Применение этиленгликоль пгу: Применение Этиленгликоля

2. Свойства ПЭГ

ПЭГ в его наиболее распространенной форме представляет собой простой или разветвленный полиэфир с концевыми гидроксильными группами.ПЭГ синтезируется анионной полимеризацией этиленоксида, инициированной нуклеофильной атакой гидроксид-иона на эпоксидное кольцо. Наиболее полезным для модификации полипептидов является монометокси-ПЭГ (мПЭГ). С другой стороны, мПЭГ синтезируется путем анионной полимеризации с раскрытием цикла, инициированной метоксид-ионами. Успешное конъюгирование ПЭГ с биомолекулой зависит от химической структуры, молекулярной массы, стерических затруднений и реакционной способности биомолекулы, а также полимера. Чтобы синтезировать биоконъюгат, оба химических соединения (т.е.например, биоактивный, а также полимер) должны обладать реакционной или функциональной группой, такой как –COOH, –OH, –SH или –NH ₂ . Следовательно, синтетическая методология образования конъюгата включает либо защиту, либо снятие защиты с групп [18].

3. Архитектура и дизайн наноносителей на основе ПЭГ

Необходимо разработать простую, но подходящую методологию конъюгации ПЭГ. Наиболее часто используемые стратегии конъюгации включают использование обоих связывающих агентов, таких как дициклогексилкарбодиимид (DCC) и 1-этил-3- (3-диметиламинопропил) карбодиимид (EDC), или использование сложных эфиров N -гидроксисукцинимида (NHS).Химическая конъюгация лекарств или других биомолекул с полимерами и их модификациями может образовывать устойчивые связи, такие как сложный эфир, амид и дисульфид. Результирующая связка должна быть относительно стабильной, чтобы предотвратить высвобождение лекарства во время его транспортировки, пока оно не достигнет мишени. Ковалентные связи (например, сложноэфирные или амидные) являются сравнительно стабильными связями и могут доставлять лекарство в целевой участок. Однако в некоторых случаях такие связи не могут легко высвобождать нацеливающие агенты и пептиды под влиянием приемлемых изменений окружающей среды [19].В прошлом пролекарства ПЭГ были разработаны в основном для доставки противоопухолевых агентов из-за их общего воздействия на лечение. Однако следует отметить, что ожидается, что противоопухолевое пролекарство PEG будет стабильным во время циркуляции и разлагаться / гидролизоваться только при достижении целевого сайта. Следовательно, конъюгаты ПЭГ-лекарство могут быть адаптированы для высвобождения исходного лекарственного средства in situ при активации внеклеточными или внутриклеточными ферментами или изменением pH.

ПЭГ обладает ограниченной способностью к конъюгации, поскольку он обладает только одной (двумя в случае модифицированных ПЭГ) концевой функциональной группой на конце полимерной цепи.Чтобы преодолеть это ограничение ПЭГ, было предложено сочетание аминокислот, таких как бикарбоновая аминокислота и аспарагиновая кислота, с ПЭГ [20, 21]. Такая дериватизация увеличивает количество активных групп исходной молекулы ПЭГ. Используя тот же метод с рекурсивной дериватизацией, дендримерные структуры также были получены на каждом конце PEG. Однако в исследовании авторы обнаружили низкую реакционную способность групп бикарбоновых кислот по отношению к связыванию арабинофуранозилцитозина (Ara-C) из-за стерических затруднений между двумя молекулами Ara-C при конъюгации с соседними карбоксильными фрагментами.Было высказано предположение, что этот эффект может быть преодолен путем включения плеч дендримеров с аминоспиртом (H ₂ N– [CH ₂ –CH ₂ –O] ₂ –H).

