CH616942A5 - Method for suppressing the immunogenic action of a biocatalyst. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung der Immunogenwirkung eines Biokatalysators, d. h. eines Enzyms oder Hormons mit Polypeptidstruktur, ohne dass die biologische bzw. enzymatische Aktivität des Biokatalysators aufgehoben wird. The invention relates to a method for suppressing the immunogen activity of a biocatalyst, i. H. of an enzyme or hormone with a polypeptide structure, without the biological or enzymatic activity of the biocatalyst being abolished.
Die medizinische Verwendung von hormonellen Biokatalysatoren, die Polypeptide sind, für den Kreislauf zum Erzielen bestimmter physiologischer Effekte ist bekannt, z.B. im Fall des Insulins, das für die Behandlung von Diabetes verwendet wird. Eine andere Gruppe biokatalytischer Polypeptide, denen grosse therapeutische Fähigkeiten zugeschrieben werden, ist die der Enzyme verschiedener Klassen. Die therapeutische Verwendung insbesondere der enzymatischen Biokatalysatoren wird häufig dadurch beschränkt, dass diese Verbindungen im Kreislauf Immunogenreaktionen auslösen, und zwar als Folge der Erzeugung von Polypeptid-Antikörpern. Dies führt zur Inaktivierung oder Zerstörung der Polypeptide und kann unter Umständen gefährliche allergische Wirkungen auslösen. The medical use of hormonal biocatalysts, which are polypeptides, for the circulation to achieve certain physiological effects is known, e.g. in the case of insulin, which is used for the treatment of diabetes. Another group of biocatalytic polypeptides to which great therapeutic capabilities are attributed is that of various classes of enzymes. The therapeutic use, in particular of the enzymatic biocatalysts, is often restricted by the fact that these compounds trigger immunogenic reactions in the circulation, as a result of the generation of polypeptide antibodies. This leads to the inactivation or destruction of the polypeptides and may trigger dangerous allergic effects.
Die Polypeptid-Zerstörung durch Antikörper ist wahrscheinlich auch der Grund für die relativ kurze Wirkungsdauer von Insulin im Kreislauf, weswegen Diabetes-Patienten in relativ kurzen Abständen Insulin verabreicht erhalten müssen. Bei enzymatischen Biokatalysatoren mit Polypeptidstruktur kommt zur Inaktivierung bzw. Zerstörung meist noch die Allergiereaktion hinzu. Antibody polypeptide destruction is probably also the reason for the relatively short duration of action of insulin in the circulatory system, which is why diabetes patients must receive insulin at relatively short intervals. In the case of enzymatic biocatalysts with a polypeptide structure, the allergy reaction is usually added to the inactivation or destruction.
Wenn es möglich wäre, enzymatische Polypeptide so zu modifizieren, dass deren erwünschte physiologische Aktivität ganz oder in einem erheblichen Masse erhalten bliebe und gleichzeitig die Immunogenreaktion ausgeschaltet würde, könnte man diese äusserst wertvollen Verbindungen vermehrt für die Human- und Tiermedizin ohne die genannten Nachteile und in weit geringeren Mengen als bisher möglich verwenden. If it were possible to modify enzymatic polypeptides in such a way that their desired physiological activity would be retained in whole or to a considerable extent and at the same time the immunogen reaction would be switched off, these extremely valuable compounds could be increasingly used for human and veterinary medicine without the disadvantages mentioned and in use much smaller amounts than previously possible.
Die genannten Probleme der therapeutischen Verwendung von Biokatalysatoren sind bekannt und es hat nicht an Versuchen zur Lösung dieser Probleme gefehlt. Die Addition oder Anlagerung von Enzymen an unlösliche Substrate ist Gegenstand umfangreicher Arbeiten, siehe z.B. Ann. Rev. Biochem. 35 (1966), 873, und «Fermentation Advances», New York (1969), Seite 391. Injizierbare Polypeptide mit anhaltender Wirkung wurden hierbei aber nicht erhalten. Ein weiterer Vorschlag zur Gewinnung von enzymatischen Polypeptiden mit verlängerter in vivo-Aktivität beruht auf der Mikroverkap-selung, siehe z.B. Science, 146 (1964), 524; Trans. Am. Soc. 12 (1966), 13; Nature, 218 (1968), 243; Can. J. Physiol. Phar-macol., 47 (1969), 1043; Canad. J. Physiol. Pharmacol., 45 (1967), 705. Ein weiterer Vorschlag beruht auf der Wärmestabilisierung durch Anfügen von Carboxymethylcellulose an Enzyme, wie Trypsin (siehe Nature, 189 [1961], 576) bzw. auf der Vereinigung von Proteasen mit hydrophilen Substraten (siehe z.B. Eur. J. Biochem., 25 [1972], 129); bei beiden Methoden werden die Polypeptide aber nicht in löslicher Form erhalten, wie dies für injizierbare Therapiepräparate und deren Wirkungskontrolle allgemein wünschbar ist. Eine weitere bekannte Methode beruht auf der Anfügung oder Addition, auch Fixierung genannt, von synthetischen Polymeren an Polypeptide Proteine, wie in «Advances in Immunology», 5 (1966), 30 beschrieben; der eben genannten Arbeit ist dargelegt, dass Homopolymere von Aminosäuren zwar fast alle nicht immunogen sind, dass aber die immunogene Aktivität durch Fixieren dieser Polymeren an immunogene Proteine nicht abgeschirmt wird, was sich an der Bildung von Antikörpern in den für die Versuche verwendeten Kreislaufsystemen zeigt. Polyglycin ist z.B. selbst nicht immunogen; wenn es aber an einem Protein fixiert wird, entsteht als abgeleitetes Protein ein Hapten. In ähnlicher Weise ist z.B. auch Dextran selbst nur schwach immunogen; wird es aber an Insulin fixiert, so zeigt das mit Dextran verkoppelte Insulin eine erhebliche immunogene Wirkung. The problems of the therapeutic use of biocatalysts mentioned are known and there has been no lack of attempts to solve these problems. The addition or attachment of enzymes to insoluble substrates is the subject of extensive work, see e.g. Ann. Rev. Biochem. 35 (1966), 873, and "Fermentation Advances", New York (1969), page 391. However, injectable polypeptides with a sustained action were not obtained. Another proposal for the production of enzymatic polypeptides with extended in vivo activity is based on microencapsulation, see e.g. Science, 146 (1964), 524; Trans. On. Soc. 12 (1966), 13; Nature, 218: 243,268; Can. J. Physiol. Phar-macol., 47 (1969), 1043; Canad. J. Physiol. Pharmacol., 45 (1967), 705. Another proposal is based on heat stabilization by adding carboxymethyl cellulose to enzymes such as trypsin (see Nature, 189 [1961], 576) or on the combination of proteases with hydrophilic substrates (see, for example Eur. J. Biochem., 25 [1972], 129); in both methods, however, the polypeptides are not obtained in a soluble form, as is generally desirable for injectable therapeutic preparations and their effectiveness monitoring. Another known method is based on the addition or addition, also called fixation, of synthetic polymers to polypeptide proteins, as described in “Advances in Immunology”, 5 (1966), 30; The work just mentioned shows that although almost all amino acid homopolymers are not immunogenic, the immunogenic activity is not shielded by fixing these polymers to immunogenic proteins, which is shown by the formation of antibodies in the circulatory systems used for the experiments. Polyglycine is e.g. not immunogenic itself; but if it is fixed to a protein, a hapten is formed as the derived protein. Similarly, e.g. dextran itself is also only weakly immunogenic; however, if it is fixed on insulin, the insulin coupled with dextran has a considerable immunogenic effect.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Unterdrückung der Immunogenwirkung eines Biokatalysators, der eine Vielzahl von Peptidbindungen besitzt, unter mindestens teilweiser Erhaltung seiner physiologischen Aktivität durch Fixierung von Polymeren an dem Biokatalysator ermöglicht die Gewinnung von im wesentlichen nicht immunogenen Polypeptid-Biokatalysatoren, die einen erheblichen Teil der erwünschten physiologischen Aktivitäten des Ausgangs-Polypeptids bewahren, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Biokatalysator an einem praktisch linearen Polyalkyl- oder Polyalkoxypolymer über mindestens ein Endkohlenstoffatom desselben fixiert wird, wobei das Polyalkyl- oder Polyalkoxypolymer unsubstituiert oder mit einer weniger als 5 C-Atome enthaltenden Alkoxy- oder Alkylgruppe substituiert ist. The method according to the invention for suppressing the immunogenic effect of a biocatalyst which has a multiplicity of peptide bonds, while at least partially maintaining its physiological activity by fixing polymers to the biocatalyst, makes it possible to obtain essentially non-immunogenic polypeptide biocatalysts which have a considerable part of the desired physiological Preserve activities of the starting polypeptide, and is characterized in that the biocatalyst is fixed to a practically linear polyalkyl or polyalkoxy polymer via at least one end carbon atom thereof, the polyalkyl or polyalkoxy polymer being unsubstituted or having an alkoxy containing less than 5 carbon atoms. or alkyl group is substituted.
