已被用于制備多種多聚物以及將靶向配體偶聯(lián)到納米顆粒上。這通常用于需要非常大的尺寸以提供良好的DMPK性能并且受多分散性影響較小。然而,一些特性,如靶結(jié)合或細(xì)胞內(nèi)化,可能會受到大尺寸的不利影響,進(jìn)而對PEG鏈長度變化的治療敏感性也會有所差異。但是,更小的均一dPEG則可以解決這些難題。由小烷基組成的傳統(tǒng)交聯(lián)劑(如SPDP, SIAB, SMCC, EMCS等)多年來也一直是用于生物偶聯(lián)的支柱,但隨著共軛設(shè)計變得更加復(fù)雜,它們固有的疏水性也導(dǎo)致其應(yīng)用受到限制。例如,當(dāng)多個實體分子共軛在一起或進(jìn)行接近性分析時,連接劑成分對克服固有的疏水性至關(guān)重要。雖然有幾種烷基連接劑能夠以磺化形式存在,可以提高較小的連接劑的水溶性,但它們在較大結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用中仍然存在問題。此外,多種帶負(fù)電荷的磺酸鹽也可能會導(dǎo)致非特異性相互作用。
dPEG產(chǎn)品將烷基連接物的精確性以及PEG的生物相容性結(jié)合在一起,沒有任何疏水缺陷,具有高度的靈活性,并且其擁有多種獨特的結(jié)構(gòu)來確定結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系并優(yōu)化偶聯(lián)性質(zhì)。在下面的例子中,Vector Laboratories展示了dPEG?linker的獨特優(yōu)勢。
【小分子偶聯(lián)物(Small molecule conjugates)】
有研究證明了使用dPEG將小分子與診斷顯像劑連接起來的優(yōu)勢。例如,當(dāng)用2 kDa PEG、1 kDa PEG或dPEG24交聯(lián)劑制備熒光素標(biāo)記的葉酸二聚體時,具有dPEG24交聯(lián)的二聚體表現(xiàn)出最高的細(xì)胞攝取量。在另一項關(guān)于多肽多聚體的研究中,PCMA靶向配體的兩種二聚體通過兩種均一的PEG4?linker與DOTA結(jié)合,提供了一種四聚體,比二聚體和單體結(jié)合物具有更好的藥代動力學(xué)特點(PK)和腫瘤靶向性。
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【多肽偶聯(lián)物(Peptide Conjugates)】
研究表明,dPEG間隔劑(dPEG spacers)可以改善多肽藥物偶聯(lián)物的性能。例如,可以通過使用dPEG4間隔劑提高RGD-隱霉素偶聯(lián)物的溶解度。此外,dPEG4還可以促進(jìn)RGD-Glu-MMAE偶聯(lián)物的有效載荷釋放。
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【寡核苷酸偶聯(lián)物(Oligo Conjugates)】
目前,寡核苷酸藥物的遞送是限制其應(yīng)用的主要障礙之一。因此,科研工作者們研發(fā)設(shè)計了多種基于PEG交聯(lián)劑的提送系統(tǒng)用于寡核苷酸偶聯(lián)物的遞送,包括抗體偶聯(lián)物,肽偶聯(lián)物和脂質(zhì)偶聯(lián)物。例如,有多種脂質(zhì)-寡核苷酸偶聯(lián)物(lipid-ON conjugates),包括線性和SideWinder?型dPEG4間隔劑,可用于調(diào)節(jié)藥代動力學(xué)表現(xiàn)和跨膜遞送。
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【降解物和降解物偶聯(lián)物(Degraders and Degrader Conjugates)】
鄰近誘導(dǎo)降解(Proximity-induced degradation)是一種很有前景的新方法,可用于對無法藥物治療的靶點進(jìn)行藥物治療的研究,且PROTACs是較受歡迎的降解物之一。連接酶和目標(biāo)蛋白的配體之間的連接物通常是烷基linker或短而均一的PEG4 linker,它們在PROTAC的開發(fā)中起著關(guān)鍵作用。通過優(yōu)化dPEG的長度可以實現(xiàn)高效的降解,并且一些基于dPEG的linker有助于設(shè)計“可點擊”的PROTAC,從而更快地優(yōu)化配體組合。
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【片段偶聯(lián)物(Fragment Conjugates)】
