Hướng dẫn về PEG hóa (pegylation), dược động học và PEG Interferons pps

Tài liệu Hướng dẫn về PEG hóa (pegylation), dược động học và PEG Interferons Hướng dẫn về PEG hóa (pegylation), dược động học và PEG Interferons Lời nói đầu Từ nhiều năm qua, interferon alfa là một cột mốc đáng chú ý trong điều trị viêm gan siêu vi B và C. Tuy nhiên, vì một số vấn đề của bản thân interferon mà lợi ích sử dụng của nó bị giới hạn. Những vấn đề này bắt nguồn từ bản chất của interferon alfa. Giống như nhiều loại prôtêin lạ khác, interferon alfa nhanh chóng bị giáng hóa sau khi tiêm vào cơ thể. Hậu quả là interferon alfa chỉ tồn tại trong hệ tuần hoàn một thời gian ngắn, như vậy chúng ta cần tiêm vài lần trong tuần nhằm duy trì nồng độ hiệu dụng của thuốc. Cách dùng thuốc này tạo ra nồng độ interferon alfa trong máu cao ngay sau khi tiêm - gắn liền với tăng các tác dụng phụ - và các mức nồng độ thấp trong khoảng thời gian giữa các lần tiêm - gắn liền với hiệu quả điều trị bị giảm sút. Sử dụng PEG interferon là một cuộc cách mạng trong điều trị viêm gan siêu vi C. Hơn nữa, các lợi ích lâm sàng của PEG interferon hiện đang được nghiên cứu trong điều trị viêm gan siêu vi B. Cuốn sách nhỏ này sẽ giải thích PEG-hóa là gì, tác dụng của nó ra sao, hiệu quả của nó như thế nào khi sử dụng interferon alfa để điều trị viêm gan siêu vi. Cuốn sách này cũng giới thiệu và giải thích công nghệ khoa học chế tạo PEG interferon alfa, PEG interferon alfa-2a ( 40KD ) đó chính là PEG interferon alfa-2a ( 40KD ) có tên là PEGASYS ® . Giới thiệu về PEG-hóa (pegylation) PEG là gì ? PEG = polyethylene glycol, là một polymer trơ, hòa tan trong nước, không gây độc, được tạo ra bằng cách kết nối nhiều tiểu đơn vị ethylene oxide. Các phân tử PEG hiện có khác nhau về hình thể (ở dạng thẳng hoặc phân nhánh) và trọng lượng phân tử. PEG có trọng lượng phân tử khác nhau sẽ có đặc tính sinh lý khác nhau. Thí dụ như PEG ở dạng tinh khiết, không kết hợp, nhỏ là dạng dầu (ví dụ PEG 200), trong khi PEG lớn hơn (thí dụ PEG 8000) ở dạng rắn như sáp. PEG là chất lý tưởng để sử dụng trong y học và trong công nghệ dược phẩm với nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, ảnh hưởng lớn nhất của PEG trong y học xuất phát từ việc sử dụng những thuốc có nguồn gốc từ prôtêin được biến đổi nhờ tiến trình PEG-hóa (Bảng 1). PEG-hóa là gì? PEG-hóa là gắn kết một hoặc nhiều phân tử PEG vào một phân tử khác, chẳng hạn như là một prôtêin có tính trị liệu. PEG-hóa được GS Frank Davis và cộng sự thực hiện lần đầu tiên vào thập niên 70. Trong nhiều thử nghiệm, phân tử PEG (1900 hoặc 5000 daltons) được gắn kết vào các prôtêin là enzym và không enzym. Bảng 1 - Thí dụ những prôtêin được PEG-hóa dùng trong điều trị Thuốc (tên thương mại) Mô tả Pegademase (Adagen ® ) Adeninosine deaminase PEG-hóa đư ợc công nhận để điều trị bệnh suy giảm miễn dịch nặng phối hợp (SCID) Pegaspargase (Oncaspar) L-Asparginase PEG-hóa được dùng đ ể điều