CN102675626A - 含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂及其制备方法和应用 - Google Patents

含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂及其制备方法和应用 Download PDF

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CN102675626A CN2012101324460A CN201210132446A CN102675626A CN 102675626 A CN102675626 A CN 102675626A CN 2012101324460 A CN2012101324460 A CN 2012101324460A CN 201210132446 A CN201210132446 A CN 201210132446A CN 102675626 A CN102675626 A CN 102675626A
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Abstract

本发明公开了一种含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂及其制备方法和应用,化学通式为:
Figure DDA0000159076830000011
其中,A是碳原子数为0~20的直链烷基。该修饰剂由含叠氮基的单甲氧基聚乙二醇与含末端炔键和琥珀酰亚胺的烷烃衍生物通过铜催化点击化学的方法制备。本发明涉及的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂可用于修饰血红蛋白,尤其是用于修饰牛血红蛋白和修饰作为人体使用的人血红蛋白。可以通过铜催化点击化学的方法高效地修饰上各种官能基团,工艺简单,成本低廉,便于工业化生产。

Description

含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种蛋白质修饰剂,特别涉及一类聚乙二醇类蛋白质修饰剂、制备方法以及其用途。
背景技术
蛋白质药物主要分为多肽和基因工程药物、基因工程抗体、单克隆抗体和重组疫苗等。同传统的有机小分子药物相比,蛋白质药物具有高活性、低毒性、特异性强、生物功能明确、有利于临床应用等特点。由于其成本低、成功率高、安全可靠,已成为医药产品中的重要组成部分。自从1982年美国Lilly公司将世界上第一个重组蛋白质药物--重组胰岛素投放市场,生物医药尤其是蛋白质药物的技术革新和产业发展突飞猛进。全球生物技术公司总数已近7000家,上市公司有800余家,销售总额近5000亿美元,其中蛋白质药物占总销售额的60%。
蛋白质药物在使用过程中会产生几个主要问题,如:稳定性差、容易被生物体内酶降解;会被肾小球过滤清除;会造成抗原-抗体反应;分子量过大、溶解度差导致沉淀等。因此,目前市面上绝大多数蛋白质药物都必须通过化学修饰来延长药物的循环半衰期。常见的蛋白质药物修饰剂有右旋糖苷、肝素、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨基酸、多聚唾液酸和聚乙二醇(PEG)等物质,其中,聚乙二醇类修饰剂是当前最重要也是最主流的蛋白质药物修饰剂。与其他修饰剂相比,聚乙二醇毒性小、无抗原性、具有良好的溶解性,且该聚合物具有得到FDA认证的生物相容性。同时,聚乙二醇还可将自身优良的物理化学性质传递到修饰后的蛋白质和多肽等生物分子上,以改变其生物分配行为和溶解行为。
目前,聚乙二醇类蛋白质修饰剂普遍采用的合成原料是单甲氧基聚乙二醇(mPEG):CH3O-(CH2-CH2O)-H。mPEG的末端羟基通过化学反应活化修饰上各种官能基团,从而可以在温和的条件下同蛋白质药物表面的裸露氨基、巯基或羧基偶联,起到修饰、稳定、保护蛋白质药物的作用。
例如,CN1405150A报道了一类含有四个羧基的聚乙二醇类蛋白质修饰剂,其特征制备方法在于将L-谷氨酸或L-天冬氨酸的二乙酯盐酸盐同酰氯反应,然后经脱保护基、酸化处理获得含有四个羧基的蛋白质修饰剂。CN1461762A报道了一类含有琥珀酰亚胺基的分枝型聚乙二醇类蛋白质修饰剂,是将L-赖氨酸同经过氧化反应后得到的羧甲基化聚乙二醇反应,然后同氮-羟基琥珀酰亚胺偶联,制备含有两个单甲氧基聚乙二醇长链的蛋白质修饰剂。CN1519266A报道了一类含有两个琥珀酰亚胺基的单链聚乙二醇类蛋白质修饰剂,是将L-谷氨酸二乙酯盐酸盐同经过氧化反应后得到的羧甲基化聚乙二醇反应,然后同氮-羟基琥珀酰亚胺偶联,制备含有一个单甲氧基聚乙二醇长链的蛋白质修饰剂。CN101376708A报道了一类以丙醛基为端基的聚乙二醇类蛋白质修饰剂,是将单甲氧基聚乙二醇同1-氯-3,3-二乙氧基缩丙醛,然后经酸化水解处理获得含有末端丙醛基的聚乙二醇类蛋白质修饰剂。
已公开的聚乙二醇类蛋白质修饰剂的制备方法存在一个显著的问题,即各类不同聚乙二醇类蛋白质修饰剂的合成工艺差别过大,无形中大大增加了企业的生产成本。例如,CN1405150A涉及了酰化、皂化水解、酯化反应;CN1461762涉及了氧化、皂化水解、酯化反应;CN1519266A涉及了氧化、酯化反应;CN101376708A涉及了卤代烃取代、酸化水解反应。因此,如何设计一种统一的合成工艺,只需通过控制和改变不同的初始有机小分子反应物,即可以得到具有多样化、多官能团的各种聚乙二醇类蛋白质药物修饰剂,可以有效降低生产成本,提高产品的竞争性。
发明内容
技术问题:本发明的目的在于克服传统聚乙二醇类蛋白质修饰剂的制备方法过于繁琐、相互间差别较大,不利于企业大规模生产的缺点,提供一种含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂及其制备方法和应用。
本发明的技术方案为:一种含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂,化学通式为:
Figure BDA0000159076810000021
其中,A是碳原子数为0~20的直链烷基。
所述的mPEG的重均分子量为750~10000。
一种制备所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂的方法,按下式反应得到:
Figure BDA0000159076810000031
;其中A为碳原子数0~20的直链烷烃,反应均在室温下进行。
所述的催化剂为4-二甲基氨基吡啶。
所述的mPEG先溶于二氯甲烷中再反应。
所述的
Figure BDA0000159076810000032
先溶于二甲基甲酰胺再反应。
所述的
Figure BDA0000159076810000033
按下式制备:
Figure BDA0000159076810000034
所述的
Figure BDA0000159076810000035
的物质的量为mPEG-N3的5~10倍。
一种所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂在修饰血红蛋白中的应用。
一种所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂在人体使用的人血红蛋白修饰中的应用。
有益效果:本发明提供了一类新型聚乙二醇蛋白质修饰剂的分子结构和合成方法。该新型聚乙二醇蛋白质修饰剂最大的优点在于其中间体,单甲氧基聚乙二醇,可以通过铜催化点击化学的方法高效地修饰上各种官能基团,工艺简单,成本低廉,便于工业化生产。
附图说明