Полимеры ПЭГ с гидроксильными концами можно легко модифицировать молекулами алифатических цепей или небольшими аминокислотами. Например, противоопухолевый агент 1- β -D-Ara-C был ковалентно связан с концевыми ПЭГ с разной молекулярной массой через аминокислотный спейсер для улучшения стабильности in vivo и времени пребывания в крови [22].Конъюгацию проводили с одной или двумя доступными гидроксильными группами на концах полимера. Кроме того, чтобы увеличить лекарственную нагрузку полимера, гидроксильные группы PEG были функционализированы бикарбоновой аминокислотой с образованием тетрафункционального производного. Наконец, были приготовлены конъюгаты с четырьмя или восемью молекулами Ara-C для каждой цепи PEG (рис. 4). Авторы исследовали стерические препятствия в конъюгатах PEG-Ara-C, используя молекулярное моделирование, чтобы исследовать наиболее подходящую бикарбоновую аминокислоту с наименьшими стерическими препятствиями.Обычно гидроксильные группы PEG активируются нитрофенилхлорформиатом p с образованием стабильной карбаматной связи между PEG и аминокислотой. Степень активации гидроксильной группы PEG с помощью p -нитрофенилхлорформиата определяли с помощью УФ-анализа p -нитрофенола, высвобожденного из PEG- p -нитрофенилкарбоната после щелочного гидролиза. Активированный PEG был дополнительно связан с аминокислотой, а промежуточная PEG-аминокислота была связана с Ara-C посредством активации EDC / NHS.

3.1. Сложные эфиры ПЭГ-N-гидроксисукцинимида (NHS) и методы связывания

Сложные эфиры ПЭГ-NHS легко доступны, которые реагируют с нуклеофилами, высвобождая уходящую группу NHS и образуя ацилированный продукт [23] (рис. 5 (а)). NHS является выбором для аминового сочетания из-за его более высокой реакционной способности при физиологических реакциях pH при биоконъюгированном синтезе. В частности, карбоксильные группы, активированные сложными эфирами NHS, обладают высокой реакционной способностью по отношению к нуклеофилам амина и очень часто встречаются в пептидах и белках.Полимеры, содержащие реакционноспособные гидроксильные группы (например, PEG), могут быть модифицированы для получения ангидридных соединений. С другой стороны, мПЭГ может быть ацетилирован ангидридами с образованием сложноэфирной группы, оканчивающейся свободными карбоксилатными группами (рис. 6).

Реактивный ПЭГ и его производные сукцинимидилсукцинат и сукцинимидилглутамат используются для конъюгации с лекарственными средствами или белками. Реакции сочетания с участием аминогрупп обычно бывают двух типов: (а) ацилирование, (б) алкилирование. Эти реакции сравнительно эффективны для образования стабильной амидной связи.Кроме того, реакции сочетания карбодиимидов или сшивающие агенты нулевой длины широко используются для реакций сочетания или конденсации. Большинство методологий сочетания включают использование гетеробифункционального реагента для связывания через модифицированные остатки лизина на одном белке с сульфгидрильными группами на втором белке [24], в то время как модификация остатков лизина включает использование гетеробифункционального реагента, содержащего функциональную группу NHS, вместе с малеимид или защищенная сульфгидрильная группа. Образованная связь представляет собой либо дисульфидный мостик, либо тиоэфирную связь, в зависимости от того, является ли введенная группа либо сульфгидрилом, либо малеимидом, соответственно.Тиоловая группа во втором белке может быть эндогенным свободным сульфгидрилом или быть введена химически путем модификации остатков лизина.

