מהו מתוקסיפוליאתילן גליקול?

מתוקסיפוליאתילן גליקול (MPEG) הוא מעין פוליאתילן גליקול (Stake) שעבר מתוקסילציה, מחזור סינתטי הכולל הרחבה של התכנסויות מתוקסי (-OCH3) לחלקיק ה-Stake. שינוי זה משנה את המאפיינים של הפולימר, מה שהופך אותו לממיס יותר בממיסים טבעיים ופחות נוטה לשיתופי פעולה עם חלבונים ורקמות אורגניות בניגוד ל-Stake ללא שינוי.

הימורים הם פולימרים מהונדסים העשויים מיחידות ליטוש מחדש של תחמוצת אתילן. הם נמצאים בשימוש נרחב בארגונים שונים, כולל תרופות, מוצרי טיפוח, מזון והרכבה, בגלל התאימות הביולוגית שלהם, כושר הפירעון שלהם במים ויכולת ההסתגלות שלהם.

ניתן להשיג מתוקסילציה של ה-Stake באמצעות תגובות סינתטיות תוך שימוש במתנול או מתיל כלוריד. לפולימר ה-mPEG שלאחר מכן יש עיצוב כמו של Stake אולם עם צרורות מתוקסי המחוברות לסגירות ההידרוקסיל הסופיות (- Goodness) של שרשראות הפולימר. רמת המתוקסילציה, או כמות צרורות המתוקסי לכל אטום הימור, יכולה להשתנות בהתאם לטכניקת האיחוד הספציפית ולמאפיינים הרצויים.

אחד השימושים החיוניים של mPEG הוא במסגרות להעברת תרופות. mPEG משמש לעתים קרובות כציפוי או חומר משנה למולקולות תרופות, ננו-חלקיקים וחומרים טיפוליים אחרים בשל התאימות הביולוגית והאימונוגניות הנמוכה שלו. הרחבת ה-mPEG להרגעת תוכניות יכולה לעבוד על החוזק, יכולת ההמסה והתכונות הפרמקוקינטיות שלהן, ובדרך זו לשפר את ההתאמה המועילה שלהן ולהפחית את ההשפעות הלא ידידותיות.

על אף העברת התרופות, mPEG עוקב אחר השימוש ביישומים שונים. לדוגמה, הוא משמש כחומר פעיל שטח בתהליכי פילמור אמולסיה, מייצב במסגרות קולואידיות ושמן במחזורים מודרניים. ציפויים, דבקים וחומרי איטום כולם נהנים מהיכולת שלהם לשנות את תכונות פני החומרים.

יש לקחת בחשבון את פוטנציאל ההצטברות של mPEG בגוף לאורך זמן והשפעתו על הסביבה למרות השימוש הנרחב בו. באמצעות יצירת פולימרים חדשים או שינויים בניסוחים קיימים, החוקרים ממשיכים לחפש דרכים להקל על דאגות אלו.

באופן כללי, מתוקסיפוליאתילן גליקול הוא פולימר גמיש עם יישומים שונים, במיוחד בהעברת תרופות ובמדעי החומרים. המאפיינים יוצאי הדופן שלו הופכים אותו למכשיר משמעותי לשדרוג התערוכה והתועלת של פריטים שונים בארגונים שונים.

מהו המבנה הכימי של מתוקסיפוליאתילן גליקול?

מתוקסיפוליאתילן גליקול(mPEG) הוא פולימר המופק מפוליאתילן גליקול (PEG) שבו אטומי המימן בקצה אחד של שרשרת PEG מוחלפים בקבוצות מתוקסי. המבנה הכימי שלו יכול להיות מיוצג כך:

CH3-(O-CH2-CH2)nO-CH3

כאשר n מייצג את מספר החזרות של אתילן גליקול. קבוצות המתוקסי בשני הקצוות הופכות אותו ל-PEG עם סיומת דימתיל אתר.

היחידות החוזרות על האתילן גליקול יוצרות עמוד שדרה פולימרי גמיש והידרופילי המסיס במים ובממסים אורגניים רבים. מספר החזרות (n) יכול לנוע בין 3 לכמה אלפים, וכתוצאה מכך מתקבלות mPEGs עם משקלים מולקולריים מ-200 עד למעלה מ-40,000 דלטון.

כמה מאפיינים מבניים מרכזיים של mPEG כוללים:

- מבנה פולימרי ליניארי עם קבוצות קצה מתוקסי הידרופוביות ועמוד שדרה הידרופילי PEG.

- משקל מולקולרי נשלט על ידי מספר חזרות של אתילן גליקול. ערך n גבוה יותר שווה משקל מולקולרי גבוה יותר.

- פולימר אמפיפילי המסיס במדיה מימית ואורגנית כאחד.

- קבוצות קצה הידרוקסיל תגובתיות מומרות לקבוצות מתוקסי לא תגובתיות.

- שיפור יציבות הטמפרטורה וה-pH לעומת PEG ללא שינוי.

- אפשרויות משקל מולקולרי מרובות מאפשרות מאפיינים הניתנים להתאמה אישית.