trị bệnh bạch cầu cấp dòng lymphoblasts. Pegfilgrastim (Neulasta) Filgrastim PEG-hóa (yếu tố kích thích tạo dòng b ạch cầu hạt tái tổ hợp) được sử dụng để kích thích tăng trưởng v à phát triển của bạch cầu đa nhân trung tính. Peginterferon alfa-2b ( 12KD ) Peginterferon alfa-2b ( 12KD ) được dùng để điều trị vi êm (PegIntron) gan C. Peginterferon alfa-2a ( 40KD ) (PEGASYS ® ) Peginterferon alfa-2a ( 40KD ) đư ợc công nhận trong điều trị viêm gan C. Những nghiên c ứu ban đầu cho thấy có nhiều lợi ích về lâm sàng trong điều trị viêm gan B. Các nghiên cứu in vivo cho thấy, trong trường hợp là enzym, hoạt tính của enzym vẫn giữ nguyên và thời gian bán hủy trong hệ tuần hoàn gia tăng. Điều quan trọng là các prôtêin PEG-hóa không có tính sinh miễn dịch và cũng không có tính kháng nguyên. Trong những năm gần đây, kỹ thuật PEG-hóa được cải thiện rõ rệt và hiện nay là một phương pháp tốt được sử dụng nhằm tăng cường các tác dụng điều trị của các prôtêin nhỏ một cách an toàn. Đặc tính của PEG PEG có nhiều đặc tính cốt lõi liên quan đến những lợi ích đối với các protêin sử dụng trong điều trị: • Trong môi trường lỏng, mội tiểu đơn vị ethylen oxide kết hợp khá bền vững với 2-3 phân tử nước, như vậy chuổi polymer sẽ di động và chính sự di động này làm cho phân tử PEG có thể tích quét (chiếm chỗ) lớn, bảo vệ và tránh khỏi hiện tượng tiêu hủy prôtêin, tránh được sự nhận diện của các tế bào miễn dịch. Nhìn chung, PEG chuỗi nhánh có tác dụng bảo vệ miễn dịch và tác dụng chống tiêu hủy protêin mạnh hơn PEG thẳng. • Thể tích quét (chiếm chỗ) làm cho prôtêin PEG-hóa tác dụng gấp 5-10 lần một protêin hòa tan có trọng lượng phân tử tương tự. Sự gia tăng thể tích này làm tăng cường tác dụng dược động học và dược lực học của prôtêin PEG-hóa 9 . • Sự kết hợp giữa PEG với các phân tử nước gây khó khăn cho hệ thống miễn dịch trong việc nhận biết PEG là vật lạ. Chuỗi PEG cùng prôtêin kết hợp có tác dụng điều trị, đơn giản cũng chỉ được xem là một phân tử nước lưu hành trong máu. Như vậy, PEG có thể giảm tính sinh miễn dịch của prôtêin. Như vậy, khi gắn kết PEG vào prôtêin có tác dụng điều trị, nó mang lại khả năng hòa tan trong nước, tác dụng bảo vệ phân tử prôtêin và không sinh miễn dịch. Cơ sở hợp lý của việc sử dụng các prôtêin gắn PEG trong điều trị PEG-hóa là phương pháp được thực hiện bằng cách biến đổi những đặc tính miễn dịch, dược động học, dược lực học của các prôtêin có tác dụng điều trị nhưng vẫn giữ được hoạt tính điều trị. Tiến trình PEG-hóa này được sử dụng để tạo ra các PEG interferon alfa. Interferon alfa là một họ gồm nhiều prôtêin nhỏ có tác dụng kháng siêu vi, chống tăng sinh và điều hòa miễn dịch. Như vậy, kết quả là interferon alfa (IFN a ) có tiềm năng điều trị nhiều loại bệnh nhiễm siêu vi như viêm gan B, viêm gan C, cũng như các bệnh tăng sinh như bệnh bạch cầu mạn tính dòng tủy . Interferon alfa không PEG-hóa (không biến đổi) có thể được dùng dưới da, không dùng qua