关于mPEG研究的介绍
1. PEG研究的历史和现状聚乙二醇（PEG）是一种主链由两个亚甲基和一个氧原子重复构成的一种人工合成高分子材料，它既可溶于水，又可溶于一些有机溶剂，是美国食品与药物管理局（FDA）唯一认可的可用于食品和药物的人工合成高分子材料。通过化学反应，它可以连接到其他一些分子或表面上去，形成与生物相容的保护膜。这层保护膜可以降低生物体系（比如人体）对材料的排异性，大大降低蛋白质、细胞和病菌在材料表面的吸附，还能降低被肾脏清除的速率（因为它的体积较大）。PEG是无毒的，它可在体内和体外使用。如果PEG和其它一些聚合物（如萄聚糖）配合使用，可以形成含水的两相体系。PEG不溶于乙醚和烷烃类化合物。两端具有功能基团的聚乙二醇，由于其水溶性，无毒害，链的高度柔韧性和明确的化学组成，使之在交联或受限体系中得到了广泛的应用。
从PEG用作药物载体的历史看，人们大致可以把它分为两个阶段。第一阶段，即所谓第一代PEG化学，这个阶段的特点就是所用的单甲氧基醚PEG(mPEG)分子量比较低，一般不超过10，000， 已经做过的许多蛋白质药物PEG化的工作都是通过第一代mPEG进行的。而在试图合成分子量较高的mPEG过程中，其副产物，带双羟端基的PEG即双醇的含量较高，一般在5~10％之间，这是由于聚合反应过程中所含的水份引起的。这种双醇副产物，会引起蛋白质的交联和聚集。另外，低分子量的mPEG能够比较方便地进入蛋白质表面一般很难进入的区域，因此，其和蛋白进行偶合的选择性比较低，也会有副反应的产生。例如，第一代mPEG的衍生物有mPEG-琥珀酰亚胺琥珀酸酯（SS），mPEG-琥珀酰亚胺碳酸酯(SC)和mPEG-三氟乙基磺酸酯(tresylate)。当mPEG-SS和蛋白质的赖氨酸偶合时，生成的是稳定酰胺键，但mPEG和SS连接的酯键很容易水解，生成带有免疫原性半抗原的PEG。同样，低分子量的mPEG-SC在偶合过程中会发生Lossen重排，导致活性基团的丧失，它也可以和蛋白中组氨酸的咪唑环反应，生成水解不稳定的氨基甲酸酯键。而带三氟乙基磺酸酯的低分子量的mPEG会对降解了的磺酰胺产生的氟进行亲核进攻。
针对第一代PEG化学存在的问题，人们设法合成了流体力学体积较大的分叉型PEG，其分子量也有了较大的提高，这就是第二代PEG化学。一个典型的例子就是PEG2-NHS。这个化合物是通过mPEG和赖氨酸偶合得到的。其分子量可以从几千到几万。它可以通过离子交换色谱纯化，得到纯的含羧基的偶合产物，然后再进一步活化成琥珀酰亚胺活性酯。由于该化合物具有分子量较大的两条臂，有较大的空间位阻，所以它只能和蛋白表面的基团反应，而不能渗透到里面，因此，大大改善了选择性。另外，它和赖氨酸反应生成的是酰胺键，有较高的稳定性。同样，mPEG2-MAL(马来酰亚胺端基)对蛋白上的巯基有很好的选择性；mPEG2-ALD(醛基端基)在理想的偶合条件下，对胺端基有很好的选择性。
二. 第二代PEG药物的一个成功例子