4. Конъюгаты пролекарств PEG как системы доставки лекарств

Обычно низкомолекулярные соединения диффундируют в нормальные и опухолевые ткани через слой эндотелиевых клеток кровеносных капилляров [7]. Конъюгация низкомолекулярных лекарств с высокомолекулярными полимерными носителями приводит к образованию высокомолекулярных пролекарств (рис. 1). Однако такая конъюгация существенно меняет механизм интернализации и накопления клеток.Высокомолекулярные препараты интернализуются в основном за счет эндоцитоза, который представляет собой гораздо более медленный процесс интернализации по сравнению с простой диффузией. Следовательно, в случае эндоцитоза требуется более высокая концентрация лекарственного средства вне клетки для получения того же клеточного эффекта, что и соответствующее низкомолекулярное лекарственное средство [7]. Следовательно, пролекарства с более высокой молекулярной массой проявляют более низкую удельную активность по сравнению со свободной формой лекарств. Например, полимерные противораковые пролекарства обычно менее токсичны по сравнению с их свободной формой, но для их цитотоксичности требуются существенно более высокие концентрации внутри опухоли.Компенсация этого снижения эффективности лекарственного средства может быть достигнута путем нацеливания полимерного лекарственного средства на конкретный орган, ткань и / или клетку [7].

Обычно используются следующие два подхода для нацеливания полимерных противораковых препаратов на опухоль или раковые клетки [25, 26]: (1) пассивное нацеливание, (2) активное нацеливание.

4.1. Пассивное нацеливание на лекарство: эффект EPR

Пассивное нацеливание — это подход к доставке лекарств, при котором лекарства доставляются к намеченному участку путем конъюгирования с полимером, который высвобождает лекарство за пределы целевого участка из-за измененных условий окружающей среды (рис. 6 (а)).Опухоли и многие воспаленные участки тела имеют сверхпроницаемую сосудистую сеть и плохой лимфатический дренаж, что пассивно обеспечивает повышенное удержание макромолекул в опухоли и воспаленной области тела [27–30]. Это явление называется эффектом повышенной проницаемости и удерживания (ЭПР) [27]. Он представляет собой одну из практических стратегий доставки противоопухолевых лекарств на основе носителей. Эффект ЭПР в основном используется для пассивного нацеливания из-за накопления пролекарства в опухоли или воспаленной области. Низкомолекулярные препараты, ковалентно связанные с высокомолекулярными носителями, неэффективно удаляются из-за затрудненного лимфодренажа и, следовательно, накапливаются в опухолях.В то время как эффект ЭПР усиливает способность к пассивному нацеливанию из-за более высокой скорости накопления лекарственного средства в опухоли и, следовательно, из-за накопления, пролекарство медленно высвобождает молекулы лекарства, которые обеспечивают высокую биодоступность и низкую системную токсичность [30].

Пассивное накопление макромолекул, таких как ПЭГ и другие наночастицы, в солидных опухолях — это явление, которое, вероятно, в течение нескольких лет игнорировалось как потенциальная биологическая мишень для избирательной доставки лекарств в опухоли. Существование эффекта ЭПР было экспериментально подтверждено Дэвидом и соавт., для систем доставки макромолекулярных противораковых лекарств [31]. Кроме того, пассивное нацеливание увеличивает концентрацию конъюгата в среде опухоли и, следовательно, «пассивно» заставляет полимерное лекарственное средство проникать в клетки посредством градиента концентрации между внутриклеточным и внеклеточным пространством и поэтому не очень эффективно. Более эффективный способ обеспечить нацеливание — это «активное нацеливание» [32].

4.2. Активное нацеливание

Подход активного нацеливания основан на взаимодействии между конкретными биологическими парами (например,g., рецептор лиганда, антитело к антигену, субстрат фермента) (Рисунок 6 (a)) [33]. Активное нацеливание достигается путем присоединения нацеливающих агентов, которые связываются со специфическими рецепторами на поверхности клетки, к пролекарству с помощью различных химических процессов конъюгации. Наиболее широко используемые нацеливающие группы представляют собой пептидные лиганды, остатки сахаров, антитела и аптамеры, специфичные для определенных рецепторов, селектинов, антигенов и мРНК, экспрессируемых в клетках или органах-мишенях. Направленный противоопухолевый конъюгат LHRH-PEG-CPT является примером такой системы направленной доставки противоопухолевого лекарственного средства [7].В этой системе пептид LHRH используется в качестве нацеливающего фрагмента на соответствующие рецепторы, сверхэкспрессируемые в некоторых раковых клетках, полимер PEG — в качестве носителя и CPT — в качестве противоракового препарата. Взаимодействие этих нацеливающих групп с их молекулой-мишенью приводит к поглощению лекарства двумя основными способами: (i) интернализацией всего пролекарства или (ii) интернализацией лекарства в клетки-мишени посредством различных путей эндоцитоза и фагоцитоза [34].