图1是mPEG5000、mPEG5000-OTs、mPEG5000-N3和mPEG5000-NHS的核磁共振图。
图2是修饰牛血红蛋白的SDS凝胶电泳。图中,泳道1是天然的牛血红蛋白,泳道2是牛血红蛋白:mPEG10000-NHS摩尔比为1∶10的修饰后的牛血红蛋白。
具体实施方式
一种含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂,该修饰剂是由含叠氮基的单甲氧基聚乙二醇与含末端炔键和琥珀酰亚胺的烷烃衍生物通过铜催化点击化学的方法制备的产物,其化学通式为:
Figure BDA0000159076810000041
其中,mPEG是单甲氧基聚乙二醇,
Figure BDA0000159076810000042
是三氮唑基团,A是碳原子数为0~20之间的直链烷基,-CO2-是酯键,NHS是琥珀酰亚胺基团。
本发明提供的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂在作为血红蛋白修饰剂使用时,尤以所述的单甲氧基聚乙二醇为重均分子量是750~10000之间的聚合物为佳。
本发明提供的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂按下式进行制备:
Figure BDA0000159076810000043
;其中A为碳原子数0~20的直链烷烃,反应均在室温下进行。
具体制备步骤如下:
1)制备对甲苯磺酰化的单甲氧基聚乙二醇:
将单甲氧基聚乙二醇溶于二氯甲烷,在1~1.2倍摩尔当量的三乙胺和0.05~0.2倍摩尔当量的4-二甲基氨基吡啶的作用下,同1.5~5倍摩尔当量的对甲苯磺酰氯在室温条件下反应24小时,然后加入大量乙醚,过滤沉淀,形成对甲苯磺酰化的单甲氧基聚乙二醇。
2)制备含叠氮基的单甲氧基聚乙二醇:
将步骤1所得的对甲苯磺酰化的单甲氧基聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺,同叠氮化钠在室温条件下反应24小时,然后加入大量乙醚,过滤沉淀,形成含叠氮基的单甲氧基聚乙二醇。
3)制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂:
将步骤2所得的含叠氮基的单甲氧基聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺,在0.05~0.1倍摩尔当量的溴化亚铜和0.1~0.2倍摩尔当量的五甲基二乙烯三胺的催化作用下,同5~10倍摩尔当量的碳原子数为0~20之间的含末端炔键和琥珀酰亚胺的烷烃衍生物,在室温条件下反应24小时,然后加入大量乙醚,过滤沉淀,形成含三氮唑结构的聚乙二醇类蛋白质修饰剂。
所述的
Figure BDA0000159076810000051
按下式制备:
Figure BDA0000159076810000052
具体制备方法见J.Am.Chem.Soc.,2011,133(31),pp 12144-12153中记载的方法。
实施例1:以mPEG5000(M.W.5000)为起始原料制备mPEG5000-NHS(A为0),其制备步骤为:
1.制备对甲苯磺酰化的mPEG5000-OTs:将20g mPEG5000溶于20ml二氯甲烷,在搅拌条件下加入400mg三乙胺、50mg对二甲氨基吡啶和3.8g对甲苯磺酰氯。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再分别用冷的4M盐酸100ml和水100ml洗涤1次,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-OTs19.5g。
2.制备叠氮化的mPEG5000-N3:将10g mPEG5000-OTs溶于50ml二甲基甲酰胺,在搅拌条件下加入650mg叠氮化钠。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再用水300ml分3次洗涤,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-N38.5g。
3.制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂mPEG5000-NHS:将2g mPEG5000-N3溶于10ml二甲基甲酰胺,分别加入340mg
Figure BDA0000159076810000061
6mg溴化亚铜和13.8mg五甲基二乙烯三胺。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后通过含有中性氧化铝的层析柱以除去铜盐。将得到的有机溶液浓缩到5ml左右,然后缓慢滴加到100ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-NHS 1.4g。
实施例2:以mPEG5000(M.W.5000)为起始原料制备mPEG5000-NHS(A为4),其制备步骤为:
1.制备对甲苯磺酰化的mPEG5000-OTs:将20g mPEG5000溶于20ml二氯甲烷,在搅拌条件下加入400mg三乙胺、50mg对二甲氨基吡啶和3.8g对甲苯磺酰氯。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再分别用冷的4M盐酸100ml和水100ml洗涤1次,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-OTs19.5g。
2.制备叠氮化的mPEG5000-N3:将10g mPEG5000-OTs溶于50ml二甲基甲酰胺,在搅拌条件下加入650mg叠氮化钠。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再用水300ml分3次洗涤,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-N38.5g。
3.制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂mPEG5000-NHS:将2g mPEG5000-N3溶于10ml二甲基甲酰胺,分别加入450mg6mg溴化亚铜和13.8mg五甲基二乙烯三胺。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后通过含有中性氧化铝的层析柱以除去铜盐。将得到的有机溶液浓缩到5ml左右,然后缓慢滴加到100ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-NHS 1.5g。
实施例3:以mPEG5000(M.W.5000)为起始原料制备mPEG5000-NHS(A为10),其制备步骤为:
1.制备对甲苯磺酰化的mPEG5000-OTs:将20g mPEG5000溶于20ml二氯甲烷,在搅拌条件下加入400mg三乙胺、50mg对二甲氨基吡啶和3.8g对甲苯磺酰氯。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再分别用冷的4M盐酸100ml和水100ml洗涤1次,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-OTs19.5g。
2.制备叠氮化的mPEG5000-N3:将10g mPEG5000-OTs溶于50ml二甲基甲酰胺,在搅拌条件下加入650mg叠氮化钠。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再用水300ml分3次洗涤,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-N38.5g。