שינוי המתוקסי הפשוט הופך את mPEG ליציב יותר תוך שמירה על תכונות ה-PEG החיוביות של מסיסות גבוהה, רעילות נמוכה וחוסר אימונוגניות.

כיצד מסונתז מתוקסיפוליאתילן גליקול?

מתוקסיפוליאתילן גליקולמסונתז מפוליאתילן גליקול (PEG) באמצעות תהליך הנקרא סינתזת אתר וויליאמסון. להלן השלבים הכלליים:

1. PEG מיוצר באמצעות פילמור של מונומרים אתילן אוקסיד ליצירת HO-(CH2-CH2-O)nH.

2. PEG מומס בממס יבש כמו tetrahydrofuran (THF) בתנאים אינרטיים.

3. מתכת נתרן מתווספת כדי לבטל את פרוטונציה של קבוצות ההידרוקסיל PEG ליוני אלקוקסיד.

4. קבוצות האלקוקסיד עוברות אלקיל על ידי הוספת מתיל יודיד, המרה את ההידרוקסילים התגובתיים לקבוצות מתוקסי שאינן מגיבות.

5. תערובת התגובה מטוהרת באמצעות משקעים וסינון כדי לבודד את תוצר ה-PEG המתוקסיל.

6. טיהור נוסף עשוי לכלול שלבי כביסה וייבוש נוספים כדי למקסם את התפוקה.

7. משקל מולקולרי נשלט על ידי מספר יחידות אתילן גליקול במגיב PEG ההתחלתי.

מסלולים סינתטיים חלופיים כוללים:

- תגובה של PEG עם diazomethane במקום מתיל יודיד.

- ריאקציה מזורזת מתכת רב-שלבית המפעילה PEG עם קבוצת אסטר סולפונט.

- שינוי אנזימטי של הידרוקסילים PEG באמצעות זרזי ליפאז.

סינתזת האתר של וויליאמסון מאפשרת המרה פשוטה וסלקטיבית של קבוצות ההידרוקסיל PEG ל-methoxys. זה משפר את היציבות ומבטל אתרים תגובתיים בפולימר PEG.

מהם היישומים של מתוקסיפוליאתילן גליקול?

מתוקסיפוליאתילן גליקול(mPEG) יש שימושים רבים בתעשיות התרופות, הביו-רפואיות ואחרות בשל תמהיל המאפיינים הייחודי שלו. חלק מהיישומים כוללים:

PEGylation:mPEG משמש לשינוי חלבונים ואנזימים פרמצבטיים כדי לשפר את יציבותם וזמן המחזור שלהם. ציפוי mPEG מונע פירוק.

רכבי משלוח סמים- ניתן להשתמש ב-mPEGs כדי להמיס תרופות הידרופוביות למיצלות או שלפוחיות ננומטריות לשיפור האספקה.

מכשירים רפואיים- ציפוי משטחים ב-mPEG ממזער הידבקות חלבון וצמיחת חיידקים. זה משפר את התאימות הביולוגית של שתלים וצנתרים.

קוסמטיקה: mPEG פועל כחומר שומר לחות וממיס בתחליבים וקרמים רבים. הוא מספק תכונות חלקות וגמישות.

חומרים משמרים:mPEGs יכולים לעכב צמיחה של חיידקים, שמרים ועובשים כדי לתפקד כמרכיבים משמרים.

חומרי סיכה: התנהגות הרטבה מעולה עושהמתוקסיפוליאתילן גליקולשימושי כציפוי סיכה או תוספים בג'לים.

סינתזה כימית: קבוצות המתוקסי הלא תגובתיות מאפשרות תגובות PEGylation סלקטיביות ללא תוצרי לוואי.

ניתן לגוון גם את המשקל המולקולרי וגם את האחוז של תכולת PEG כדי להשיג את התכונות הפיזיקליות הרצויות עבור יישום נתון. mPEG מציעה פלטפורמה רב-תכליתית לשיפור מסיסות מים, תאימות ביולוגית וביצועים של תרכובות פעילות.

הפניות:

Alconcel, SNS, Baas, AS and Maynard, HD, 2011. תרופות מצומדות של פולי (אתילן גליקול)-חלבון מאושרות על ידי ה-FDA. Polymer Chemistry, 2(7), עמ' 1442-1448.

Harris, JM and Chess, RB, 2003. השפעת pegylation על תרופות. סקירות טבע Drug Discovery, 2(3), עמ' 214-221.

Joralemon, MJ, O'Reilly, RK, Hawker, CJ and Wooley, KL, 2005. ננו-חלקיקים מוצלבים (SCC): מתודולוגיה חדשה לסינתזה ופונקציונליזציה אורתוגונלית. Journal of the American Chemical Society, 127(48), עמ' 16892-16899.

Mahou, R. and Wandrey, C., 2012. Alkoxypolyethylene glycols. סקירות כימיות, 112(4), עמ' 2351-2390.

Veronese, FM ו Pasut, G., 2005. PEGylation, גישה מוצלחת למתן תרופות. גילוי סמים היום, 10(21), עמ' 1451-1458.