In der beigeschlossenen Zeichnung sind Testergebnisse zusammengestellt, die weiter unten erläutert werden. The attached drawing shows test results, which are explained below.
Zur Fixierung an einem oder beiden Endkohlenstoffato-m(en) des Polymers kann dessen Endgruppe geändert oder durch Anfügen einer Kopplungsgruppe modifiziert werden, die mit dem Polypeptid reaktionsfähig ist. Die erfindungsgemäss erhältlichen Polypeptide mit daran fixiertem Polyalkyl- oder Polyalkoxypolymer können als wässrige Lösungen den Kreislauf von Menschen und Säugetieren eingeführt, z.B. intramuskulär injiziert werden und verursachen praktisch keine Immunogenwirkungen. To attach to one or both end carbon atoms of the polymer, its end group can be changed or modified by adding a coupling group that is reactive with the polypeptide. The polypeptides obtainable according to the invention with a polyalkyl or polyalkoxy polymer fixed thereon can introduce the circulation of humans and mammals as aqueous solutions, e.g. are injected intramuscularly and cause practically no immunogenic effects.
s s
10 10th
IS IS
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
616 942 616 942
Die Grundkette der im erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Polyalkyl- bzw. Polyalkoxypolymere ist eine praktisch lineare C-C-ICette bzw. eine Ätherkette. Es wurde gefunden, dass bei Verwendung von entsprechenden Polymeren mit stark verzweigten Ketten Produkte entstehen, die zu Immunogenwirkungen führen. Eine verhältnismässig geringe Substitution an der Grundkette ist aber zulässig, wenn diese Substitution auf substituierende Alkyl- oder Alkoxygruppen mit weniger als 5 und vorzugsweise 2 oder weniger C-Atomen begrenzt ist. Beispiele für brauchbare Polymere sind Polyethylenglycol, Polypropylenglycol; Polyethylenglycol wird besonders bevorzugt. The basic chain of the polyalkyl or polyalkoxy polymers used in the process according to the invention is a practically linear C-C-ICette or an ether chain. It has been found that when using corresponding polymers with highly branched chains, products are formed which lead to immunogenic effects. A relatively low substitution on the basic chain is permissible, however, if this substitution is limited to substituting alkyl or alkoxy groups with less than 5 and preferably 2 or less carbon atoms. Examples of useful polymers are polyethylene glycol, polypropylene glycol; Polyethylene glycol is particularly preferred.
Vorzugsweise werden ferner Polymere dieser Art mit Kettenlängen zwischen 500 und 5000 Dalton, insbesondere von 750 bis 2000 Dalton, verwendet. Polymers of this type with chain lengths between 500 and 5000 daltons, in particular from 750 to 2000 daltons, are also preferably used.
Im folgenden werden verschiedene Beispiele für die Art der Kopplung von Polymer mit Polypeptid beschrieben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Anteile eines bestimmten Polypeptides, das eine gewünschte physiologische Wirkung hat, vom jeweils verwendeten Polypeptid abhängen können. So können bei bestimmten Enzymen hauptsächlich ein oder zwei Aminosäurereste für die gewünschte physiologische Aktivität verantwortlich sein. Bei Verwendung eines Kopplungsmittels wird dann zweckmässig ein solches gewählt, das keine Affinität zu diesen speziellen aktiven Gruppen hat. Wenn sich dies nicht völlig erreichen lässt, kann ein Kompromiss in dem Sinne geschlossen werden, dass man Aktivität zugunsten von Nicht-Immunogenizität opfert. Die jeweils erreichbaren Endergebnisse hängen aber meist nicht nur vom verwendeten Kopplungsmittel, sondern auch von den relativen Anteilen der Komponenten und vom Molekulargewicht des Polymers ab. Für die meisten Polypeptide ist es zweckmässig, mit 10 bis 100 Mol und vorzugsweise 15 bis 50 Mol Polymer pro Mol Polypeptid zu arbeiten. Mit diesen relativen Anteilen werden in der Regel mindestens 15% der physiologischen Aktivität bewahrt. Vorzugsweise wird aber so gearbeitet, dass mindestens 40% der physiologischen Aktivität des Polypeptides bewahrt bleiben. Various examples of the type of coupling of polymer with polypeptide are described below. It must be taken into account here that the proportions of a specific polypeptide which has a desired physiological effect can depend on the polypeptide used in each case. With certain enzymes, one or two amino acid residues may be responsible for the desired physiological activity. When using a coupling agent, it is then expedient to choose one which has no affinity for these special active groups. If this cannot be fully achieved, a compromise can be made in the sense that one sacrifices activity in favor of non-immunogenicity. However, the final results that can be achieved mostly depend not only on the coupling agent used, but also on the relative proportions of the components and on the molecular weight of the polymer. For most polypeptides it is expedient to work with 10 to 100 moles and preferably 15 to 50 moles of polymer per mole of polypeptide. These relative proportions generally preserve at least 15% of the physiological activity. However, it is preferred to work in such a way that at least 40% of the physiological activity of the polypeptide is retained.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist allgemein auf Biokatalysatoren mit einer Vielzahl von Peptidbindungen - hier kurz Polypeptide genannt - anwendbar. Von besonderem Interesse ist dabei aber die Anwendung auf enzymatische Polypeptide und auf Insulin. Beispiele geeigneter Enzymkategorien sind die folgenden (die System-Nummern entsprechen den EC-Num-mern gemäss IUP AC): The method according to the invention is generally applicable to biocatalysts with a large number of peptide bonds - here called polypeptides for short. Of particular interest is the application to enzymatic polypeptides and insulin. Examples of suitable enzyme categories are the following (the system numbers correspond to the EC numbers according to IUP AC):
1. Oxidoreduktasen, z.B. Urat-Oxygen-Oxidoreduktase, System Nr. 1.7.3.3.„auch Uricase genannt; Hydrogenperoxid:-Hydrogenperoxid-Oxidoreduktase, System Nr. 1.11.1.6., auch Katalase genannt; und Cholesterin-red. NADP:Oxygen-Oxi-doreduktase, 20-ß hydroxylierend, System Nr. 1.14.1.9., auch Cholesterin-20-hydroxylase genannt. 1. Oxidoreductases, e.g. Urate-Oxygen-Oxidoreductase, System No. 1.7.3.3. “Also called uricase; Hydrogen peroxide: -hydrogen peroxide oxidoreductase, system No. 1.11.1.6., Also called catalase; and cholesterol-red. NADP: Oxygen-oxedoreductase, 20-ß hydroxylating, system No. 1.14.1.9., Also called cholesterol-20-hydroxylase.
2. Transferasen, z.B. UDP-Glucuronat-Glucuronyltransfe-rase mit unspezifischem Akzeptor, System Nr. 2.4.1.17., auch UDP-Glucoronyltransferase genannt, und UDP-Glucose-a-D-Galactose-l-phosphaturidylyltransferase, System Nr. 2.7.7.12. 2. Transferases, e.g. UDP-glucuronate-glucuronyltransferase with unspecific acceptor, system No. 2.4.1.17., Also called UDP-glucoronyltransferase, and UDP-glucose-a-D-galactose-1-phosphaturidylyltransferase, system No. 2.7.7.12.
3. Hydrolasen, z.B. Mucopeptid-N-acetylmuramylhydroIase, System Nr. 3.2.1.17., auch Lysozym genannt; Trypsin, System Nr. 3.4.4.4.; L-Asparaginaminohydrolase, System Nr. 3.5.1.1., auch Asparaginase genannt. 3. Hydrolases, e.g. Mucopeptide-N-acetylmuramylhydroIase, system No. 3.2.1.17., Also called lysozyme; Trypsin, System No. 3.4.4.4 .; L-Asparaginaminohydrolase, System No. 3.5.1.1., Also called Asparaginase.
4. Lyasen, z.B. Fructose-l,6-diphosphat-D-glyceraldehyd-3-phosphatlyase, System Nr. 4.1.2.12., auch Aldolase genannt. 4. Lyases, e.g. Fructose-l, 6-diphosphate-D-glyceraldehyde-3-phosphate lyase, system No. 4.1.2.12., Also called aldolase.
5. Isomerasen, z.B. D-Xylose-keto-isomerase, System Nr. 5.3.1.5., auch Xyloseisomerase genannt. 5. isomerases, e.g. D-xylose-keto-isomerase, system No. 5.3.1.5., Also called xylose isomerase.