3.制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂mPEG5000-NHS:将2g mPEG5000-N3溶于10ml二甲基甲酰胺,分别加入620mg
Figure BDA0000159076810000071
6mg溴化亚铜和13.8mg五甲基二乙烯三胺。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后通过含有中性氧化铝的层析柱以除去铜盐。将得到的有机溶液浓缩到5ml左右,然后缓慢滴加到100ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-NHS 1.6g。
实施例4:以mPEG5000(M.W.5000)为起始原料制备mPEG5000-NHS(A为20),其制备步骤为:
1.制备对甲苯磺酰化的mPEG5000-OTs:将20g mPEG5000溶于20ml二氯甲烷,在搅拌条件下加入400mg三乙胺、50mg对二甲氨基吡啶和3.8g对甲苯磺酰氯。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再分别用冷的4M盐酸100ml和水100ml洗涤1次,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-OTs19.5g。
2.制备叠氮化的mPEG5000-N3:将10g mPEG5000-OTs溶于50ml二甲基甲酰胺,在搅拌条件下加入650mg叠氮化钠。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再用水300ml分3次洗涤,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-N38.5g。
3.制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂mPEG5000-NHS:将2g mPEG5000-N3溶于10ml二甲基甲酰胺,分别加入900mg
Figure BDA0000159076810000081
6mg溴化亚铜和13.8mg五甲基二乙烯三胺。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后通过含有中性氧化铝的层析柱以除去铜盐。将得到的有机溶液浓缩到5ml左右,然后缓慢滴加到100ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-NHS 1.6g。
实施例5:以mPEG10000(M.W.10000)为起始原料制备mPEG10000-NHS,其制备步骤为:
1.制备对甲苯磺酰化的mPEG10000-OTs:将20g mPEG10000溶于20ml二氯甲烷,在搅拌条件下加入200mg三乙胺、25mg对二甲氨基吡啶和2.0g对甲苯磺酰氯。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再分别用冷的4M盐酸100ml和水100ml洗涤1次,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG5000-OTs19.2g。
2.制备叠氮化的mPEG10000-N3:将10g mPEG10000-OTs溶于50ml二甲基甲酰胺,在搅拌条件下加入325mg叠氮化钠。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再用水300ml分3次洗涤,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG10000-N38.9g。
3.制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂mPEG10000-NHS:将2g mPEG10000-N3溶于10ml二甲基甲酰胺,分别加入225mg
Figure BDA0000159076810000091
3mg溴化亚铜和7mg五甲基二乙烯三胺。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后通过含有中性氧化铝的层析柱以除去铜盐。将得到的有机溶液浓缩到5ml左右,然后缓慢滴加到100ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG10000-NHS 1.6g。
实施例6:以mPEG750(M.W.750)为起始原料制备mPEG750-NHS,其制备步骤为:
1.制备对甲苯磺酰化的mPEG750-OTs:将20g mPEG750溶于20ml二氯甲烷,在搅拌条件下加入2.7g三乙胺、330mg对二甲氨基吡啶和25.3g对甲苯磺酰氯。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再分别用冷的4M盐酸100ml和水100ml洗涤1次,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG750-OTs17.7g。
2.制备叠氮化的mPEG750-N3:将10g mPEG750-OTs溶于50ml二甲基甲酰胺,在搅拌条件下加入3.9g叠氮化钠。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后用200ml二氯甲烷稀释,再用水300ml分3次洗涤,最后用无水硫酸钠干燥。将过滤后的有机溶液浓缩到30ml左右,然后缓慢滴加到400ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG750-N38.5g。
3.制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂mPEG750-NHS:将2g mPEG750-N3溶于10ml二甲基甲酰胺,分别加入3.0g
Figure BDA0000159076810000101
40mg溴化亚铜和92mg五甲基二乙烯三胺。该反应液在室温条件下搅拌24小时,然后通过含有中性氧化铝的层析柱以除去铜盐。将得到的有机溶液浓缩到5ml左右,然后缓慢滴加到100ml无水乙醚中,有大量白色沉淀析出。将该沉淀过滤、真空干燥,得到目标产物mPEG750-NHS 1.8g。
实施例7:使用mPEG10000-NHS修饰牛血红蛋白
1.按照牛血红蛋白∶聚乙二醇蛋白质修饰剂摩尔比为1∶10的比例,将100mg无基质牛血红蛋白溶于10ml 0.1M pH8.0的硼酸缓冲溶液中,加入70mg修饰剂mPEG10000-NHS。反应混合物在室温条件下搅拌4小时后,得到了聚乙二醇修饰的牛血红蛋白混合液。
2.对mPEG10000-NHS修饰的牛血红蛋白混合液通过Superdex 200进行凝胶过滤分析其分子量,测定其氧平衡曲线,通过SDS凝胶电泳分析交联情况。
实施例8:使用mPEG10000-NHS修饰人血红蛋白
1.按照牛血红蛋白∶聚乙二醇蛋白质修饰剂摩尔比为1∶10的比例,将100mg人血红蛋白溶于10ml 0.1M pH8.0的硼酸缓冲溶液中,加入70mg修饰剂mPEG10000-NHS。反应混合物在室温条件下搅拌4小时后,得到了聚乙二醇修饰的人血红蛋白混合液。
2.对mPEG10000-NHS修饰的人血红蛋白混合液通过Superdex 200进行凝胶过滤分析其分子量,测定其氧平衡曲线,通过SDS凝胶电泳分析交联情况。