đường uống vì thuốc bị thoái hóa trong lồng ruột. Sau khi tiêm, interfeon alfa không được biến đổi sẽ: • Hấp thu nhanh chóng vào cơ thể, đạt rất nhanh đến nồng độ tối đa trong huyết thanh. • Phân phối rộng rãi trong các dịch và mô của cơ thể. • Được chuyển hóa nhanh chóng và thải ra ngoài qua đường thận. Như vậy, interferon alfa có thời gian tác dụng rất ngắn . Muốn đạt được nồng độ điều trị hiệu quả trong máu ở mọi thời điểm, về phương diện lý thuyết, interferon alfa phải được sử dụng nhiều lần trong ngày. Tuy nhiên, phác đồ một lần trong ngày gặp nhiều bất tiện, quá tốn kém và khó dung nạp 1 . Trong điều trị viêm gan B và C người ta đề nghị dùng interferon alfa 3 lần/tuần. Phác đồ này dung hòa được hai vấn đề: số lần tiêm thuốc và nồng độ điều trị hiệu quả của interferon alfa trong máu. Tuy nhiên phác đồ điều trị này cũng không phải là lý tưởng, trong thời gian một tuần, nồng độ của interferon alfa rất dao động. Vào ngày tiêm interferon, nồng độ thuốc có thể đạt đến tối đa, nhưng những ngày sau đó nồng dộ thuốc giảm xuống rất thấp, thậm chí người ta không phát hiện được thuốc trong hệ tuần hòan vào những ngày cuối tuần. Những lúc không có interferon trong máu, siêu vi gây viêm gan có thể tăng sinh không được kiểm soát, nồng độ siêu vi gia tăng và sẽ đưa đến kháng thuốc. Hơn nữa, nồng độ interferon cao trong huyết thanh đi kèm với nhiều tác dụng ngoại ý như mệt mỏi, nhức đầu, sốt, đau cơ làm cho bệnh nhân ngán ngại không dám dùng thuốc tiếp tục. PEG-hóa có tiềm năng cải thiện dược động học và dược lực học của interferon alfa, và nhờ vậy tránh được vấn đề nồng độ thuốc không ổn định trong máu, đồng thời cũng tránh được phác đồ điều trị bất tiện do dùng những loại interferon alfa theo thông thường. CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ DƯỢC ĐỘNG HỌC Việc đánh giá các chỉ số dược động học sau đây rất quan trọng để hiểu những lợi ích của interferon alfa được PEG-hóa. Hấp thu Hấp thu là tỷ lệ lượng thuốc từ vị trí được đưa vào cơ thể xâm nhập vào máu, cũng như phạm vi mức độ của quá trình này. Hấp thu bán phần (absorption half-life = t 1/2 abs ) là thời gian để cho phân nửa số lượng thuốc sử dụng vào được trong máu. Nếu một thuốc được hấp thu nhanh chóng, nồng độ đỉnh ban đầu cũng sẽ cao. Nếu cùng loại thuốc này nhưng hấp thu chậm hơn, nồng độ đỉnh cũng sẽ thấp hơn và xảy ra muộn hơn 17 . Đối với nhiều loại thuốc, nồng độ đỉnh ban đầu cao thường kèm theo các tác dụng phụ của điều trị. Thể tích phân phối (V d ) Vd là thể tích dịch cơ thể được thuốc phân phối vào. Nó tạo mối liên quan giữa số lượng thuốc có trong cơ thể với nồng độ của thuốc trong máu. Các đặc tính của thuốc, như trọng lượng phân tử, khả năng hòa tan trong mỡ, tính bazờ hay acid yếu, tất cả đều có ảnh hưởng đến Vd. Thuốc có phân tử nhỏ có khả năng xâm nhập vào nhiều khoang trong cơ thể sẽ có thể tích phân phối lớn: như vậy nồng độ trong máu sẽ thấp. Một loại thuốc có phân tử lớn hơn, xâm