聚乙二醇(PEG)选型指南
什么是聚乙二醇?
聚乙二醇(PEG)是一种合成的、亲水的、具有生物相容性的聚合物,被广泛用于生物医学及其他各大领域。PEG是通过环氧乙烷开环聚合得到的,具有分子量范围广、分布宽的特性,通过特定的dPEG?试剂则能够获得具有单一特定分子量的聚合物。PEG 可经人工设计,被合成为线型、支化型、Y型或多臂等不同的几何形状,通过用多种反应性官能端基取代末端羟基端基来激活,从而实现交联和共轭化学。
图1: 聚乙二醇(PEG)结构式
如何使用聚乙二醇(PEG)?
PEG 是一种无毒、经 FDA 批准、非免疫原性的高分子聚合物,被广泛应用于生物医学领域,包括生物偶联1、药物递送2,3、表面功能化4和组织工程5等。PEG 的生物偶联(也称为 PEG 化)是指药物靶标(例如:肽、蛋白质或寡核苷酸)与 PEG 的共价偶联,用于优化药代动力学特性6。而在药物递送中,PEG则可用作抗体-药物偶联物(ADC)的连接载体7或作为纳米颗粒的表面修饰物以改善全身给药作用机制6。PEG水凝胶是一种在水中能溶胀的三维聚合物网络,可防止蛋白质粘附,抵御生物降解8,往往通过交联反应性的PEG端基合成,通常被用于组织工程和药物递送中。
为你的应用研究寻找合适的PEG
在选择用于生物偶联、药物递送和组织工程研究的PEG时,需要考虑以下四个方面:
功能性
1,单功能的PEG包含单个化学反应末端,可用作PEG化、表面接枝和纳米颗粒涂层。
2,含有两个反应端的聚乙二醇,可具有相同的(同双官能团聚乙二醇)或不同的(异双官能团聚乙二醇)反应基团,在水凝胶的共轭和交联中起到了很大的作用。
聚合物几何结构
1,线型PEG常用于聚乙二醇化、生物偶联和交联。
2,多臂PEG(4-、6-、8-臂等)可以交联制备水凝胶或支架,用于药物递送或组织工程。
3,Y型PEG通常用于聚乙二醇化,因其分支结构可提高聚合物在体内的稳定性。
反应性
1,共价反应:具有活性端基的聚乙二醇,如n-羟基琥珀酰亚胺酯、硫醇或羧基,可以通过共价反应连接到相应的官能团上。不同官能团之间反应的选择性决定了每个PEG分子的连接方式和聚合度。
2,点击化学反应:需要具有叠氮化物或炔烃反应基团的聚乙二醇,是一种用于偶联或水凝胶形成的快速、具有选择性和生物正交的方法。
3,在温和的反应条件下,使用丙烯酸酯封端的聚乙二醇可以实现快速聚合和光引发聚合。
分子量
1,生物偶联:分子量≥5 kDa的PEG通常用于小分子、siRNA和多肽的偶联,而低分子量PEG(≤5 kDa)则常用于蛋白质的聚乙二醇化。
2,分子量<40 kDa的PEG可以被用来实现表面共轭和交联。
3,水凝胶的形成:PEG的分子量会影响水凝胶的空隙大小和力学性能,而制备水凝胶通常会使用分子量≥5 kDa的PEG。
下表列出了常见的官能团及其对应的可反应基团:
官能团 | 可反应基团 | ||
氨基 (-NH2) | NHS(N-羟基琥珀酰亚胺) | 异氰酸酯 | 碳二亚胺 |
醛基 | 磺酰基 | 酰基叠氮化物 | |
酐 | 氯 | 碳酸盐 | |
环氧基 | 氟苯 | 氟苯基 | |
? | 亚胺酯 | 酯 | |
巯基 (-SH) | 马来酰亚胺 | 卤代乙酰基 | 碘乙酰 |
二硫化吡啶 | 乙烯基砜 | ? | |
羧基 (-COOH) | 胺类 | ? | ? |
醛基 (-CHO) | 酰肼 | 烷氧基胺 |
参考文献
1.?Hermanson?GT.?2013.?Bioconjugate Techniques.?Burlington, Elsevier Science.
2.?Translating Polymer Science for Drug Delivery;?PDDT.?2015.?Translating Polymer Science for Drug Delivery.?Aldrich Materials Science: Milwaukee, WI,.
3.?Parveen?S,?Sahoo?SK.?2011.?Long circulating chitosan/PEG blended PLGA nanoparticle for tumor drug delivery.?European Journal of Pharmacology.?670(2-3): 372-383.?http://dx.doi.org/10.1016/j.ejphar.2011.09.023
4.?Manson?J,?Kumar?D,?Meenan?BJ,?Dixon?D.?2011.?Erratum to: Polyethylene glycol functionalized gold nanoparticles: the influence of capping density on stability in various media.?Gold Bull.?44(3):195-196.?http://dx.doi.org/10.1007/s13404-011-0023-8
5.?Fairbanks?BD,?Schwartz?MP,?Bowman?CN,?Anseth?KS.?2009.?Photoinitiated polymerization of PEG-diacrylate with lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate: polymerization rate and cytocompatibility.?Biomaterials.?30(35):6702-6707.?http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.08.055
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7.?Jain?N,?Smith?SW,?Ghone?S,?Tomczuk?B.?2015.?Current ADC Linker Chemistry.?Pharm Res.?32(11):3526-3540.?http://dx.doi.org/10.1007/s11095-015-1657-7
8.?Hoffman?AS.?2002.?Adv. Drug Deliv. Rev..?54(1), 3-12.