AWK & Biokonjugation
Bei der Biokonjugation werden Moleküle miteinander ligiert, wobei mindestens einer der Reaktanten ein Biomolekül ist, häufig ein Antikörper, Protein oder Oligonukleotid. Biokonjugate werden zum Nachweis, zur Untersuchung oder zur gezielten Verfolgung von Biomolekülen in den Bereichen Biotechnologie, Medizin und Nanotechnologie eingesetzt. Zu den Anwendungen gehören das Anbringen von fluoreszierenden Sonden an Antikörper für die Durchflusszytometrie und die mikroskopische Bildgebung, das Anbringen von Antikörpern an Beads für Immunpräzipitationen, das Anbringen von Antikörpern an Arzneimittel für die therapeutische Entwicklung und das Vernetzen von Proteinen zum Nachweis ihrer biologischen Wechselwirkungen.
Bei der Antikörper-Wirkstoff-Konjugation (AWK) werden monoklonale Antikörper verwendet, um hochaktive oder potente pharmazeutische Wirkstoffe (HPAPI) an die Zielzellen zu bringen. In konjugierter Form weisen die HPAPI eine selektivere therapeutische Aktivität auf und verschonen Nicht-Zielzellen. Diese Biokonjugationstechnik wird für den gezielten und sicheren Wirkstofftransport eingesetzt. Mit den chemischen und physikalischen Eigenschaften, der Länge, Molekülgröße, Mischbarkeit mit Wasser und Spaltbarkeit des Reagenzes, den Anwendungskriterien und funktionellen Gruppen, die gekoppelt werden sollen, wird bestimmt, welche Vernetzungsreagenzien und Reaktionsmethoden für eine optimale Biokonjugation gewählt werden.
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Vernetzungstypen in der Biokonjugation
Einer der grundlegendsten Aspekte bei der Entwicklung von Vernetzern ist die Frage, ob das Reagenz homobifunktionell oder heterobifunktionell ist. Die überwiegende Mehrheit der Biokonjugat-Reagenzien ist bifunktionell, d. h. zwei reaktive Gruppen befinden sich in der Regel an den äußeren Enden eines organischen Spacers. Bei einer homobifunktionellen Verbindung sind die beiden reaktiven Gruppen identisch, während sie bei einer heterobifunktionellen Verbindung unterschiedlich sind. Heterobifunktionelle Reagenzien haben gegenüber homobifunktionellen Reagenzien große Vorteile bei der Bildung von Biokonjugaten, da eine reaktive Endgruppe nur mit einer bestimmten funktionellen Gruppe koppelt, während die andere reaktive Endgruppe mit einer anderen funktionellen Gruppe reagiert.
Vernetzerlänge in der Biokonjugation
Es ist wichtig, bei der Auswahl eines Vernetzers oder Modifikationsreagenzes die Abmessungen oder die lineare Gesamtlänge des Zielmoleküls vor und nach der Konjugation zu berücksichtigen. Der Abstandshalter oder die Querbrücke des Reagenzes bestimmt hauptsächlich die Moleküllänge der entstehenden Verbindung. Vernetzer unterschiedlicher Größe werden so zu molekularen Maßstäben für die Messung der Abstände zwischen funktionellen Gruppen in Biomolekülen.
Spaltbare vs. nicht spaltbare Biokonjugationsvernetzer
Es ist wichtig, dass der Vernetzer spaltbar ist, wenn die interagierenden Biomoleküle isoliert und analysiert werden müssen, z. B. bei einem Vernetzer, der zum Nachweis von Protein-Protein-Wechselwirkungen verwendet wird. Alternativ kann ein nicht spaltbarer Linker verwendet werden, wenn Stabilität erforderlich ist, z. B. ein Antikörper, der an ein Harz für das Einfangen von Protein gebunden ist.
Hydrophobe vs. hydrophile Biokonjugationsvernetzer
Bei einigen Anwendungen kann die Hydrophobie der Reagenzien von Vorteil sein, vor allem dann, wenn eine Anwendung das Eindringen in Zellmembranen erfordert. Hydrophobe Reagenzien ohne stark polare Gruppen passieren schnell die Zellmembranen, um zellinterne Proteine zu vernetzen oder zu markieren. Andererseits verursachen hydrophile Vernetzer keine Aggregation oder Ausfällung des interagierenden Moleküls und können zu einer Wasserlöslichkeit von Antikörpern und Proteinen führen, die durch sie modifiziert wurden. Die Verwendung von hydrophilen Biokonjugationsreagenzien führt auch zu einer besseren Biokompatibilität.
Funktionelle Gruppen als Ziel in der Biokonjugation
Die reaktionsfreudigsten funktionellen Gruppen in Biomolekülen stehen mit den Heteroatomen N, O und S in Verbindung, die aufgrund eines nicht geteilten Elektronenpaars nukleophil sind und spontan mit den kompatiblen und elektrophilen aktiven Gruppen von Vernetzern und Modifizierungsreagenzien reagieren können. In vielen Fällen sind die nukleophilen funktionellen Gruppen in Biomolekülen frei und zugänglich. In einigen Fällen werden sie jedoch erstellt, um Reaktivität und Kopplung zu ermöglichen. Es gibt mehrere spezialisierte Reagenzien, die die Erstellung einer geeigneten funktionellen Gruppe für die Biokonjugation erleichtern, falls das gewünschte Reagenz nicht verfügbar ist. Die natürlich vorkommenden funktionellen Gruppen in Biomolekülen sind Amine, Thiole, Hydroxylgruppen, Carboxylate, Aldehyde, organische Phosphate und reaktive Wasserstoffe an bestimmten aktivierten Kohlenstoffatomen.
AWK-Entwicklung und -Herstellung
Die Entwicklung eines Antikörper-Wirkstoff-Konjugats (AWK) erfordert Expertise in der Entwicklung, Herstellung, Formulierung und Prüfung kleiner und großer Moleküle. Die Wahl eines erfahrenen Partners, der über diese Fähigkeiten und die erforderlichen Containment-Einrichtungen verfügt, kann Sie dabei unterstützen, Ihr AWK auf den Markt zu bringen. AWK sind anspruchsvolle Moleküle, die fortschrittliche Produktionsanlagen und spezielle Geräte erfordern, um das Molekül zu charakterisieren und seine Reinheit, Homogenität und Stabilität nachzuweisen.
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