目前,正在研發(fā)中的片段偶聯(lián)物有望克服與抗體大尺寸相關(guān)的研究難點,例如抗體藥物擴(kuò)散性和腫瘤組織穿透力差等。由于抗體片段的尺寸較小,連接體linker的特性可以在修飾偶聯(lián)物的性質(zhì)方面發(fā)揮更大的作用。例如,使用不同長度的dPEG間隔劑將靶向雙特異性抗體的TAG72與DOTA進(jìn)行交聯(lián)。dPEG48間隔劑能夠增加雙特異性抗體的流體力學(xué)體積,從而減少腎臟清除率,提高腫瘤攝取。其中dPEG48間隔劑提供最高的腫瘤/腎臟比率。Vector Labs的SideWinder?交聯(lián)劑也被證明對diabody-TCO-MMAE偶聯(lián)物有益,其中較小體積的生物制劑需要正交PEG修飾劑來防止TCO觸發(fā)物在體內(nèi)失活。
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【抗體偶聯(lián)物(Antibody Conjugates)】
抗體偶聯(lián)藥物(ADC)利用dPEG間隔劑的特性來抵消疏水性有效載荷的不利影響,并改善PC、PK、BD和毒性。雖然線性dPEG交聯(lián)劑提供了疏水性降低的有效載荷(例如,特西林),但類Sidewinder?的交聯(lián)劑已被證明可以增加腫瘤攝取,減少脫靶攝取,并提高ADC對各種有效載荷的耐受性。此外,有研究證實,類BodyArmor? linker還可以提供額外的結(jié)構(gòu)變量,用于控制有效載荷保護(hù)和酶介導(dǎo)的有效載荷釋放。
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【納米顆粒偶聯(lián)物(NP Conjugates)】
納米顆粒通常通過被動靶向改善藥物遞送,目前正在探索通過連接靶向目標(biāo)實現(xiàn)主動靶向。傳統(tǒng)而言,這一方法是通過多分散的PEG交聯(lián)劑實現(xiàn)的,但抗原結(jié)合和細(xì)胞內(nèi)化都受到PEG涂層和交聯(lián)劑中EO單位數(shù)量的影響。在一項關(guān)于靶向膠束和脂質(zhì)體的研究中發(fā)現(xiàn),使用不同長度的dPEG交聯(lián)劑連接整合素或HER2靶向肽,細(xì)胞內(nèi)化取決于dPEG長度、靶向抗原和納米顆粒的類型。只有dPEG才能優(yōu)化具有這種粒度的靶向納米顆粒的的性能。
共價連接dPEG可作為PC和ADMET性能改良劑
【抗體片段(Antibody fragments)】
工程抗體片段的 PEG 化通常使用較大的多分散 PEG(Cimzia、Dapirolizumab Pegol 等)來延長小分子量蛋白的半衰期。最近,Genentech公司的研究人員注意到,將多種Fab偶聯(lián)物與16 kDa的支鏈dPEG(QBD-11487)偶聯(lián)后,其流體力學(xué)半徑約為5 nm,超過了公認(rèn)的腎臟過濾尺寸臨界值。另外,Astra Zeneca 公司的研究人員制備了一組雙特異性抗體偶聯(lián)物,并注意到通過與較小支鏈的 5 kDa dPEG(如 QBD-11471)偶聯(lián),雙特異性抗體的尺寸可從 2.9 nm 增加到 3.3 nm。雖然該偶聯(lián)物仍表現(xiàn)出明顯的腎臟積聚,但藥物的半衰期T?相對于原Fab藥物增加了7.5倍,而且在肺、脾和皮膚中的組織/腫瘤比率相對于含有較大多分散PEG偶聯(lián)物更為有利。
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【肽(Peptides)】
將肽PEG化或?qū)?/span>PEG共價連接到肽上,仍然是改善肽的DMPK特性的一種很有吸引力的方法。目前處于臨床試驗階段的肽-PEG偶聯(lián)物包括艾塞那肽、腎上腺髓質(zhì)素和培莫沙肽(exenatide, adrenomedullin, and sihematide)。將較小的均一PEG(如dPEG)共價連接到肽上,以改變其物理化學(xué)性質(zhì)和ADMET特征,最近取得了更多成功。例如,臨床前研究表明,dPEG24 (QBD-11304)與甘丙肽和NPY肽結(jié)合可防止它們穿過血腦屏障 (BBB),從而使中樞和外周作用分離,同時促進(jìn)鎮(zhèn)痛活性。將dPEG24加入Zilucoplan的結(jié)構(gòu)中[3]也被證明具有良好的PC和DMPK特性,該療法最近獲得FDA批準(zhǔn),用于治療成人患者的重癥肌無力(gMG)。
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【小分子(Small molecules)】