nhập vào một số khoang của cơ thể khó khăn hơn sẽ có thể tích phân phối hạn chế hơn. Phân tử như vậy sẽ khu trú chủ yếu ở huyết tương và sẽ được phân phối chủ yếu tới những cơ quan được tưới máu tốt, ví dụ tại gan. Nồng độ tối đa trong huyết thanh (C max ) C max là nồng độ cao nhất đo được trong huyết thanh. Thời gian để thuốc đạt đến nồng độ này được gọi là T max . Nồng độ tối thiểu trong huyết tương (C min ) C min là nồng độ thấp nhất đo được trong huyết thanh. Cửa sổ điều trị Khoảng chênh lệch giữa nồng độ hiệu dụng tối thiểu của thuốc và nồng độ gây ra các tác dụng ngoại ý không chấp nhận được gọi là cửa sổ điều trị . Cửa sổ này có thể rộng hay hẹp phụ thuộc vào hiệu lực và độc tính của thuốc. Thuốc nào có C max gần với giới hạn trên của cửa sổ điều trị thì càng có nhiều tác dụng ngoại ý. Ngược lại thuốc nào có C min xuống thấp hơn giới hạn dưới của cửa sổ điều trị, thuốc này sẽ không có tác dụng. Nồng độ ổn định Một sự kiện thường gặp khi dùng thuốc nhiều lần lập đi lập lại là tích tụ thuốc. Hiện tượng này xảy ra khi mức độ thuốc vào hệ tuần hòan nhiều hơn mức độ thuốc bị thải ra ngòai cơ thể. Tuy nhiên, sau một thời gian, thuốc sẽ đạt đến tình [...]... của PEG- hóa trong PEG interferon alfa-2b ( 12KD ) và PEG interferon alfa-2a ( 40KD ) được tóm tắt trong Bảng 4 sau đây: Bảng 4 - Đặc điểm của PEG- hóa trong PEG interferon alfa-2b (12KD) và PEG interferon alfa-2a (40KD) PEG interferon alfa-2b (12KD) PEG interferon alfa-2a (40KD) mPEG nhỏ, thẳng, 12KD Hai chuỗi mPEG 20KD, kết nối thành mPEG 40KD to và phân nhánh mPEG được hoạt hóa bằng succinimidyl mPEG... ưu hóa dược động học trong khi đó vẫn giữ nguyên họat tính Tuy nhiên mức độ tối ưu có tính chuyên biệt cho từng loại thuốc và thay đổi theo: • Cấu tạo và đặc điểm của PEG • Chất hóa học được dùng để kết nối PEG vào prôtêin đích • Số lượng và vị trí kết dính Cấu tạo và đặc điểm của PEG Phần tận cùng của phân tử PEG thường là nhóm hydroxyl (-OH) Cả hai nhóm tận cùng này đều có thể tham gia phản ứng hóa. .. kể về kỹ thuật PEG- hóa đã tạo ra được các mPEG có nhánh, những chuỗi PEG được liên kết lại để hình thành các phân tử có trọng lượng phân tử lên đến 60 KD Đó là một mPEG to, có nhánh bao gồm hai chuỗi 20KD giống nhau, được kết dính vào interferon alfa-2a và tạo ra PEGinterferon alfa-2a ( 40KD )(PEGASYS ® ) PEG- hóa prôtêin bằng cách dùng mPEG lớn hơn có nhánh mang lại nhiều lợi ích hơn là dùng mPEG... monoPEGylated 95% monoPEGylated Bảo quản ở dạng bột, tái tạo trước khi Bảo quản ở dạng dung dịch, ổn định ít tiêm nhất là 2 năm Các dạng sản phẩm PEG- hóa của các IFN a , do vậy, có cấu tạo khác nhau ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC PEG- hóa có khả năng gia tăng tính chất dược động học của interferon alfa, nhưng nó cũng có khả năng làm thay đổi hiệu quả của thuốc Tác dụng của PEG- hóa trên hoạt tính sinh học. .. 