超大孔离子交换介质辅助聚乙二醇修饰水蛭素的动力学研究

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项目介绍
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基本信息

  • 批准号:
    21606038
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0810.农业与食品化工
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Solid-phase PEGylation of protein therapeutics on conventional ion-exchange media can achieve more selective synthesis of the targeted mono-PEGylated protein and improve its activity retention. However, one problem of this PEGylation strategy is the low yield of mono-PEGylated protein. Here, a new approach of solid-phase PEGylation of hirudin on gigaporous ion exchange media is proposed to solve this problem. To improve the PEGylation efficiency, kinetics of this solid-phase PEGylation process will be systematically studied from the perspectives of the control and optimization of process engineering. Furthermore, the key factors that affect the PEGylation site and degree will be regulated. Firstly, based on the yield and activity retention of mono-PEGylated protein, the parameters of gigaporous ion exchange media and the reaction conditions that influence solid-phase PEGylation of protein will be systematically investigated and the key factors will be determined. Secondly, a reaction kinetic model will be constructed to describe the process of solid-phase PEGylation of protein on gigaporous ion exchange media and the unknown PEGylation kinetics parameters will be determined through combining the experiment and the theoretical computation. The established kinetic model will be used to optimize the various reaction conditions to achieve the desired yield of mono-PEGylated protein, and the corresponding experiments will be carried out to verify the optimal conditions predicted by this model. Finally, protein adsorption on the gigaporous ion exchange media will be investigated by means of molecular simulation combined with experiments verification. The mechanisms of solid-phase PEGylation of protein will be interpreted. The results of this study will reveal the process of solid-phase PEGylation kinetics of hirudin on gigaporous ion exchange media from the two levels of reaction kinetics and molecular dynamics, which will provide a new insight into deep understanding of the PEGylation of protein therapeutics.
常规的离子交换介质辅助固相修饰可以提高聚乙二醇(PEG)修饰的位点特异性和修饰产物的活性保留率,但存在修饰率偏低的问题。本课题提出用超大孔离子交换介质辅助PEG修饰水蛭素,从过程工程的角度对其动力学过程进行优化控制,对影响PEG修饰位点和修饰度的关键因素进行调控,提高固相修饰效率。首先以单修饰产物得率和活性保留率为指标,考察超大孔离子交换介质特性和反应条件对固相修饰的影响,确定关键因素并揭示其影响规律;其次采用实验与计算结合的方法,建立超大孔离子交换介质辅助固相修饰的反应动力学模型并确定其动力学参数;应用该模型优化控制影响固相修饰的关键因素并进行实验验证;最后采用分子模拟从分子水平研究蛋白质在固相介质上的吸附及PEG修饰过程,揭示影响固相修饰的分子机理。本研究的成果将从反应动力学和分子动力学两个层次揭示超大孔离子交换介质辅助PEG修饰水蛭素的过程,为深入认识PEG修饰蛋白药物提供新的视角。

结项摘要

聚乙二醇 (PEG) 修饰是提高药用蛋白体内稳定性和生物利用度的有效方法。本项目提出采用超大孔离子交换介质提高PEG修饰药用蛋白的效率。探究了超大孔离子交换介质类型和反应条件对超大孔离子交换柱辅助PEG修饰重组水蛭素的影响规律,实现了反应与分离的过程集成。建立了PEG定点修饰重组水蛭素N末端氨基和洛塞那肽半胱氨酸巯基的反应动力学模型,该模型能有效描述真实PEG修饰过程中同时发生的多个反应,模型预测值与实验值吻合度高。在此基础上建立了一种基于反应动力学的PEG修饰药用蛋白过程优化控制方法,可实现过程高效控制,最大化提高药用蛋白和PEG修饰剂的原料利用率,减少副反应发生和杂质生成。采用计算模拟方法,建立洛塞那肽和PEG-洛塞那肽的同源模建结构并考察了结构稳定性,比较了洛塞那肽和PEG-洛塞那肽与体内受体(胰高血糖素样肽-1受体)和降解酶(二肽基肽酶IV)结合的作用方式,分析了 PEG 修饰在提高洛塞那肽体内稳定性和延长半衰期方面发挥作用的分子机制。研究结果有利于深入理解PEG修饰的机制,为高效制备PEG修饰药用蛋白奠定了基础。共发表SCI论文5篇,申请专利1项,培养博士后1名、博士生2名和硕士生2名。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Effects of linear and branched polyethylene glycol on PEGylation of recombinant hirudin: Reaction kinetics and in vitro and in vivo bioactivities
直链和支链聚乙二醇对重组水蛭素聚乙二醇化的影响:反应动力学和体内外生物活性
  • DOI:
    10.1016/j.procbio.2017.08.004
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Process Biochemistry
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Xudong Wang;Li Lv;Kairong Qin;Hengli Yuan;Fengying Zhang;Guohui Chen;Zhilong Xiu
  • 通讯作者:
    Zhilong Xiu
Combined optimization of N-terminal site-specific PEGylation of recombinant hirudin using response surface methodology and kinetic analysis
使用响应面法和动力学分析联合优化重组水蛭素的 N 端位点特异性聚乙二醇化
  • DOI:
    10.1002/elsc.201700190
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Engineering in Life Sciences
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Xudong Wang;Shuchang Wang;Duotao Pan;Kairong Qin;Hengli Yuan;Fengying Zhang;Yundong Sun;Zhilong Xiu
  • 通讯作者:
    Zhilong Xiu
Chemical modification of recombinant hirudin with palmitic acid in mixed aqueous-organic solutions
水-有机混合溶液中棕榈酸对重组水蛭素的化学修饰
  • DOI:
    10.1016/j.procbio.2018.11.022
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    PROCESS BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Wang, Shu-Chang;Wang, Xu-Dong;Xiu, Zhi-Long
  • 通讯作者:
    Xiu, Zhi-Long
In situ PEGylation of recombinant hirudin on an anion exchange chromatography column
阴离子交换层析柱上重组水蛭素的原位聚乙二醇化
  • DOI:
    10.1016/j.procbio.2017.01.024
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    Process Biochemistry
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Xudong Wang;Xueqin Li;Jun Zhao;Li Lv;Kairong Qin;Hengli Yuan;Zhi-Long Xiu
  • 通讯作者:
    Zhi-Long Xiu

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其他文献

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    姚曼

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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