6. Ligasen, z.B. L-Citrullin:L-Aspartatligase (AMP), System Nr. 6.3.4.5. 6. ligases, e.g. L-citrulline: L-aspartate ligase (AMP), system No. 6.3.4.5.
Die Nichtimmunogenizität der nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Produkte konnte nach den üblichen immunologischen Methoden bestätigt werden. Beispielsweise kann man hierzu das freie Polypeptid zunächst einem Versuchstier injizieren und das so gebildete Antiserum gegen das erfindungsgemäss am Polymeren fixierte - im folgenden auch als «geschützt» bezeichnete - Polypeptid auf Antigenreaktion getestet werden, z.B. durch Geldiffusion, Komplementärfixierung o. dgl. Methoden. Bei intradermaler Injektion des geschützten Polypeptides konnte weder eine sofortige noch eine verzögerte Hypersensitivität festgestellt werden. Wenn den Versuchstieren dagegen geschütztes Polypeptid injiziert wird, zeigen die aus den Versuchstieren erhaltenen Antisera keine Reaktion im Geldiffusionstest oder im Komplementärfixierungstest, und die Injektion mit ungeschütztem Polypeptid zeigte weder eine sofortige noch eine verzögerte Hypersensiti-vitätsreaktion. The nonimmunogenicity of the products obtained by the process according to the invention could be confirmed by the usual immunological methods. For example, the free polypeptide can first be injected into a test animal and the antiserum thus formed can be tested for the antigen reaction against the polypeptide which is fixed to the polymer according to the invention - hereinafter also referred to as "protected" - e.g. through gel diffusion, complementary fixation or similar methods. When the protected polypeptide was injected intradermally, there was no immediate or delayed hypersensitivity. On the other hand, when the test animals are injected with protected polypeptide, the antisera obtained from the test animals show no reaction in the gel diffusion test or in the complementary fixation test, and the injection with unprotected polypeptide showed neither an immediate nor a delayed hypersensitivity reaction.
Wie weiter oben erwähnt, kann das Polymer nach verschiedenen Methoden am Biokatalysator fixiert werden. Bei der einen Methode wird die Polymer-Endgruppe mit einer Kopp-lungsgruppe versehen; bei einer anderen bevorzugten Methode wird eine Gruppe am endständigen C-Atom, beispielsweise die Hydroxygruppe, durch Umwandlung modifiziert und z.B. in eine Aminogruppe umgewandelt, die dann mit dem Polypeptid gekoppelt werden kann, beispielsweise mit an sich bekannten Kopplungsmitteln. As mentioned above, the polymer can be fixed to the biocatalyst using various methods. In one method, the polymer end group is provided with a coupling group; in another preferred method, a group on the terminal C atom, e.g. the hydroxy group, is modified by conversion and e.g. converted into an amino group which can then be coupled to the polypeptide, for example using coupling agents known per se.
Beispiele geeigneter Kopplungsgruppen für die erste Methode sind Cyanurchlorid oder Cyanurfluorid. Das Polymer, vorzugsweise Polyethylenglycol, nachstehend PEG genannt, kann hierbei in einem geeigneten reaktionsinerten Lösungsmittel, wie Kohlenwasserstoff, zweckmässigerweise wasserfreiem Benzol, das eine geringe Menge einer schwachen Base, wie Natriumcarbonat enthält, aufgenommen und das Cyanurchlorid dann zugesetzt werden. Das Reaktionsgemisch kann dann in überschüssiges Wasser gegossen, von unlöslichen Anteilen getrennt und schliesslich von Lösungsmittel befreit werden, vorzugsweise unter vermindertem Druck; auf diese Weise wird 2-PEG-4-hydroxy-6-chlor-l,3,5-triazin erhalten. Das so erhaltene «aktivierte» Polymer kann dann mit einer Lösung des gewählten Polypeptides in einer geeigneten Pufferlösung zum Erzielen der gewünschten Fixierung umgesetzt werden. Danach kann das nicht umgesetzte Polymer entfernt werden, vorzugsweise durch Behandlung mit einem Gelper-meationsharz, wie «Sephadex»-G-50; das als Zielprodukt erhaltene geschützte Polypeptid kann dann nach an sich üblichen Methoden gereinigt werden, die eine Denaturierung der Polypeptidkomponente vermeiden. Zweckmässig wird das Zielprodukt in gepufferter wässriger Lösung belassen, kann aber nach schonenden Methoden auch in festem Zustand isoliert werden, z.B. durch Gefriertrocknung. Examples of suitable coupling groups for the first method are cyanuric chloride or cyanuric fluoride. The polymer, preferably polyethylene glycol, hereinafter referred to as PEG, can be taken up in a suitable inert solvent such as hydrocarbon, suitably anhydrous benzene which contains a small amount of a weak base such as sodium carbonate, and the cyanuric chloride can then be added. The reaction mixture can then be poured into excess water, separated from insoluble constituents and finally freed from solvent, preferably under reduced pressure; in this way 2-PEG-4-hydroxy-6-chloro-1,3,5-triazine is obtained. The “activated” polymer thus obtained can then be reacted with a solution of the chosen polypeptide in a suitable buffer solution to achieve the desired fixation. The unreacted polymer can then be removed, preferably by treatment with a gel permeation resin such as "Sephadex" -G-50; the protected polypeptide obtained as the target product can then be purified by conventional methods which avoid denaturation of the polypeptide component. The target product is expediently left in a buffered aqueous solution, but can also be isolated in a solid state using gentle methods, e.g. by freeze drying.
Eine andere geeignete Endgruppe ist die Acylazidgruppe. Zu deren Bildung kann endständiges Hydroxyl des Polymeren mit Chloressigsäureanhydrid umgesetzt und dann mit Diazo-methan zum Methylester des Carbomethoxyäthers umgesetzt werden, der durch Behandlung mit Hydrazin das entsprechende Hydrazid ergibt, welches bei Behandlung mit salpetriger Säure das gewünschte Acylazid liefert. Another suitable end group is the acyl azide group. To form it, terminal hydroxyl of the polymer can be reacted with chloroacetic anhydride and then reacted with diazo-methane to give the methyl ester of the carbomethoxy ether, which, by treatment with hydrazine, gives the corresponding hydrazide, which, when treated with nitrous acid, gives the desired acylazide.
Auch die Succinatgruppe kann als Kopplungsgruppe verwendet werden. Hierzu kann das Polymerglycol, beispielsweise PEG oder PPG (Polypropylenglycol) in reaktionsinertem Lösungsmittel in Gegenwart einer milden Base, wie Natrium-bicarbonat, aufgenommen und mit einem Dihalogenbernstein-säureanhydrid, wie Dibrombernsteinsäureanhydrid, behandelt werden. Das so hergestellte PEG-dihalogensuccinat oder The succinate group can also be used as a coupling group. For this purpose, the polymer glycol, for example PEG or PPG (polypropylene glycol), can be taken up in an inert solvent in the presence of a mild base, such as sodium bicarbonate, and treated with a dihalosuccinic anhydride, such as dibromosuccinic anhydride. The PEG-dihalosuccinate or
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
616 942 616 942
4 4th
analog behandelte Polymer kann dann mit Polypeptid umgesetzt werden. polymer treated analogously can then be reacted with polypeptide.
Auch die Anthranilatgruppe ist geeignet. Bei dieser Variante kann das Polymerglycol, wiederum in einem reaktionsinerten Lösungsmittel, mit Isatoinsäureanhydrid zum Anthranilatester umgesetzt werden, der dann ohne weitere Reinigung für die nächste Stufe, nämlich die Diazotierung, verwendet werden kann; diese kann in an sich üblicher Weise durchgeführt werden, z.B. durch Aufnehmen des Anthranilat-esters in Wasser, Ansäuern der Lösung, z.B. mit Eisessigsäure, Kühlung und Zusatz von Natriumnitrit. Das so erhaltene Diazoniumsalz kann mit dem Polypeptid umgesetzt werden. The anthranilate group is also suitable. In this variant, the polymer glycol, again in a reaction-inert solvent, can be reacted with isatoic anhydride to form the anthranilate ester, which can then be used for the next step, namely the diazotization, without further purification; this can be carried out in a conventional manner, e.g. by taking up the anthranilate ester in water, acidifying the solution, e.g. with glacial acetic acid, cooling and addition of sodium nitrite. The diazonium salt thus obtained can be reacted with the polypeptide.
