聚乙二醇（PEG）选型指南

2022-10-26

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

6. Suk JS, Xu Q, Kim N, Hanes J, Ensign LM. 2016. PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 9928-51. http://dx.doi.org/10.1016/j.addr.2015.09.012

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.

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