多少年来，干扰素-alfa曾经是治疗丙型肝炎的首选药物。但是这种药物的效率不高，只有不到百分之几的病人在停止给药后，其体内的病毒不再存在。主要的问题是干扰素-alfa在体内的血液循环半衰期比较短，只有几小时。这样，当干扰素-alfa在体内消耗完了时，肝炎病毒并未完全杀灭。因此，一星期注射三次干扰素-alfa是治疗丙型肝炎的标准方案。美国罗氏公司用第一代PEG制得的干扰素-alfa-2a，(品名：Roferon)用的是分子量5，000的mPEG。该产品没有通过临床试验，因为分子量5，000的mPEG和蛋白偶合后，并没有明显改善原先蛋白的血液循环半衰期。罗氏公司然后用了mPEG2-NHS， 其分子量为40，000，由两臂组成，每臂分子量为20，000。当把这种PEG和干扰素-alfa-2a偶合(品名：PEGASYS)，产物的性能得到了很大的改善。其半衰期从原先的9小时，提高到77小时，注射一次后，在一星期内，干扰素-alfa-2a在血液中的浓度是恒定的。
在使用PEGASYS进行第二期临床试验的155个病人，每人一星期皮下肌肉注射一次，62％的人在48周后血液中已没有了肝炎病毒， 36％的人在以后的24周内，血液中的病毒在不断的降低。比较一星期注射三次干扰素-alfa-2a的病人，在同样的条件下，只有3％的病人其血液中的病毒呈现不断下降的趋势。
三. PEG化药物的优点
用活化了的各种高分子量的PEG和药物联接后，对药物会产生以下显著的变化：
改善了药物的溶解性和稳定性；
降低或消除了药物的免疫原性；
降低了药物在体内代谢的速度；
由于药物体积的增大，通过肾小球的滤出速度减慢了；
体内某些碳水化合物和多肽化合物接受药物而后清除药物的机制，由于PEG对药物的覆盖，而钝化了；
由于PEG化的药物大大提高的其在体内的循环时间，因此，给药的间隔时间延长了；
改善了药物在体内的分布，降低了药物的毒副作用。
四. PEG材料的一些潜在用途
根据PEG的这些优异的化学特性，人们已经和正在开发有关PEG材料的一些新的用途。
用PEG修饰表面
PEG可以和材料表面的极性基团偶合，形成生物相容性的保护膜。当把这些材料用于体内时，可以降低血栓的发生。例如PEG作为涂层的人造动脉和血液传输装置已经用于临床。在生物化学中毛细管电泳已成为一种新兴的重要分析手段，涂在毛细管外的PEG保护层，可以阻止蛋白质的吸附，并且能很好的控制电子渗透。
PEG修饰脂质体
实验证明，脂质体在药物的缓释、控释、靶向施药等方面的有很好的应用，但是存在的问题是一些脂质体，特别是分子量比较大的脂质体，容易受到酶的进攻，并被迅速排出体外。近期的研究表明如将PEG接入脂质体的外端，则可以大大增加其在血浆中的寿命，从而解决了阻碍这种很有前景的药物输送技术应用的关键性问题。
用于分子与分子或分子与表面的连接
PEG的亲水性和良好的生物相容性以及其温和、明确的化学反应特性，使得它们成为分子与分子或者分子和表面之间理想的偶合或连接剂。这种技术对下一代药物和生物材料是至关重要的。研究表明，用PEG作偶联剂，使一种分子连接到另一种分子或者表面上，可以得到高活性的材料。
用于生物净化
基因工程的革命带来了制备各种各样具有生理活性蛋白质的技术，然而，这些技术中亟待解决的问题是蛋白质分离技术的改进。有关这一问题，近期令人感兴趣的解决方案是把蛋白质在含水两相体系中分离（类似于油、水体系）。这种含水两相体系是由PEG、另一些聚合物以及盐溶于水后混合制得的溶液组成的。在这种方法中，我们要制备PEG化配体（相当于PEG化抗体），PEG化配体可以和蛋白质连接，并且将蛋白质带到富含PEG的相中。
用于生物大分子的合成