早期的臨床前研究一般采用大PEG作為載體,以延長小分子的半衰期,改善疏水性小分子的水溶性,并通過被動儲存來改善腫瘤靶向性。將小dPEG與小分子偶聯(lián)以改善 PC 性能或體內(nèi)性能的成功案例數(shù)不勝數(shù)。例如,于2014年獲批的,Movantik,其使用一種小而均勻的PEG7偶聯(lián)μ-阿片樣物質(zhì)拮抗劑(μ-opioid antagonist)來防止穿過血腦屏障,以促進(jìn)治療阿片誘導(dǎo)的便秘(OIC),且無中樞神經(jīng)系統(tǒng)活性。
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【寡核苷酸(Oligonucleotides (ONs)】
雖然核苷或磷酸骨架的化學(xué)衍生化解決了治療性寡核苷酸的許多潛在問題,但包括反義核酸、轉(zhuǎn)義核酸、siRNA和miRNA在內(nèi)的各種核酸都被PEG化了。研究發(fā)現(xiàn),短dPEG12能夠與siRNA的有義鏈或反義鏈偶聯(lián),并且對mRNA敲除沒有不利影響;短 dPEG12 與磷酸二酯和硫代磷酸酯反義制劑連接,對基因沉默能力也沒有不利影響。因此,小 dPEG(small dPEGs) 可增強(qiáng)寡核苷酸的化學(xué)衍生作用。
【納米顆粒(NPs)和藥物輸送系統(tǒng)(Nanoparticles (NPs) and Drug Delivery Systems)】
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納米顆粒有多種形式,包括樹狀大分子聚合物、聚合納米顆粒、脂質(zhì)納米顆粒和無機(jī)顆粒。雖然它們都有特定的考慮因素,但納米顆粒表面的PEG化已被證明對大多數(shù)形式有益。其PEG化可以避開免疫系統(tǒng)的識別和清除,并減少血清蛋白的非特異性吸附。目前已經(jīng)有幾種PEG化納米顆粒在臨床得到使用(Spikevax、Comirnaty等)。另外,還有更多的PEG化納米顆粒正處于臨床試驗階段(如Promitil、ThermoDox等),所有這些都使用2kDa的PEG。雖然這通常是多分散PEG的領(lǐng)域,但也有采用這種截留分子量的dPEG產(chǎn)品。并且大量研究表明,包括PEG長度在內(nèi)的變量可能有利于血清蛋白的吸附、通過粘液和細(xì)胞外基質(zhì)的運(yùn)輸,以及加速血漿清除過程。
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dPEG在化學(xué)和生物學(xué)的十字路口
總而言之,dPEG技術(shù)是眾多生物偶聯(lián)療法和臨床診斷分析的基礎(chǔ)。眾多研究已經(jīng)展示了基于dPEG linker的實用性,并闡述了這種交聯(lián)劑優(yōu)越的靶標(biāo)特異性,其能夠改善腫瘤攝取并具有更低的毒性。使用dPEG作為連接劑(linker)、改性劑、嵌段共聚物或功能標(biāo)簽的優(yōu)勢在于它的離散性,這是傳統(tǒng)PEG所不具備的。
Vector Laboratories擁有深厚的技術(shù)專長和制造能力,可以幫助您設(shè)計和開發(fā)獨特的基于dPEG的產(chǎn)品,以便將其運(yùn)用到您的偶聯(lián)方案中。通過BioDesign服務(wù),我們可以為您提供個性化的專家指導(dǎo)咨詢,將您的生物偶聯(lián)療法提升到一個新的水平。
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文獻(xiàn)引用
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品牌簡介
Vector Laboratories位于舊金山灣區(qū),由Jim Whitehead博士于1976年創(chuàng)建該品牌,Vector致力于為世界各地的研究人員創(chuàng)造性能最佳的產(chǎn)品。2016年被Maravai LifeSciences品牌收購,成為其品牌一部分。Vector Laboratories是研發(fā)免疫組織化學(xué)、免疫熒光、糖生物學(xué)和生物結(jié)合的標(biāo)記和檢測試劑的先驅(qū),并已成為該領(lǐng)域市場的領(lǐng)導(dǎo)者。作為第一家開發(fā)出avidin-biotin酶復(fù)合物試劑盒(VECTASTAIN ABC試劑盒)用于免疫組織化學(xué)染色和抗熒光淬滅封片劑(VECTASHIELD??Mounting Media)用于免疫熒光染色的商業(yè)化公司,Vector已經(jīng)從世界各地引進(jìn)了600多種用于疾病和治療研究的試劑和試劑盒。Vector的設(shè)施通過了ISO?9001:2015認(rèn)證,其研究成果已被350,000多種科學(xué)出版物引用。
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