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Fusion of fibroblast growth factor 21 to a thermally responsive biopolymer forms an injectable depot with sustained anti-diabetic action.
Journal of Controlled Release ( IF 10.5 ) Pub Date : 2018-03-15 , DOI: 10.1016/j.jconrel.2018.03.015 Caslin A Gilroy 1 , Stefan Roberts 1 , Ashutosh Chilkoti 1
Journal of Controlled Release ( IF 10.5 ) Pub Date : 2018-03-15 , DOI: 10.1016/j.jconrel.2018.03.015 Caslin A Gilroy 1 , Stefan Roberts 1 , Ashutosh Chilkoti 1
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Fibroblast growth factor 21 (FGF21) is under investigation as a type 2 diabetes protein drug, but its efficacy is impeded by rapid in vivo clearance and by costly production methods. To improve the protein's therapeutic utility, we recombinantly expressed FGF21 as a fusion with an elastin-like polypeptide (ELP), a peptide polymer that exhibits reversible thermal phase behavior. Below a critical temperature, ELPs exist as miscible unimers, while above, they associate into a coacervate. The thermal responsiveness of ELPs is retained upon fusion to proteins, which has notable consequences for the production and in vivo delivery of FGF21. First, the ELP acts as a solubility enhancer during E. coli expression, yielding active fusion protein from the soluble cell lysate fraction and eliminating the protein refolding steps that are required for purification of FGF21 from inclusion bodies. Second, the ELP's phase transition behavior is exploited for facile chromatography-free purification of the ELP-FGF21 fusion. Third, the composition and molecular weight of the ELP are designed such that the ELP-FGF21 fusion undergoes a phase transition triggered solely by body heat, resulting in an immiscible viscous phase upon subcutaneous (s.c.) injection and thereby creating an injectable depot. Indeed, a single s.c. injection of ELP-FGF21 affords up to five days of sustained glycemic control in ob/ob mice. The ELP fusion partner massively streamlines production and purification of FGF21, while providing a controlled release method for delivery that reduces the frequency of injection, thereby enhancing the pharmacological properties of FGF21 as a protein drug to treat metabolic disease.
中文翻译：
成纤维细胞生长因子 21 与热响应生物聚合物融合形成具有持续抗糖尿病作用的可注射储库。
成纤维细胞生长因子 21 (FGF21) 作为一种 2 型糖尿病蛋白药物正在接受研究，但其功效因体内快速清除和昂贵的生产方法而受到阻碍。为了提高该蛋白的治疗效用，我们将 FGF21 重组表达为与弹性蛋白样多肽 (ELP) 的融合物，ELP 是一种表现出可逆热相行为的肽聚合物。在低于临界温度时，ELP 以可混溶的单聚体形式存在，而在高于临界温度时，它们会结合成凝聚层。ELP 与蛋白质融合后保留了热响应性，这对 FGF21 的产生和体内递送具有显着影响。首先，ELP 在大肠杆菌表达过程中充当溶解度增强剂，从可溶性细胞裂解物级分中产生活性融合蛋白，并消除从包涵体中纯化 FGF21 所需的蛋白质重折叠步骤。其次，利用 ELP 的相变行为，可以轻松地进行 ELP-FGF21 融合物的无色谱纯化。第三，ELP的成分和分子量经过精心设计，使得ELP-FGF21融合体经历仅由体热触发的相变，从而在皮下（sc）注射时产生不混溶的粘性相，从而形成可注射的储库。事实上，单次皮下注射 ELP-FGF21 可以为 ob/ob 小鼠提供长达五天的持续血糖控制。ELP融合伙伴极大地简化了FGF21的生产和纯化，同时提供了一种控制释放的递送方法，减少了注射频率，从而增强了FGF21作为治疗代谢疾病的蛋白质药物的药理学特性。
更新日期：2018-03-15
中文翻译：
成纤维细胞生长因子 21 与热响应生物聚合物融合形成具有持续抗糖尿病作用的可注射储库。
成纤维细胞生长因子 21 (FGF21) 作为一种 2 型糖尿病蛋白药物正在接受研究，但其功效因体内快速清除和昂贵的生产方法而受到阻碍。为了提高该蛋白的治疗效用，我们将 FGF21 重组表达为与弹性蛋白样多肽 (ELP) 的融合物，ELP 是一种表现出可逆热相行为的肽聚合物。在低于临界温度时，ELP 以可混溶的单聚体形式存在，而在高于临界温度时，它们会结合成凝聚层。ELP 与蛋白质融合后保留了热响应性，这对 FGF21 的产生和体内递送具有显着影响。首先，ELP 在大肠杆菌表达过程中充当溶解度增强剂，从可溶性细胞裂解物级分中产生活性融合蛋白，并消除从包涵体中纯化 FGF21 所需的蛋白质重折叠步骤。其次，利用 ELP 的相变行为，可以轻松地进行 ELP-FGF21 融合物的无色谱纯化。第三，ELP的成分和分子量经过精心设计，使得ELP-FGF21融合体经历仅由体热触发的相变，从而在皮下（sc）注射时产生不混溶的粘性相，从而形成可注射的储库。事实上，单次皮下注射 ELP-FGF21 可以为 ob/ob 小鼠提供长达五天的持续血糖控制。ELP融合伙伴极大地简化了FGF21的生产和纯化，同时提供了一种控制释放的递送方法，减少了注射频率，从而增强了FGF21作为治疗代谢疾病的蛋白质药物的药理学特性。
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