本技术介绍了一种创新的生物合成技术,用于开发具有多重修饰功能的长效缓释类弹性蛋白(ELP)载体。该技术通过编程控制,合成了一系列结构和性质各异的ELP,以满足不同的生物医学应用需求。
背景技术
多肽、抗体及蛋白质药物在生物医药领域发展迅猛。与传统小分子药物相比,它们具有生物活性高、特异性强、毒性低等优势,且与体内受体的亲和性较好,因此被认为是极具前途的生物大分子药物。迄今,多个多肽、抗体及蛋白质药物已上市,并取得了巨大的经济效益。然而,此类药物大多存在稳定性差、体内半衰期短、生物利用度低等问题,尤其是在慢性疾病治疗中,蛋白质及多肽类药物往往需要长期、频繁给药,这不仅降低患者的顺应性,还可能引发不良反应。因此,开发长效化药物递送策略具有重要的临床意义。例如,胰高血糖素样肽1(GLP-1)作为治疗2型糖尿病的潜在药物,由于易被二肽基肽酶-4(Dipeptidylpeptidase-4,DPP-4)降解而失去生物活性,药物半衰期仅为约2分钟,需要频繁给药来维持治疗效果,这严重影响患者的依从性。同样,贝伐珠单抗治疗年龄相关性黄斑病变时需要频繁进行玻璃体内注射,易诱发视网膜出血和白内障等并发症。因此,研发长效药物以改善患者依从性显得迫在眉睫。
目前,多肽、抗体及蛋白质药物的长效化策略包括:构建突变体、Fc片段融合、糖基化修饰及聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)修饰等技术。构建突变体是通过减少不稳定氨基酸、增强蛋白酶抗性来延长血浆半衰期,但是通过随机突变寻找关键位点效率较低且结果不确定。Fc片段融合虽然能延长蛋白质半衰期,但是由于其结构复杂,稳定性较差;糖基化修饰受糖类种类、分子大小、电荷等因素影响,工艺复杂且产率低。PEG修饰可降低肾脏清除率,但是PEG修饰后药物活性降低、不可生物降解及免疫原性等问题限制了其临床应用。上述策略在长效时间和安全稳定可控性上仍存在局限,且生产成本较高。因此,研发更为安全、经济可行的长效药物载体变得尤为重要。
类弹性蛋白(Elastin-like polypeptides,ELPs)是由Val-Pro-Gly-X-Gly重复序列组成的多肽聚合物,其中X代表除脯氨酸以外的任意氨基酸。ELP具有特殊的温度响应性,表现出较低临界溶液温度(Lower critical solution temperature,LCST)相行为。通过调整ELP序列和长度,可精准调控其相变温度,从而实现药物释放的精准控制。由于ELP衍生于天然弹性蛋白,具有良好的生物相容性和极低的免疫原性。不同的氨基酸具有不同物理化学特性,从而极大丰富ELP搭载药物的能力(包括化学共轭、生物融合等方式)。ELP是由基因编码生物合成的,可以精准制备所需的多功能生物材料ELP,能够携带几乎任何类型的货物,包括从小分子到大分子融合蛋白的药物,因此成为极具潜力的长效药物载体。对于慢性疾病,长效缓释药物是最优的治疗方式之一。通过构建与药物重组融合或化学共轭的ELP-药物偶连物,调控其相转变温度至生理温度以下,经注射后在注射部位发生原位LCST相变,形成聚集体药物储库,实现药物的缓慢释放。这种药物库可用于局部治疗,也可调控药物以特定动力学缓慢释放并逐步进入血液循环中,用于全身治疗。本发明中涉及的ELP是以生物合成、精准修饰及智能缓释为技术的药物传递平台。
本发明通过可编程的生物合成技术,构建了一系列带有不同氨基酸特征的ELP聚合物载体,并从中筛选出能够实现长效缓释的优选ELP载体,提供了一种创新性的药物递送长效化解决方案。
实现思路