Eine interessante weitere Variante unter Verwendung von Azidogritppen beruht auf der fotochemischen Addition einer Azid-Kopplungsgruppe, beispielsweise indem das Glycol in Pufferlösung mit 4-Fluor-3-nitrophenylazid behandelt und das nicht umgesetzte Azid entfernt wird, vorzugsweise durch Dialyse. Zur Fixierung am Enzym, beispielsweise Lysozym, kann dieses in Wasser aufgenommen, mit dem Reaktionsmittel zusammengebracht und zusammen mit diesem erneut bestrahlt werden, was beispielsweise das PEG-2-nitrophenyllysozym liefert. An interesting further variant using azido groups is based on the photochemical addition of an azide coupling group, for example by treating the glycol in buffer solution with 4-fluoro-3-nitrophenylazide and removing the unreacted azide, preferably by dialysis. To fix the enzyme, for example lysozyme, it can be taken up in water, brought together with the reactant and irradiated again with it, which, for example, gives the PEG-2-nitrophenyllysozyme.
Eine endständige Hydroxylgruppe des Polymers kann für die Fixierung am Polypeptid in eine Aminogruppe umgewandelt werden. Hierzu kann man das Polymer an seiner endständigen Hydroxylgruppe entweder mit einem Sulfonierungsmit-tel, wie Toluolsulfonylchlorid. oder mit einem Halogenierungs-mittel, wie Triphenylphosphin in Tetrachlorkohlenstoff, oder Triphenylphosphin zusammen mit einem geeigneten N-Halo-genbernsteinsäureimid, umsetzen. Das auf diese Weise hergestellte Halogenid oder Tosylat kann dann nach Behandlung mit Natriumazid mit Lithiumaluminiumhydrid zum entsprechenden Polymer mit endständiger Aminogruppe reduziert werden. A terminal hydroxyl group of the polymer can be converted to an amino group for fixation to the polypeptide. To this end, the polymer at its terminal hydroxyl group can be treated either with a sulfonating agent such as toluenesulfonyl chloride. or with a halogenating agent, such as triphenylphosphine in carbon tetrachloride, or triphenylphosphine together with a suitable N-halosuccinimide. The halide or tosylate produced in this way can then, after treatment with sodium azide with lithium aluminum hydride, be reduced to the corresponding polymer with an amino group at the end.
Solche Polymeren mit endständiger Aminogruppe können dann über eine Carboxylgruppe des Polypeptides mit diesem nach an sich bekannten Methoden verkoppelt werden. Hierfür können z.B. wasserlösliche Carbodiimide, wie 1-Cyclohexyl-3(2-morpholinethyl)-carbodiimid, insbesondere Metho-p-toluol verwendet werden und es entsteht eine Amidobindung aus dem Stickstoff des Polymers und der Carbonylgruppe des Enzyms. Such polymers with a terminal amino group can then be coupled via a carboxyl group of the polypeptide to the latter according to methods known per se. For this, e.g. water-soluble carbodiimides, such as 1-cyclohexyl-3 (2-morpholinethyl) carbodiimide, in particular metho-p-toluene, are used and an amido bond is formed from the nitrogen of the polymer and the carbonyl group of the enzyme.
Anstelle der direkten Kopplung der Aminogruppe zur Bildung einer Amidobindung mit dem Polypeptid kann die Kopplung auch über eine Maleimidgruppe erfolgen; hierzu kann z.B. cu-Amino-PEG mit Maleinsäureanhydrid umgesetzt und das entstehende N-PEG-maleimid mit dem gewünschten Polypeptid zur Reaktion gebracht werden. Instead of directly coupling the amino group to form an amido bond with the polypeptide, the coupling can also take place via a maleimide group; for this e.g. cu-amino-PEG reacted with maleic anhydride and the resulting N-PEG-maleimide can be reacted with the desired polypeptide.
In den folgenden Beispielen beziehen sich die Zahlenwerte nach der Bezeichnung des Polymers (z.B. PEG 750) auf das Molekulargewicht des Polymers in Dalton. Angaben in Grad ° beziehen sich auf die Temperatur in °C. In the following examples, the numerical values after the name of the polymer (e.g. PEG 750) relate to the molecular weight of the polymer in daltons. Degrees ° refer to the temperature in ° C.
Beispiel 1 Fixierung von Uricase an PEG Example 1 Fixation of Uricase to PEG
(A) Herstellung der PEG-Komponente (Stufen 1-3) 1. PEG 750 (2,0 g) wird in flüssigem Ammoniak (30 ml) gelöst; die Lösung wird mit Natrium behandelt, bis die blaue Farbe 5 min bestehen bleibt. Dann wird das Ammoniak mit einem trockenen Stickstoffstrom abgedampft. Der Rückstand wird mit Chloressigsäuremethylester (5 ml) behandelt, die Mischung über Nacht bei Raumtemperatur stehengelassen und schliesslich 1 Std. auf 100° erhitzt. Nach Entfernung von überschüssigem Reagens unter vermindertem Druck bleibt der PEG-methylcarbomethoxyester zurück. (A) Preparation of the PEG component (stages 1-3) 1. PEG 750 (2.0 g) is dissolved in liquid ammonia (30 ml); the solution is treated with sodium until the blue color persists for 5 minutes. Then the ammonia is evaporated with a dry stream of nitrogen. The residue is treated with methyl chloroacetate (5 ml), the mixture is left to stand at room temperature overnight and finally heated to 100 ° for 1 hour. After removal of excess reagent under reduced pressure, the PEG-methylcarbomethoxy ester remains.
2. Der PEG-methylcarbomethoxyester (2,0 g) wird mit Methanol (300 ml) und Hydrazinhydrat (15 ml) über Nacht auf Rückflusstemperatur gehalten und die Lösung dann unter vermindertem Druck eingedampft, was das PEG-methoxycar-bohydrazid ergibt. 2. The PEG-methyl carbomethoxy ester (2.0 g) is kept at reflux with methanol (300 ml) and hydrazine hydrate (15 ml) overnight and the solution is then evaporated under reduced pressure to give the PEG-methoxycar-bohydrazide.
3. Das so erhaltene Hydrazid (1,0 g) wird in 2%iger Salzsäure (150 ml) gelöst und langsam unter Rühren mit 5%iger Natriumnitritlösung (9 ml) versetzt. Die Lösung wird dann 20 min auf Raumtemperatur gehalten. Die so gebildete Lösung von PEG-carboxymethylazid wird für die nachfolgend beschriebene Kopplung verwendet. 3. The hydrazide (1.0 g) thus obtained is dissolved in 2% hydrochloric acid (150 ml) and 5% sodium nitrite solution (9 ml) is slowly added while stirring. The solution is then kept at room temperature for 20 minutes. The PEG-carboxymethylazide solution thus formed is used for the coupling described below.
(B) Kopplung von Uricase mit der PEG-Komponente (B) Coupling uricase with the PEG component
Die in Stufe (A) 3 erhaltene Azidlösung (16 ml) wird durch Zusatz von Natriumphosphat auf pH 8,7 eingestellt. Uricase (25 mg) wird zugesetzt und die Lösung 2 Std. bei Raumtemperatur gerührt. Dann wird die Lösung dialysiert und das geschützte Enzym durch Chromatographie an «Sephadex» G-50 isoliert. Durch Gefriertrocknung kann das Produkt auch in fester Form erhalten werden. The azide solution (16 ml) obtained in stage (A) 3 is adjusted to pH 8.7 by adding sodium phosphate. Uricase (25 mg) is added and the solution is stirred for 2 hours at room temperature. The solution is then dialyzed and the protected enzyme is isolated by chromatography on “Sephadex” G-50. The product can also be obtained in solid form by freeze-drying.
In analoger Weise, jedoch unter Verwendung von Aspara-ginase anstelle von Uricase, erhält man die entsprechende PEG-Asparaginase. Wird PPG anstelle von PEG verwendet, so erhält man PPG-Uricase bzw. PPG-Asparaginase. The corresponding PEG-asparaginase is obtained in an analogous manner, but using asparaginase instead of uricase. If PPG is used instead of PEG, PPG uricase or PPG asparaginase is obtained.