12KD mPEG và Interferon alfa-2b Kiểu kết nối giữa mPEG và prôtêin rất quan trọng và quyết định nhiều đặc tính của prôtêin PEG- hóa Có nhiều kiểu kết nối giữa 12KD SC -PEG và interferon alfa-2b để hình thành nên PEG interferon alfa-2b ( 12KD ) Tuy nhiên thường gặp nhất là cầu nối thủy phân urethane (carbonyl) không ổn định 6 Hậu quả của sự không ổn định này là PEG Interferon alfa-2b ( 12KD ) có xu hướng. .. thải gan và thanh thải qua các đường khác như qua nước bọt và mồ hôi Bán hủy (T 1/2 ) Đây là thời gian mà nồng độ thuốc trong huyết tương giảm 50% Thuốc có thời gian bán hủy ngắn thì được thải nhanh ra khỏi cơ thể, ngược lại thuốc có thời gian bán hủy dài thường tồn tại khá lâu trong cơ thể Interferon alfa PEG- hóa Tối ưu hóa dược động học Các PEG khác nhau có đặc tính khác nhau Mục đích của PEG- hóa bất... mang lại sự khác biệt về dược động học và hiệu quả lâm sàng sẽ được trình bày trong những chương sau SO SÁNH DƯỢC ĐỘNG HỌC CỦA PEG INTERFERON VỚI INTERFERON THÔNG THƯỜNG (KHÔNG BIẾN ĐỒI) Interferon alfa thông thường (không biến đổi) Sau khi được tiêm dưới da, interferon alfa không biến đổi được hấp thu nhanh chóng vào trong máu với nửa thời gian hấp thu vào khoảng 2,3h Khi vào được hệ tuần hoàn, interferon... lựa phụ thuộc vào phân tử acid amin mà mPEG có thể kết hợp và phụ thuộc vào kiểu liên kết Thường gặp nhất là sự chuyển đổi thành một nhóm chức năng sẽ tương tác với lysine và các nhóm amin tận cùng bằng N Tổng hợp PEG interferon alfa-2b (12KD) PEG interferon alfa-2b ( 12KD ) (PegIntron ® ) được tổng hợp bằng cách cho interferon alfa-2b phản ứng với một dẫn xuất có ái lực điện tử của mPEG, succinimidyl... ở trong máu, PEG interferon alfa-2b ( 12KD ) có thể bỏ kết nối với PEG, phóng thích interferon alfa-2b vào hệ tuần hoàn 6,22 Chính vì lý do này mà PEG interferon alfa-2b ( 12KD ) không ổn định trong dung dịch, phải lưu giữ ở dạng bột đông khô và được pha thành dịch thuốc ngay trước khi tiêm Tổng hợp PEG interferon alfa-2a (40KD) Trong PEG interferon alfa-2a ( 40KD ), dẫn xuất mPEG (PEG2 -NHS) bao... interferon alfa được đánh giá in vitro và in vivo So sánh in vitro và in vivo Sự khác nhau giữa khối lượng PEG và hoạt tính in vitro và in vivo In vitro , hoạt tính sinh học giảm, trong khi khối lượng PEG tăng Trong khi đó in vivo , hoạt tính sinh học gia tăng khi khối lượng PEG tăng Hiện tượng trái ngược có thể giải thích bằng những khác biệt cơ bản giữa hệ thống in vitro và in vivo • Thực nghiệm in vitro . Tài liệu Hướng dẫn về PEG hóa (pegylation), dược động học và PEG Interferons Hướng dẫn về PEG hóa (pegylation), dược động học và PEG Interferons Lời nói đầu. Interferon alfa PEG- hóa Tối ưu hóa dược động học Các PEG khác nhau có đặc tính khác nhau Mục đích của PEG- hóa bất kỳ một prôtêin có tác dụng điều trị là tối ưu hóa dược động học trong khi. tác dụng dược động học và dược lực học của prôtêin PEG- hóa 9 . • Sự kết hợp giữa PEG với các phân tử nước gây khó khăn cho hệ thống miễn dịch trong việc nhận biết PEG là vật lạ. Chuỗi PEG cùng