(i) Интернализация пролекарства
В этой системе лекарство расщепляется внутриклеточно после эндоцитоза.Интернализованное пролекарство проявляет фармакологическую активность при достижении цитозоля или ядра, которые являются местами действия внутриклеточно активных лекарственных средств. Этот процесс можно разделить на несколько отдельных шагов, схематически представленных на рисунке 6 (b). Взаимодействие целевого пролекарства с соответствующим рецептором инициирует рецептор-опосредованный эндоцитоз за счет образования эндоцитарных пузырьков и ограниченных мембраной эндосом транспортных пузырьков с полимерной системой доставки внутри [6]. Активность препарата сохраняется во время внутриклеточного транспорта, поскольку покрытая мембраной эндосома предотвращает разложение лекарств ферментами клеточной детоксикации.Эндосомы сливаются с лизосомами, образуя вторичные лизосомы. Если конъюгат лекарственное средство-полимер сконструирован путем включения ферментативно расщепляемой связи, тогда лекарственное средство высвобождается из конъюгата полимер-лекарственное средство лизосомными ферментами и может выйти из лизосомы путем диффузии. Преимущество этого подхода — высокая локальная концентрация препарата с потенциальным увеличением эффективности [30].

(ii) Интернализация лекарственного средства
В этой системе конъюгат лекарственного средства расщепляется внеклеточно.

Микроокружение опухолей, как сообщается, является слегка кислым на животных моделях и пациентах-людях, а значение pH в опухолевой ткани часто на 0,5–1,0 единицы ниже, чем в нормальной ткани.

5. Подходы и приложения

5.1. Полимерные конъюгаты терапевтически подходящих белков

Потенциальная ценность белков, таких как антитела, цитокины, факторы роста и ферменты, в качестве терапевтических средств была признана в течение многих лет. Однако успешной разработке и применению терапевтических белков часто препятствуют несколько трудностей, например, короткая циркуляция 𝑡 _1/2 , низкая стабильность, дороговизна производства, низкая биодоступность, иммуногенный и аллергический потенциал.Изящный метод преодоления большинства этих трудностей — прикрепление цепей PEG к поверхности белка. ПЭГилирование нативного белка обычно маскирует поверхность белка, ингибирует антитела или клетки, обрабатывающие антиген, и снижает деградацию протеолитическими ферментами [6]. Кроме того, пегилирование нативного белка увеличивает его молекулярный размер и в результате продлевает период полужизни in vivo , что, в свою очередь, позволяет реже вводить терапевтический белок.

Наиболее распространенным химическим подходом к получению конъюгатов ПЭГ-белок было связывание –NH ₂ групп белков и мПЭГ с электрофильной функциональной группой [36]. Такие реакции конъюгирования обычно приводят к образованию полимерных цепей, ковалентно связанных с глобулярным белком в ядре. Фигуры 7 (a) и 7 (b) иллюстрируют обычно используемые методы реагентов, модифицирующих белок на основе mPEG. Производные 1 и 2 содержат реакционноспособный остаток арилхлорида, который замещается нуклеофильной аминогруппой в результате реакции с пептидами или белками, как показано на Рисунке 7 (b).Производные 1 и 2 являются ацилирующими реагентами, тогда как производные 3–11 содержат реакционноспособные ацильные группы, называемые ацилирующими агентами. Модификация белка всеми этими агентами приводит к образованию ацилированных аминосодержащих связей: амидов, полученных из активных сложных эфиров 3–6 и 11, или карбаматов, полученных из 7–10. Алкилирующие реагенты 12 и 13 реагируют с белками, образуя конъюгацию вторичного амина с аминосодержащими остатками. Как показано на Фигуре 7 (а), трезилат 12 алкилирует напрямую, а ацетальдегид 13 используется в реакциях восстановительного алкилирования.Цифры 1–13 обозначают порядок введения этих активированных полимеров [6, 36].