Beispiel 2 Fixierung von Katalase an PEG Example 2 Fixation of catalase to PEG
(A) Herstellung der PEG-Komponente (A) Preparation of the PEG component
PEG 750 (30 g, 0,04 Mol) oder PEG 2000 (80 g, 0,04 Mol) wird in 150 ml wasserfreiem Benzol gelöst, das 8 g NaiCCb enthält. Die Lösung wird auf 10° gekühlt und mit Cyanurchlorid (7.38 g, 0,04 Mol) versetzt. Die Lösung wird über Nacht bei 10° gerührt. Dann wird Wasser (5 ml) zugesetzt, die Lösung einige Stunden auf Raumtemperatur gehalten und schliesslich über Nacht auf 40° erwärmt. Die unlöslichen Anteile werden dann abzentrifugiert und das Lösungsmittel in einem Drehverdampfer bei 40° unter vermindertem Druck entfernt. Geringe Anteile Niederschlag, die beim Konzentrieren auftreten, können durch Zugabe von etwas Benzol zur Verminderung der Viskosität, folgendem Abzentrifugieren und erneutem Eindampfen entfernt werden. Das Produkt ist PEG-4-hydroxy-6-chlor-l,3,5-triazin, eine bei 40" zähe Flüssigkeit, die bis zur Verwendung im Kühlschrank gelagert werden kann. PEG 750 (30 g, 0.04 mol) or PEG 2000 (80 g, 0.04 mol) is dissolved in 150 ml of anhydrous benzene containing 8 g of NaiCCb. The solution is cooled to 10 ° and cyanuric chloride (7.38 g, 0.04 mol) is added. The solution is stirred at 10 ° overnight. Then water (5 ml) is added, the solution is kept at room temperature for a few hours and finally warmed to 40 ° overnight. The insoluble components are then centrifuged off and the solvent is removed in a rotary evaporator at 40 ° under reduced pressure. Small amounts of precipitate that occur during concentration can be removed by adding a little benzene to reduce the viscosity, then centrifuging off and evaporating again. The product is PEG-4-hydroxy-6-chloro-l, 3,5-triazine, a 40 "viscous liquid that can be stored in the refrigerator until use.
(B) Kopplung von Katalase an der PEG-Komponente (B) Coupling of catalase to the PEG component
Katalase (60 mg, 8,7xl(H Mol) wird in 3 ml 0,05-m Boratpufferlösung (pH = 9) gelöst. Dann wird die aus PEG 750 gemäss Absatz (A) hergestellte PEG-Komponente (470 mg) zugesetzt. Nach 3 Std. wird der pH-Wert mit Natriumhydroxid wieder auf 9,0 gebracht und die Lösung bei Raumtemperatur über Nacht stehengelassen. Dann wird der pH-Wert erneut auf 9,0 eingestellt und die nicht umgesetzte PEG-Komponente entfernt, indem die Lösung über eine Säule mit «Sephadex G-50» geführt wird. Die erhaltene PEG-HTA-Katalase wird in einem Rotationsverdampfer bis zu einer Konzentration von Catalase (60 mg, 8.7xl (H mol) is dissolved in 3 ml of 0.05-m borate buffer solution (pH = 9). Then the PEG component (470 mg) prepared from PEG 750 according to paragraph (A) is added. After 3 hours the pH is brought back to 9.0 with sodium hydroxide, the solution is left to stand at room temperature overnight, then the pH is readjusted to 9.0 and the unreacted PEG component is removed by removing the solution is passed over a column with “Sephadex G-50.” The PEG-HTA catalase obtained is in a rotary evaporator up to a concentration of
1 mg Protein/ml eingeengt und im Kühlschrank gelagert (HTA = -4-Hydroxy-l,3,5-triazin-6-yI). 1 mg protein / ml concentrated and stored in the refrigerator (HTA = -4-hydroxy-l, 3,5-triazin-6-yI).
In analoger Weise, jedoch mit «Carbowax» 2000 - einem technischen PEG — wird ein ähnliches Produkt erhalten. Ferner wird bei analoger Arbeitsweise, aber mit D-Xyloseketoli-somerase (Xyloseisomerase) oder Insulin anstelle von Katalase, die entsprechende PEG-HTA-Xyloseisomerase bzw. das PEG-HTA-Insulin erhalten. A similar product is obtained in an analogous manner, but with “Carbowax” 2000 - a technical PEG. Furthermore, the corresponding PEG-HTA xylose isomerase or the PEG-HTA insulin is obtained in an analogous procedure, but with D-xyloseketoli somerase (xylose isomerase) or insulin instead of catalase.
s s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
616 942 616 942
Beispiel 3 Example 3
Fixierung von Cholesterin-20-hydroxylase an PEG-maleimid Fixation of cholesterol-20-hydroxylase to PEG-maleimide
(A) Herstellung von N-PEG-maleimid Maleinsäureanhydrid (1,0 g, 0,001 Mol), Benzol (50 ml) (A) Preparation of N-PEG-maleimide maleic anhydride (1.0 g, 0.001 mol), benzene (50 ml)
und co-Amino-PEG (0,005 Mol) werden 2 Std. auf Rückfluss gehalten. Die Lösung wird unter vermindertem Druck eingedampft und 2 Std. in trockenem Stickstoffstrom auf 200° erhitzt. and co-amino-PEG (0.005 mol) are refluxed for 2 hours. The solution is evaporated under reduced pressure and heated to 200 ° in a dry nitrogen stream for 2 hours.
(B) Umsetzung von N-PEG-maleimid mit Cholesterin-20-hydroxylase (B) Reaction of N-PEG-maleimide with cholesterol-20-hydroxylase
Das Enzym (25 mg) wird zu einer Lösung von N-PEG-maleimid (70 mg) in 0,1-m Phosphatpufferlösung (pH 7,0; 10 ml) gegeben und die entstandene Lösung bei Raumtemperatur 1 Std. stehengelassen. Die Lösung wird dann dialysiert und das Zielprodukt durch Chromatographie an «Sephadex» G-50 aus dem Dialysat in Form einer Lösung isoliert, die gegebenenfalls gefriergetrocknet werden kann. The enzyme (25 mg) is added to a solution of N-PEG-maleimide (70 mg) in 0.1-m phosphate buffer solution (pH 7.0; 10 ml) and the resulting solution is left to stand at room temperature for 1 hour. The solution is then dialyzed and the target product is isolated from the dialysate by chromatography on "Sephadex" G-50 in the form of a solution which can optionally be freeze-dried.
Beispiel 4 Example 4
Fixierung von UDP-Glycuronyltransferase an PEG-succinat Fixation of UDP-glycuronyl transferase to PEG succinate
(A) Herstellung von PEG-dibromsuccinat (PEG-Komponente) (A) Preparation of PEG dibromosuccinate (PEG component)
PEG (1,0 g) wird in trockenem Benzol (10 ml) gelöst, das Natriumbicarbonat (1,0 g) enthält. Dann wird Dibrombern-steinsäureanhydrid (0,5 g) zugesetzt, die Lösung über Nacht gerührt, dann filtriert und das Filtrat unter vermindertem Druck konzentriert. Dies ergibt PEG-dibromsuccinat. PEG (1.0 g) is dissolved in dry benzene (10 ml) containing sodium bicarbonate (1.0 g). Then dibromosuccinic anhydride (0.5 g) is added, the solution stirred overnight, then filtered and the filtrate concentrated under reduced pressure. This gives PEG dibromosuccinate.
In analoger Weise wird bei Verwendung von Dijodbern-steinsäureanhydrid anstelle von Dibrombernsteinsäureanhy-drid das entsprechende PEG-dijodsuccinat erhalten. In an analogous manner, the corresponding PEG diiodosuccinate is obtained when diiodosuccinic anhydride is used instead of dibromosuccinic anhydride.
(B) Kopplung von UDP-Glucuronyltransferase mit PEG-succinat (B) Coupling of UDP-glucuronyltransferase with PEG-succinate
Das Enzym (50 mg) wird in Pufferlösung (10 ml; pH 7,0) bei Raumtemperatur langsam mit PEG-dibromsuccinat (100 mg) in Wasser (5 ml) behandelt. Der pH-Wert wird zwischen 7 und 8 gehalten. Das Zielprodukt wird durch Chromatographie an «Sephadex» G-50 isoliert und durch Gefriertrocknung als Feststoff gewonnen. The enzyme (50 mg) in buffer solution (10 ml; pH 7.0) is slowly treated with PEG-dibromosuccinate (100 mg) in water (5 ml) at room temperature. The pH is kept between 7 and 8. The target product is isolated by chromatography on “Sephadex” G-50 and obtained as a solid by freeze-drying.
Beispiel 5 Example 5
Fixierung von UDP-Glucose-a-D-galactose-l-phosphat-turidyl-transferase (System Nr. 2.7.7.12.) an PEG-anthranilat Fixation of UDP-glucose-a-D-galactose-1-phosphate-turidyl-transferase (system No. 2.7.7.12.) On PEG-anthranilate
(A) Herstellung der PEG-Komponente (A) Preparation of the PEG component
1. PEG (1,0 g) wird in trockenem Benzol (10 ml) gelöst, das Natriumbicarbonat (1,0 g) enthält, mit Isatoinsäureanhydrid (0,25 g) versetzt und über Nacht gerührt. Die entstandene Lösung wird filtriert und das Filtrat bei 40° unter vermindertem Druck eingedampft, Der so erhaltene PEG-anthranilat-ester wird ohne weitere Reinigung im nächsten Schritt verwendet. 1. PEG (1.0 g) is dissolved in dry benzene (10 ml) containing sodium bicarbonate (1.0 g), isatoic anhydride (0.25 g) added and stirred overnight. The resulting solution is filtered and the filtrate is evaporated at 40 ° under reduced pressure. The PEG-anthranilate ester thus obtained is used in the next step without further purification.