PEG可作为可溶性的载体使用。三种生物低聚体（多肽、低聚核苷酸和低聚多糖）都可以在PEG载体上制备。产物每经一次分离，就沉淀出聚乙二醇-低聚物。它们可用于进一步反应或将PEG与低聚体断开得到产物。这种方法的优点是产物很少出错，反应比较快，产物的量大。另一种方法是将PEG连接在固体聚苯乙烯颗粒上，而后低聚体在聚乙二醇上增长。显然，这种新方法在固相合成和液相合成中都有优势。
改善溶解性
PEG在水和很多有机溶剂中都是可溶的。利用PEG的这种特性，将其他不溶分子连接到PEG上，就可以改善其溶解性能。在生物技术上一个比较有趣的例子是通过PEG，可以将酶溶解到氯代烃类等有机溶剂中。此外，水中不溶解的物质接到PEG上后可能会成为水溶性的。例如：染料、香料、酶的基质、辅酶、药剂等。
五. 蛋白质PEG化的条件
PEG和蛋白质偶合的反应条件取决于所用的蛋白质、所要求的PEG化程度和所使用的PEG衍生物。选择何种PEG衍生物和所用的蛋白偶合，需要综合考虑如下的因素：1.所要求的结合点；2. PEG衍生物的水解稳定性和反应活性；3.和蛋白连接的稳定性；4.对产物能够进行适当的分析。
和蛋白上赖氨酸联接的PEG衍生物
和蛋白上赖氨酸联接的最常用的PEG衍生物是N-羟基琥珀酰亚胺活性酯，比如PEG琥珀酰亚胺的琥珀酸酯（mPEG-SS）和琥珀酰亚胺的丙酸酯（mPEG-SPA）。这些典型的PEG衍生物在室温，pH 8～9.5条件下，三十分钟内就可以和蛋白反应完毕。在反应中，PEG（MW 5000）衍生物和蛋白质一般是等量混合的，不过对某几种蛋白质来说则需要十倍量的PEG。如果蛋白质氨基酸的组成是已知的，一般来说PEG（MW 5000）和蛋白质氨基的摩尔比为1~5比1就可以了。提高pH可以提高反应速度，降低pH则会降低反应速度。那些反应活性较高的PEG衍生物，能在生理pH下和蛋白偶合；而那些活性较低的PEG衍生物则需要高的pH。如果蛋白质不稳定，则需要在低温下反应，这时需要比较长的反应时间。通过改变PEG衍生物和蛋白质的摩尔比或者反应的pH值，我们就能够找到各种蛋白和PEG衍生物偶合的理想反应条件。
应该强调的是一般来说，不同的蛋白，其和PEG衍生物的偶合条件是不同的。对不同的蛋白，选择合适的PEG衍生物是偶合成功的关键。
和巯基进行选择性反应的PEG衍生物
我们公司正在研究的mPEG-MAL， 即带马来酰亚胺端基的PEG可以和蛋白质的巯基进行选择性反应。典型的反应条件是：pH 7-8，mPEG-MAL稍过量，反应时间0.5-2小时，室温。
六. 储存
PEG的衍生物，如琥珀酰亚胺活性酯，mPEG2-NHS等是非常活泼的，遇微量水气，就会发生反应，这样活性酯的含量就降低了。因此，储存时最重要的就是防止水气的侵入，这样可以延缓活性酯的水解。为此，这些化合物最好保存在较低的温度，如-200C。在较长时间的运输中，要想使化合物不失活，器具的彻底干燥，并且储存在氩气气氛中是必须的。装化合物的器具可以在室温下打开，但用后必须填充干燥的氩气，然后再封口和冷藏。在使用过程中，切忌反复打开和关闭，这样会使化合物的活性遭到很大的损失。我们强烈推荐用户把化合物分装，然后一次性用完。所有的PEG储存过程中，在光或微量重金属离子存在下，都会缓慢的和空气中的氧起反应，在主链中生成过氧化物，从而导致链的断裂和降解。因此，PEG及其衍生物如果不是马上使用的话，我们推荐使用者最好把它们存储在氩气或氮气气氛中，以及避光和低温条件下。 非常感谢
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