Claims (10)

1.一种含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂,其特征在于,化学通式为:
Figure FDA0000159076800000011
其中,A是碳原子数为0~20的直链烷基。
2.如权利要求1所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂,其特征在于,所述的mPEG的重均分子量为750~10000。
3.一种制备权利要求1或2所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂的方法,其特征在于,按下式反应得到:
Figure FDA0000159076800000012
其中A为碳原子数0~20的直链烷烃,反应均在室温下进行。
4.如权利要求3所述的制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂的方法,其特征在于,所述的催化剂为4-二甲基氨基吡啶。
5.如权利要求3所述的制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂的方法,其特征在于,所述的mPEG先溶于二氯甲烷中再反应。
6.如权利要求3所述的制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂的方法,其特征在于,所述的
Figure FDA0000159076800000013
先溶于二甲基甲酰胺再反应。
7.如权利要求3所述的制备含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂的方法,其特征在于,所述的
Figure FDA0000159076800000014
按下式制备:
8.如权利要求3所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂的制法,其特征在于:所述的的物质的量为mPEG-N3的5~10倍。
9.一种权利要求1或2所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂在修饰血红蛋白中的应用。
10.一种权利要求1或2所述的含三氮唑的聚乙二醇蛋白质修饰剂在人体使用的人血红蛋白修饰中的应用。
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