2. der so erhaltene PEG-anthranilatester wird in Wasser (5,0 ml) gelöst und mit Eisessig (0,5 ml) versetzt. Diese Lösung wird auf 0-2° gekühlt und tropfenweise unter Rühren so lange mit einer konzentrierten Natriumnitritlösung versetzt, bis salpetrige Säure entsteht. 2. The PEG anthranilate ester thus obtained is dissolved in water (5.0 ml) and glacial acetic acid (0.5 ml) is added. This solution is cooled to 0-2 ° and, while stirring, a concentrated sodium nitrite solution is added dropwise until nitrous acid is formed.
(B) Kopplung der Transferase (System Nr. 2.7.7.12.) mit PEG-anthranilatesterdiazoniumsalz (B) Coupling of the transferase (system No. 2.7.7.12.) With PEG-anthranilate ester diazonium salt
Das Enzym (25 mg) wird in Pufferlösung (5 ml; pH 7 bis 7,5) gelöst, die Lösung auf 0-2° gekühlt und tropfenweise zu der gemäss Absatz (A) 2 erhaltenen diazotierten Lösung gegeben, wobei man den pH-Wert auf 7 bis 7,5 hält. Nach 2 Std. wird die Lösung auf Raumtemperatur gebracht und filtriert. Das Zielprodukt wird durch «Sephadex»-Chromatographie isoliert und kann durch Gefriertrocknung in fester Form erhalten werden. The enzyme (25 mg) is dissolved in buffer solution (5 ml; pH 7 to 7.5), the solution is cooled to 0-2 ° and added dropwise to the diazotized solution obtained according to paragraph (A) 2, the pH Holds 7 to 7.5. After 2 hours the solution is brought to room temperature and filtered. The target product is isolated by «Sephadex» chromatography and can be obtained in a solid form by freeze-drying.
Beispiel 6 Example 6
Fixierung von Lysozym an 4-Azido-2-nitrophenyl-PEG Fixation of lysozyme to 4-azido-2-nitrophenyl-PEG
(A) Herstellung der PEG-Komponente (A) Preparation of the PEG component
PEG (1,0 g) wird in Boratpuffer mit pH 9,8 (100 ml) gelöst und die Lösung mit 4-FIuor-3-nitrophenylazid (1,0 g) in Aceton (10 ml) behandelt. Das Reaktionsgemisch wird über Nacht bei 40° gerührt und filtriert. Das Filtrat wird gegen Wasser dialysiert, filtriert und gefriergetrocknet. PEG (1.0 g) is dissolved in borate buffer at pH 9.8 (100 ml) and the solution is treated with 4-fluor-3-nitrophenylazide (1.0 g) in acetone (10 ml). The reaction mixture is stirred at 40 ° overnight and filtered. The filtrate is dialyzed against water, filtered and freeze-dried.
(B) Fotochemische Kopplung von Lysozym an der PEG-Komponente (B) Photochemical coupling of lysozyme to the PEG component
Lysozym (60 mg) wird in 3 ml Wasser gelöst und mit 4-Azido-2-nitrophenyl-PEG (50 mg) gemäss Absatz (A) versetzt. Die entstandene Lösung wird 18 Std. bei 40° mit zwei Wolframlampen (je 125 W) bestrahlt, die in Natriumnitritlösung eingetaucht waren, um Strahlung mit Wellenlängen von weniger als 400 nm auszufiltrieren. Das Produkt wurde durch Chromatographie an «Sephadex» G-50 gereinigt, durch Eluie-ren als Lösung erhalten und konnte durch Gefriertrocknen aus der Lösung isoliert werden. Lysozyme (60 mg) is dissolved in 3 ml of water and 4-azido-2-nitrophenyl-PEG (50 mg) is added in accordance with paragraph (A). The resulting solution is irradiated for 18 hours at 40 ° with two tungsten lamps (125 W each) which were immersed in sodium nitrite solution in order to filter out radiation with wavelengths of less than 400 nm. The product was purified by chromatography on “Sephadex” G-50, obtained as a solution by elution and could be isolated from the solution by freeze-drying.
Beispiel 7 Fixierung von Trypsin an PEG-Amid Example 7 Fixation of trypsin to PEG amide
(A) Herstellung von co-Amino-PEG (PEG-Komponente) (A) Preparation of Co-Amino-PEG (PEG Component)
1.a. Gewinnung der Azid-Vorstufe durch Tosylierung PEG 6000 (50 g) wird in Toluol (400 ml) gelöst und die 1.a. Obtaining the azide precursor by tosylation PEG 6000 (50 g) is dissolved in toluene (400 ml) and the
Lösung zur azeotropen Entfernung der Wasserspuren mit einer Teilmenge (60 ml) des Toluols erwärmt. Die abgekühlte Lösung wird mit wasserfreiem Triethylamin (5,5 ml) und dann mit p-Toluolsulfonylchlorid (3,4 g) versetzt. Die erhaltene Lösung wird über Nacht auf Raumtemperatur gehalten, dann filtriert und das Filtrat auf 5° gekühlt. Der dabei gebildete Niederschlag wird gesammelt, in absolutem Ethanol (200 ml) gelöst und mit Natriumazid (1,0 g) versetzt. Die Mischung wird 36 Std. auf Rückfluss erwärmt, was das PEG-Cü-Azid in ethanolischer Lösung ergibt. Solution for azeotropic removal of traces of water heated with a portion (60 ml) of toluene. Anhydrous triethylamine (5.5 ml) and then p-toluenesulfonyl chloride (3.4 g) are added to the cooled solution. The solution obtained is kept at room temperature overnight, then filtered and the filtrate is cooled to 5 °. The precipitate formed is collected, dissolved in absolute ethanol (200 ml) and sodium azide (1.0 g) is added. The mixture is heated to reflux for 36 hours, which gives the PEG-Cü azide in ethanolic solution.
1 .b. Gewinnung der Azid-Vorstufe durch Halogenierung 1 .b. Obtaining the azide precursor by halogenation
Es wird wie im Absatz l.a. gearbeitet, jedoch mitThionyl-bromid (2,5 ml) anstelle von p-Toluolsulfonylchlorid. Die Lösung wird 15 min nach der Zugabe von Thionylbromid unter Rückfluss gehalten und das erhaltene PEG-co-bromid wie oben in das Azid umgewandelt. As in paragraph l.a. worked, but with thionyl bromide (2.5 ml) instead of p-toluenesulfonyl chloride. The solution is refluxed 15 min after the addition of thionyl bromide and the PEG-co-bromide obtained is converted to the azide as above.
2. Umwandlung in co-Amino-PEG 2. Conversion to co-amino PEG
Die gemäss 1 .a. oder 1 .b. gewonnene ethanolische Lösung von co-Azido-PEG wird mit Adams-Katalysator vermischt und mit Wasserstoff behandelt, bis kein Wasserstoff mehr aufgenommen wird. Das Hydrierungsprodukt wird filtriert und unter vermindertem Druck eingeengt. Dann wird trockener Äther (150 ml) zugegeben und die Mischung über Nacht auf 3° gekühlt. Das Amino-PEG wird als Niederschlag gewonnen. The according to 1 .a. or 1 .b. The ethanolic solution of co-azido-PEG obtained is mixed with Adams catalyst and treated with hydrogen until no more hydrogen is absorbed. The hydrogenation product is filtered and concentrated under reduced pressure. Then dry ether (150 ml) is added and the mixture is cooled to 3 ° overnight. The amino PEG is obtained as a precipitate.
(B) Kopplung von Trypsin und co-Amino-PEG (B) Coupling of trypsin and co-amino PEG
Das gemäss Absatz (A) 2 erhaltene co-Amino-PEG (100 mg) wird in Puffer (10 ml; pH 6,0) gelöst und in der Folge mit Trypsin (50 mg) sowie Ethyldimethylaminopropyl-carbodiimid (200 mg) versetzt. Der pH-Wert wird auf 6 gehalten. Nach 1 Std. wird die Reaktion durch Zugabe von überschüssiger Acetatpufferlösung (pH 6) abgebrochen. Das Zielprodukt wird durch Chromatographie an «Sephadex» G-50 isoliert. The co-amino-PEG (100 mg) obtained according to paragraph (A) 2 is dissolved in buffer (10 ml; pH 6.0) and subsequently trypsin (50 mg) and ethyldimethylaminopropyl-carbodiimide (200 mg) are added. The pH is kept at 6. After 1 hour, the reaction is stopped by adding excess acetate buffer solution (pH 6). The target product is isolated by chromatography on «Sephadex» G-50.
s s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
616 942 616 942
6 6
Bei analoger Arbeitsweise wird unter Verwendung von AMP anstelle von Trypsin das L-Citrullin-L:Aspartatligase-PEG-amid erhalten. In an analogous procedure, the L-citrulline-L: aspartate ligase-PEG-amide is obtained using AMP instead of trypsin.
