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

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

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

Pegademase (Adagen ® ) Adeninosine deaminase PEG-hóa được công nhận để điều

trị bệnh suy giảm miễn dịch nặng phối hợp (SCID)

Pegaspargase (Oncaspar) L-Asparginase PEG-hóa được dùng để điều trị bệnh bạch

cầu cấp dòng lymphoblasts

Pegfilgrastim (Neulasta) Filgrastim PEG-hóa (yếu tố kích thích tạo dòng bạch cầu

hạt tái tổ hợp) được sử dụng để kích thích tăng trưởng và phát triển của bạch cầu đa nhân trung tính

Peginterferon alfa-2b ( 12KD ) Peginterferon alfa-2b ( 12KD ) được dùng để điều trị viêm

(PegIntron) gan C

Peginterferon alfa-2a ( 40KD )

(PEGASYS ® )

Peginterferon alfa-2a ( 40KD ) được công nhận trong điều

trị viêm gan C Những nghiên cứu 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

• 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

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

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

trạng nồng độ ổn định, nghĩa là lúc này, mức độ thuốc vào hệ tuần hoàn bằng với nồng độ thuốc thải ra khỏi cơ thể Mục đích của điều trị là làm sao giữ nồng độ ổn định của thuốc nằm trong giới hạn của cửa sổ điều trị và như vậy điều này thường đạt được sau khi dùng nhiều liều thuốc Nếu một loại thuốc được thải ra khỏi cơ thể nhanh hơn được đưa vào, nồng độ ổn định sẽ không thể đạt được

Tỉ lệ giữa nồng độ tối đa và tối thiểu

Đây chính là tỉ lệ giữa Cmax và Cmin Nếu một thuốc có nồng độ dao động mạnh trong huyết tương thường có tỉ lệ này rất cao Hơn nữa, tỉ lệ giữa nồng độ tối đa và tối thiểu càng cao càng có khả năng các nồng độ tối đa và tối thiểu của thuốc nằm ngoài của sổ điều trị Do vậy, thuốc nào có tỉ lệ nồng độ tối đa và tối thiểu càng cao, càng có thể có nhiều tác dụng ngoại ý liên quan đến nồng độ tối đa và hiệu quả của thuốc thấp liên quan đến nồng độ tối thiểu

Thuốc nào có nồng độ càng ổn định và kéo dài thường có tỉ lệ nồng độ tối đa và tối thiểu càng thấp Thuốc nào có tỉ lệ tối đa và tối thiểu càng thấp thì càng gần với tình trạng nồng độ ổn định

Thanh thải (Cl)

Thanh thải diễn tả khả năng của cơ thể loại bỏ một thuốc nào đó ra khỏi cơ thể Thanh thải không xác định số lượng thuốc được đẩy ra khỏi cơ thể, nhưng dùng để chỉ thể tích máu hoặc huyết tương từ đó thuốc được thải trừ hoàn toàn Thanh thải toàn thân bao gồm thanh thải thận, thanh 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

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 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 học, cho phép gắn phân tử PEG vào prôtêin Tuy nhiên để tránh kết dính chéo và kết tụ, tốt nhất là chỉ nên có một nhóm tác dụng ở phần tận cùng Điều này được thực hiện bằng cách biến đổi nhóm hydroxy tận cùng thành methoxy không phản ứng (CH 3 O), tạo nên monomethoxy PEG (mPEG)

Ban đầu các nhánh mPEG thẳng có trọng lượng phân tử từ 2 đến 20 KD được dùng để PEG-hóa prôtêin Tuy nhiên các tiến bộ đáng 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 nhỏ, không phân nhánh ( Bảng 2 )

Bảng 2 - Lợi ích của hóa prôtêin bằng mPEG to, có nhánh so với hóa dùng mPEG loại nhỏ, không phân nhánh

PEG-Bảo vệ tốt chống lại hiện tượng tiêu hủy prôtêin

Giảm tính sinh miễn dịch

Giảm độ thanh thải

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 carbonate PEG (SC-PEG) 20 Trong quy trình chế tạo PEG

interferon alfa-2b ( 12KD ), SC-PEG có khả năng kết hợp với nhiều acid amin khác nhau trên prôtêin Kết quả là PEG interferon alfa-2b ( 12KD ) bao gồm ít nhất là 13 chất đồng phân ở những vị trí khác nhau 21 ( Bảng 3) Ở loại đồng phân

hay gặp nhất (chiếm >50% cấu tạo của thuốc), chuỗi mPEG 12KD thẳng kết hợp với histidine ở vị trí 34 (His 34 ) 10

Bảng 3 - Đặc tính hóa sinh và sinh học của PEG interferon alfa-2b (12KD) và PEG interferon alfa-2a (40KD)

Lys 31 ]

Lys 121 ]

Kết nối prôtêin giữa 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 có tác dụng như là một tiền chất (prodrug) 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 gồm

hai chuỗi 20 KD PEG, một liên kết với nhóm e -amino và một liên kết với nhóm tận cùng alfa-amino của lysine Nhóm carboxyl của lysine chuyển thành N-hydroxysuccinimide ester (NHS) 7 , có thể phản ứng với nhóm amin tự do của interferon alfa-2a để hình thành liên kết amide bền vững 19 Trái ngược với SC-

PEG, PEG2-NHS chỉ có thể kết nối với một số vị trí của lysine 19 (Bảng 3 )

Kết nối prôtêin giữa mPEG 40KD và Interferon alfa-2a

Cầu nối liên kết giữa mPEG 40KD và interferon alfa-2a là cầu nối amide bền vững Hậu quả là phân tửmPEG 40KD không tách ra dễ dàng từ interferon alfa 19

Vì vậy PEG interferon alfa-2a ( 40KD ) là chất có hoạt tính sinh học và không

phải là một tiền chất của interferon a Thêm vào đó, PEG Interferon alfa-2a (

40KD ) có thể được bảo quản trong dung dịch được pha saün để tiêm