Адаген (пегадемаза крупного рогатого скота), используемый для лечения тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИД), ​​разработан с использованием полимера ПЭГ. Химический состав ПЭГ может привести к побочной реакции или слабым связям при конъюгации с полипептидами и линейными ПЭГ с низким молекулярным весом (≤12 кДа). Его получают сначала взаимодействием мПЭГ (Mw 5000 Да) со спейсером из янтарного ангидрида. Образовавшуюся карбоксильную группу ПЭГ янтарной кислоты активируют с помощью N -гидроксисукцинимида (NHS) с использованием карбодиимидных связующих агентов.Группа NHS замещается неспецифической реакцией с боковыми цепями нуклеофильных аминокислот [37]. Другое пролекарство PEG Enzon (Oncaspar ^® ) также синтезируется с использованием сукцинимидилсукцината PEG [37]. Сложный эфир ПЭГ и тиоэфиры очень чувствительны к гидролизу, и, таким образом, модификация происходит в основном на аминах, образующих амиды. Конъюгат с ПЭГилированным белком CERA, продукт Hoffmann-LaRoche (Mircera), синтезируется путем присоединения NHS-активированной монометокси-ПЭГ-бутановой кислоты к лизину 46 и 52 на эритропоэтине (ЭПО) [38, 39].А также Hoffman-La Roche

5 Использование пропиленгликоля

Пропиленгликоль (PG) — чрезвычайно гигроскопичное соединение, не имеющее цвета и запаха. Не путать с его опасным родственником, этиленгликолем, PG — нетоксичное вещество, которое было признано безопасным FDA.

Его смешиваемость с водой и другими растворителями делает пропиленгликоль пригодным для различных областей применения. Чтобы узнать больше об этом соединении, мы уже говорили об этом здесь. В противном случае, давайте перейдем к пяти вариантам использования пропиленгликоля.

1. Нетоксичный антифриз

Только в последние несколько лет пропиленгликоль использовался в новой версии антифриза, который заменяет составы на основе этиленгликоля.

Это изменение произошло не потому, что пропиленгликоль работал лучше, чем этиленгликоль, а потому, что он был менее токсичен.

Этиленгликоль — чрезвычайно токсичное химическое вещество, которое при проглатывании превращается в кристаллы оксалата кальция. Затем эти кристаллы накапливаются в сердце, легких и почках, что может нанести непоправимый ущерб.

Из-за характерного сладкого запаха и вкуса этиленгликоля многие дети и домашние животные случайно его употребляют. В частности, известно, что домашние животные поглощают любой антифриз на основе этиленгликоля, который капает или проливается на подъездной дорожке, и это часто заканчивается смертельным исходом.

Антифриз на основе пропиленгликоля, с другой стороны, является нетоксичной альтернативой. Это связано с тем, что при употреблении он превращается в два безвредных химических вещества: уксусную кислоту (также известную как уксус) и пировиноградную кислоту (нормальное производство в процессе метаболизма глюкозы).

Пропиленгликоль используется в антифризах, потому что, как и этиленгликоль, он снижает температуру замерзания воды, препятствуя образованию кристаллов льда.

2. Пищевая промышленность

Еще одним свидетельством нетоксичной природы PG является его использование в пищевой промышленности, где он, помимо прочего, служит в качестве увлажнителя, растворителя и консерванта. Пропиленгликоль имеет E-номер E1520.