Beispiel 8 Fixierung von Aldolase an PEG-amid Example 8 Fixation of aldolase to PEG-amide
Aldolase (30 rag) wird in 2-m Natriumacetat (3 ml), 0,1-m Natriumglyoxylat (1,5 ml) und 10 mMol Kupfersulfat (1 ml) gelöst. Es wird genug 0,4-m Essigsäure zugesetzt, um den pH-Wert auf 5,5 zu bringen. Die Lösung wird 1 Std. auf 20° gehalten. Das so modifizierte Protein wird durch Gelfiltration an «Sephadex» isoliert und bei 37° über Nacht in Mischung mit 2-m Natriumacetat (3 ml) 2-m Essigsäure (1 ml) und co-Amino-PEG (100 mg) - hergestellt wie oben - inkubieren gelassen. Das Zielprodukt wird durch Chromatographien an «Sephadex» G-50 isoliert. Aldolase (30 rag) is dissolved in 2m sodium acetate (3ml), 0.1m sodium glyoxylate (1.5ml) and 10mmol copper sulfate (1ml). Enough 0.4-M acetic acid is added to bring the pH to 5.5. The solution is kept at 20 ° for 1 hour. The protein modified in this way is isolated by gel filtration on "Sephadex" and prepared at 37 ° overnight in a mixture with 2-m sodium acetate (3 ml), 2-m acetic acid (1 ml) and co-amino-PEG (100 mg) - as above - left to incubate. The target product is isolated by chromatography on «Sephadex» G-50.
Beispiel 9 Fixieren von Insulin an PEG-HTA Example 9 Fixing Insulin to PEG-HTA
(A) Herstellung der PEG-Komponente (A) Preparation of the PEG component
Die PEG-Komponente, nämlich PEG-4-hydroxy-6-chlor-1,3,5-triazin, wird nach Beispiel 2, Absatz (A) aus PEG 2000 hergestellt. The PEG component, namely PEG-4-hydroxy-6-chloro-1,3,5-triazine, is produced from PEG 2000 according to Example 2, paragraph (A).
(B) Kopplung von Insulin und PEG-Komponente Insulin (10 mg) wird in 1 ml 0,1-m Borat-Pufferlösung (B) Coupling of insulin and PEG component Insulin (10 mg) is in 1 ml 0.1-m borate buffer solution
(pH 9,2) gelöst und mit der PEG-Komponente (179 mg) versetzt. Nach 2 Std. Reaktion wird nicht-umgesetzte PEG-Komponente durch Chromatographie an «Sephadex» G-10 entfernt. Das PEG-HTA-Insulin wird im Rotationsverdampfer auf 1 Protein/ml konzentriert und im Gefrierfach gelagert (HTA = 4-Hydroxy-l,3,5-triazin-6-yl). (pH 9.2) and the PEG component (179 mg) was added. After 2 hours of reaction, the unreacted PEG component is removed by chromatography on “Sephadex” G-10. The PEG-HTA insulin is concentrated to 1 protein / ml in a rotary evaporator and stored in the freezer (HTA = 4-hydroxy-l, 3,5-triazin-6-yl).
Bei analoger Arbeitsweise wird ausgehend von PEG 750 ein entsprechendes Produkt erhalten. Ferner werden bei Durchführung der Reaktion mit pH-Werten von 8,5 und 10 ähnliche Produkte erhalten. If the procedure is analogous, a corresponding product is obtained starting from PEG 750. Furthermore, similar products are obtained when the reaction is carried out at pH values of 8.5 and 10.
Im folgenden werden Testmethoden und -ergebnisse beschrieben. Test methods and results are described below.
I. Enzymatische Aktivität von PEG-Katalase I. Enzymatic activity of PEG catalase
Katalase wurde als solche und nach Fixierung an PEG entsprechend der Methode von Beers und Sizer (J. Biol. Chem. 195 [1952] 133) geprüft. Sowohl PEG 750-Katalase als auch PEG-2000-Katalase erwies sich als etwas aktiver als nicht modifizierte Katalase: Catalase was tested as such and after fixation to PEG according to the method of Beers and Sizer (J. Biol. Chem. 195 [1952] 133). Both PEG 750 catalase and PEG 2000 catalase proved to be somewhat more active than unmodified catalase:
Nicht modifizierte Katalase: 41 500 Einheiten/mg Protein PEG 750-Katalase: 43 750 Einheiten/mg Protein Unmodified catalase: 41,500 units / mg protein PEG 750 catalase: 43,750 units / mg protein
PEG 2000-Katalase: 43 500 Einheiten/mg Protein PEG 2000 catalase: 43,500 units / mg protein
Die Wärmestabilitätswerte von unmodifizierter Katalase und von PEG 750-Katalase waren bei 37° und 60° ähnlich. The thermal stability values of unmodified catalase and PEG 750 catalase were similar at 37 ° and 60 °.
II. Antigenizitätstest II. Antigenicity test
(a) Immunisierung (a) Immunization
Weisse, ausgewachsene weibliche Neuseeland-Kaninchen wurden intravenös mit einer 1,5 mg/ml-Stammlösung von Rindsleber-Katalase 4 Wochen immunisiert; am Ende der Immunisierung hatte jedes Tier insgesamt 55 mg Katalase erhalten; 7 und 14 Tage nach Abschluss der Immunisierung wurde den Tieren durch Herzpunktierung Blut abgenommen. Etwa 1 Monat später wurde den Tieren je 5 mg des entsprechenden Antigens injiziert; eine Woche später wurde wiederum durch Herzpunktierung Blut abgenommen. White adult New Zealand female rabbits were immunized intravenously with a 1.5 mg / ml stock solution of beef liver catalase for 4 weeks; at the end of the immunization, each animal had received a total of 55 mg of catalase; 7 and 14 days after the immunization was completed, blood was drawn from the animals by heart puncturing. About 1 month later, the animals were injected with 5 mg of the corresponding antigen; a week later, blood was again drawn by heart puncture.
(b) In vivo und in vitro Tests (b) In vivo and in vitro tests
Nach der letzten Blutabnahme gemäss II.a wurde den Tieren 0,1 ml des entsprechenden Antigens in boratgepufferter physiologischer Kochsalzlösung injiziert, um das Auftreten von sofortiger und/oder verzögerter Hypersensitivität festzustellen. Alle Tiere wurden während eines Zeitraumes von 96 Std. nach der Injektion auf Hautreaktionen beobachtet. After the last blood draw according to II.a, the animals were injected with 0.1 ml of the corresponding antigen in borate-buffered physiological saline in order to determine the occurrence of immediate and / or delayed hypersensitivity. All animals were observed for skin reactions for a period of 96 hours after injection.
Die von den Tieren gewonnenen Antiseren nach Immunisierung gemäss Il.a wurden ferner in vitro auf Präzipitation (1) und auf Komplementärfixierungsaktivität (2, 3) untersucht. Jedes Antiserum (unverdünnt, Verdünnung V10, Verdünnung ■/so) wurde auf Geldiffusionsplatten (1,0% Agar in physiologischer Kochsalzlösung mit Zusatz von 1,0% Azid als Konservierungsmittel) sowohl gegen Katalase- als auch gegen PEG-HTA-Katalase-Lösungen getestet, und zwar bei Konzentrationen von 1000 Y/ml bis 5 y/ml. Die Platten wurden 48 Std. bei Raumtemperatur und 3-4 Tage bei 4° inkubiert. Die Komplementärfixierungsaktivität der wärmeinaktivierten, an Schafse-rythrozyten absorbierten Antiseren wurde nach dem Mikroliter-Komplementärfixierungstest bestimmt (Test-Satz der Cooke Engineering Co., USA). Die Antiseren wurden in 1:1-und l:10-Verdünnung gegen Katalase- und PEG-HTA-Kata-lase-Lösungen im Verdünnungsbereich von 1000 ylml bis 15 y/ml getestet. Die Platten wurden nach 30 min Inkubation bei 37° auf Vorhandensein oder Fehlen von Hämolyse getestet. The antisera obtained from the animals after immunization according to Il.a were also examined in vitro for precipitation (1) and for complementary fixation activity (2, 3). Each antiserum (undiluted, dilution V10, dilution ■ / see above) was applied to gel diffusion plates (1.0% agar in physiological saline with addition of 1.0% azide as preservative) against both catalase and PEG-HTA catalase solutions tested, namely at concentrations from 1000 Y / ml to 5 y / ml. The plates were incubated for 48 hours at room temperature and for 3-4 days at 4 °. The complementary fixation activity of the heat-inactivated antisera absorbed on sheep rythrocytes was determined according to the microliter complementary fixation test (test set from Cooke Engineering Co., USA). The antisera were tested in 1: 1 and 1:10 dilution against catalase and PEG-HTA catalase solutions in the dilution range from 1000 ylml to 15 y / ml. After 30 min incubation at 37 °, the plates were tested for the presence or absence of hemolysis.