Одна из причин, по которой пропиленгликоль используется в различных пищевых продуктах, заключается в том, что он не реагирует сам по себе, что позволяет ему выполнять свою работу, не влияя на другие ингредиенты.

Гигроскопические свойства пропиленгликоля также важны при его применении в пищевых продуктах. Привлекая и удерживая вещества на водной и масляной основе, PG способен обеспечить однородное распределение в смеси. Это означает, что он может, например, равномерно распределить пищевой краситель.

Его гигроскопичность и смешиваемость также делают PG отличным увлажнителем, так как он может сохранять влажность пищевых продуктов, таких как выпечка. Это тоже помогает их сохранить.

3. Фармацевтика

Пропиленгликоль используется в ряде пероральных, местных и внутривенных лекарств.Он также используется как стабилизатор лекарственного средства и как растворитель.

Его смешиваемость с водой позволяет использовать PG в качестве растворителя для нерастворимых фармацевтических препаратов. Диазепам, например, способствует смешиваемости пропиленгликоля.

PG аналогичным образом используется при внутривенном введении лекарств, помогая организму более эффективно поглощать химические вещества.

Хотя существуют опасения по поводу токсичности пропиленгликоля, важно помнить, что он распадается в организме в течение 48 часов и не образует вредных кристаллов.Вот почему он известен как небиоаккумулятивный, так как не накапливается в нашем организме.

4. Lush Cosmetics

Пропиленгликоль используется не только в качестве увлажнителя в пищевой промышленности, но и в косметике. Привлекая воду из воздуха, он хорошо работает в увлажняющих средствах и средствах по уходу за волосами, удерживая влагу.Фактически, компания Lush даже использует его более чем в 67 своих продуктах для купания.

PG не только смягчает кожу и волосы, притягивая влагу, но также ограничивает рост бактерий и увеличивает срок хранения косметических продуктов.

В косметике, в том числе в Lush, растительный продукт PG становится все более популярным из-за его натурального происхождения.

Вместо использования PG, который был преобразован из пропена, побочного продукта ископаемого топлива, многие PG косметического класса были получены из растений, чтобы обеспечить максимальную безопасность и эффективность.

5. Электронные сигареты

Электронные сигареты — менее вредная альтернатива курению. Они работают, нагревая никотиновый картридж, содержащий жидкость. Это происходит, когда пользователь начинает вдыхать.

Жидкость для электронных сигарет транспортируется из картриджа в распылитель, где обычно впитывается ватой. Тепло, вызванное вдохом, затем превращает жидкость в пар, который человек выдыхает.

Электронные сигареты содержат несколько химикатов, безопасность которых снова и снова оспаривается.Пропиленгликоль — одно из таких химикатов.

Жидкость, которая используется в картридже для электронных сигарет, часто содержит растительный глицерин и пропиленгликоль. Они также смешаны с ароматизаторами и никотином.

Глицерин — вязкое вещество, и его присутствие в электронной жидкости помогает сделать облака пара более густыми. Однако его вязкость как жидкости может привести к плохой транспортировке электронной жидкости к распылителю. Поэтому пропиленгликоль добавляют в качестве разбавителя.

Пропиленгликоль облегчает впитывание жидкости для электронных сигарет хлопком в распылителе, а его низкая плотность предотвращает скопление остатков внутри.

PG аналогичным образом используется в дымовых или туманных машинах. Если вы когда-нибудь были на театральном представлении или музыкальном концерте, где используется искусственный дым, облака чаще всего содержат пропиленгликоль.

Это правда, что пропиленгликоль находит широкое применение во многих отраслях промышленности. В ReAgent мы продаем пропиленгликоль и нетоксичные антифризы со 100% гарантией качества. Делайте покупки в Интернете сегодня или свяжитесь с нами, чтобы поговорить с опытным членом нашей команды.