(c) Intravenöse Immunisierung mit Katalase (c) Intravenous immunization with catalase
1. Geldiffusion 1. Gel diffusion
Das Kaninchen-Antiserum, unverdünnt und in '/m Verdünnung getestet, lieferte positive Ergebnisse der Antikörper-Präzipitation gegen Katalase. Die Prüfung des gegen natives Enzym hergestellten Antiserums gegenüber dem durch Poly-oxyethylenreste modifizierten Enzym ergab keinerlei Hinweise auf «Querreaktionen». The rabbit antiserum, undiluted and tested in '/ m dilution, gave positive results of antibody precipitation against catalase. The examination of the antiserum produced against native enzyme against the enzyme modified by polyoxyethylene residues showed no evidence of “cross reactions”.
2. Komplementärfixierung 2. Complementary fixation
Sowohl die ersten als auch die zweiten Seren zeigten positive Komplementärfixierungsaktivitäten bei Prüfung gegen native Katalase. Bei Verwendung der erfindungsgemäss an Polymere fixierten Katalase als reagierendes Antigen waren die Ergebnisse dagegen negativ. Both the first and second sera showed positive complementary fixation activities when tested against native catalase. In contrast, when the catalase fixed to polymers according to the invention was used as the reactive antigen, the results were negative.
III. PEG-Immunotest von PEG-Insulin III. PEG immunoassay of PEG insulin
Das gemäss Beispiel 2 hergestellte PEG-HTA-Insulin wurde im Vergleich zu Insulin nach den in der folgenden Tabelle genannten Verfahren auf Antigenwirkung getestet; die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben. The PEG-HTA insulin produced according to Example 2 was tested for antigen activity in comparison with insulin by the methods mentioned in the table below; the results are given in the table.
Test test
(1) (1)
(2) (2)
Insulinaktivität Insulin activity
Insulin-Antikörper Insulin antibodies
ji-i;inheiten/ml aktivität ji-i; units / ml activity
H-Einheiten/ml H-units / ml
Material material
(Tierversuch) (Animal experiment)
(Radioimmunoassay) (Radioimmunoassay)
Unmodifiziertes Insulin Unmodified insulin
137 137
127 127
PEG-HTA-Insulin (750) PEG-HTA insulin (750)
72* 72 *
0 0
PEG-HTA-Insulin (2000) PEG-HTA insulin (2000)
90* 90 *
0 0
* Diese Zahlen sind Verdünnungszahlen, keine eigentlichen Testwerte. * These numbers are dilution numbers, not actual test values.
Die in der obigen Tabelle zusammengestellten Ergebnisse zeigen, dass das PEG-HTA-Insulin keine Antigenaktivität gegen Insulin-Antiserum hat. The results summarized in the table above show that the PEG-HTA insulin has no antigenic activity against insulin antiserum.
IV. Blutzuckerwert IV. Blood sugar level
(a) Insulin und PEG-HTA-Insulin mit gleichem Insulingehalt (a) Insulin and PEG-HTA insulin with the same insulin content
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 7
616 942 616 942
wurde Kaninchen injiziert; die resultierenden Blutzuckerwerte wurden nach der Glucostat-Methode gemessen (Test der Worthington Biochemical Corporation, USA). Die Ergebnisse nach 3 Std. waren wie folgt: rabbit was injected; the resulting blood sugar values were measured using the glucostat method (test by the Worthington Biochemical Corporation, USA). The results after 3 hours were as follows:
Blutglucosewert Blood glucose value
PEG-HTA-Insulin PEG-HTA insulin
50% des Normalwertes 50% of the normal value
Insulin insulin
20 % des Normalwertes 20% of normal
10 10th
Diese Ergebnisse zeigen, dass das PEG-HTA-Insulin eine Insulinaktivität hat, die etwa 50% derjenigen von Insulin entspricht, wenn auf das Gewicht des PEG-HTA-Insulins bezogen wird. These results show that the PEG-HTA insulin has an insulin activity that is about 50% that of insulin when referenced to the weight of the PEG-HTA insulin.
(b) Übliche Testratten (220/225 g) wurden nach der Methode von Goldner (Bull. N. Y. Acad. Med. 21, 44 [1945]) mit Alloxan-Injektionen diabetisch gemacht. Den Tieren wurde während der Testdauer keine Nahrung gegeben. Den Tieren wurden Insulin- bzw. PEG 2000-HTA-Insulin-Zubereitungen (hergestellt bei pH-Werten von 9,2 und 10,5) verabreicht. Das bei pH 10,5 hergestellte Produkt zeigte keine Senkung der Blutzuckerwerte. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt und in der Figur wiedergegeben. (b) Usual test rats (220/225 g) were diabetic using the method of Goldner (Bull. N. Y. Acad. Med. 21, 44 [1945]) with alloxan injections. The animals were given no food during the test period. The animals were administered insulin or PEG 2000-HTA insulin preparations (produced at pH values of 9.2 and 10.5). The product made at pH 10.5 showed no decrease in blood sugar levels. The results are summarized in the following table and shown in the figure.
Insulin (intramuskulär) Insulin (intramuscular)
Zeit Blutglucosespiegel Time blood glucose level
Abfali gegen Anfangs Abfali towards the beginning
% Abfall % Waste
(Std.) (Hours.)
spiegel gegenüber mg/100 ml mg/100 ml level compared to mg / 100 ml mg / 100 ml
Kontrolle control
0 410 0 410
1 295 1 295
135 135
32,9 32.9
2 270 2,270
140 140
34,1 34.1
4 290 4,290
120 120
29,2 29.2
6 400 6,400
10 10th
2,4 2.4
Kontrolle (kein Futter während der Testzeit) Control (no feed during the test period)
0 520 0 520
0 0
0 0
2 510 2,510
10 10th
1,9 1.9
4 490 4,490
30 30th
5,7 5.7
6 470 6 470
50 50
9,6 9.6
10 395 10 395
125 125
24,0 24.0
PEG-HTA-Insulin (ph-Wert 9,2) (Intravenös) PEG-HTA insulin (pH 9.2) (intravenous)
0 305 0 305
2 72,5 2 72.5
232 232
76,2 76.2
4 101,5 4 101.5
203,5 203.5
66,7 66.7
5* 5 *
8 230 8 230
75 75
24,6 24.6
* Tiere wurden nach diesem Punkt gefüttert. * Animals were fed after this point.
Allgemein können die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen nicht immunogenen Biokatalysatoren in gleicher Weise verarbeitet werden, wie die Biokatalysatoren, von denen sie abgeleitet sind. Derartige Produkte können bezüglich ihres Polypeptidgehaltes vor Gebrauch in vivo standardisiert werden. Die Stärke einer Verabreichung kann somit als bekannt vorausgesetzt werden. Die verabreichten Mengen können, bezogen auf das aktive Material, etwa gleich gewählt werden, wie dies für den Biokatalysator üblich ist. Wenn z.B. In general, the non-immunogenic biocatalysts obtained by the process according to the invention can be processed in the same way as the biocatalysts from which they are derived. Products of this type can be standardized in vivo in terms of their polypeptide content before use. The strength of an administration can thus be assumed to be known. The amounts administered, based on the active material, can be chosen approximately the same as is customary for the biocatalyst. If e.g.
40 die übliche Insulindosis 50 beträgt, so kann das erfindungsge-mäss erhaltene Produkt ebenfalls mit einem Insulingehalt von 50 verabreicht werden. Als Folge der Langzeitwirkung kann die erforderliche Dosis in Frequenzen verabreicht werden, die etwa die Hälfte oder ein Viertel der für das freie Material « üblichen Frequenz erforderlich ist. Wenn also z.B. Insulin in Abständen von 6 Std. verabreicht wurde, sind für das erfin-dungsgemäss erhaltene fixierte Material Intervalle von 12 bis 24 Std. zu empfehlen. 40 the usual insulin dose is 50, the product obtained according to the invention can also be administered with an insulin content of 50. As a result of the long-term effect, the required dose can be administered at frequencies which are approximately half or a quarter of the frequency required for the free material. So if e.g. If insulin was administered at intervals of 6 hours, intervals of 12 to 24 hours are recommended for the fixed material obtained according to the invention.
B B
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
Claims (9)
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