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案例｜流動(dòng)化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于多肽偶聯(lián)藥物payload/linker早期工藝研發(fā)

發(fā)布時(shí)間：2023-11-7
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　　1901年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Emil Fischer教授首次發(fā)現(xiàn)肽物質(zhì), 并于次年正式使用peptide (肽)這一專屬名詞以來, 多肽分子百年以來一直活躍在生命科學(xué)領(lǐng)域。1913年化療之父、諾貝爾獎(jiǎng)得主Paul Ehrlich首次提出“魔力子彈
(magic bullet)”概念，讓抗體偶聯(lián)藥物(Antibody Drug Conjugate, ADC)有了理論依據(jù)。“偶聯(lián)”有了最初的開始。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“偶聯(lián)藥物家族”正不斷擴(kuò)大。當(dāng)多肽遇到“偶聯(lián)”，靶向治療有了更多可能性。多肽偶聯(lián)藥物(PDC)的誕生，則讓二十世紀(jì)初看似毫無關(guān)系的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生了時(shí)空聯(lián)結(jié)。

　　相較于ADC，PDC分子量更小，更易于穿透腫瘤基質(zhì)進(jìn)入到細(xì)胞中從而發(fā)揮抗腫瘤作用，因此其細(xì)胞毒性藥物選擇也更廣；且多數(shù)肽的序列與人同源、免疫原性低，不容易引起免疫反應(yīng)；再者，多肽相較于單抗，在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)成本也具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)；此外，PDC還能夠快速被腎臟消除，安全性也更高。綜合來說，PDC藥物的開發(fā)需具備研發(fā)和生產(chǎn)多肽、連接子(Linker)、有效載荷(Payload)或具有細(xì)胞毒性的有效載荷的綜合能力，這更離不開與小分子領(lǐng)域緊密協(xié)作配合。

　　項(xiàng)目背景及關(guān)鍵信息

　　本期合全案例，將聚焦小分子與多肽在制藥場(chǎng)景中的結(jié)合，通過流動(dòng)化學(xué)技術(shù)針對(duì)某PDC藥物payload/linker開發(fā)時(shí)的高效應(yīng)用，向您分享合全藥業(yè)針對(duì)此類藥物分子快速從臨床前推進(jìn)到臨床一期的經(jīng)驗(yàn)，以及CMC平臺(tái)的實(shí)力。某生物制藥企業(yè)的PDC分子正處于啟動(dòng)臨床供應(yīng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需要快速交付臨床批PDC API，以支持臨床。

　　系統(tǒng)評(píng)估，工藝放大遇雜質(zhì)和收率挑戰(zhàn)

　　在實(shí)驗(yàn)室克級(jí)規(guī)模下，PDC的合成之路未遇阻礙，研究人員選擇TBTU作為PDC偶聯(lián)反應(yīng)試劑，在藥物合成階段，應(yīng)用這一試劑效果較好，收率約70%?？梢坏┓糯笾凉锛?jí)規(guī)模，該步驟反應(yīng)收率卻有明顯下降，API中開始出現(xiàn)雜質(zhì)。通過研究團(tuán)隊(duì)細(xì)致的評(píng)估與研究，他們發(fā)現(xiàn)上述問題是由毒素-連接子-TBTU復(fù)合物的活性酯不穩(wěn)定所引起。TBTU與連接子之間的酯鍵不穩(wěn)定，易受親核進(jìn)攻。在本項(xiàng)目中，毒素-連接子中有三個(gè)羥基，其親核性質(zhì)導(dǎo)可使分子內(nèi)縮合(圖1)。
圖1-TBTU作為PDC偶聯(lián)反應(yīng)試劑(上)；
在高濃度或長時(shí)間反應(yīng)下，分子內(nèi)親核進(jìn)攻導(dǎo)致活性酯降解
(圖片來源：合全藥業(yè))

　　通常，在實(shí)驗(yàn)室克級(jí)規(guī)模少量合成中，反應(yīng)時(shí)間較短，毒素-連接子-TBTU復(fù)合物濃度保持在較低水平不會(huì)引起雜質(zhì)問題。然而，在公斤級(jí)規(guī)模放大生產(chǎn)中，隨著反應(yīng)時(shí)間和局部濃度的增加，化合物本身的副反應(yīng)產(chǎn)生的可能性也將隨之提升，將會(huì)對(duì)雜質(zhì)研究和工藝收率帶來挑戰(zhàn)。

　　流動(dòng)化學(xué)與高活原料藥研發(fā)能力高效助力，提升反應(yīng)效率，獲純度>97%的PDC API

　　然而，在大規(guī)模批次生產(chǎn)中，TBTU活性酯降解較為常見。為了綜合克服這些挑戰(zhàn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于高活性原料藥能力平臺(tái)，引入了流動(dòng)化學(xué)技術(shù)，期望避免TBTU活性酯降解的可能性。在高活密閉隔離條件下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過連續(xù)流將原料輸送至反應(yīng)器，以精準(zhǔn)控制反應(yīng)時(shí)間和工藝溫度，極大減少TBTU活性酯的降解，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。在調(diào)整至理想的反應(yīng)溫度后，便可通過連續(xù)流獲得毒素-連接子-TBTU(圖2，反應(yīng)1)。

　　緊接著，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開始肽和毒素-連接子-TBTU在連續(xù)流中的反應(yīng)(圖2，反應(yīng)2)。在控制溫度及停留時(shí)間的前提下，他們將產(chǎn)生的PDC粗品溶液經(jīng)過0.1% TFA三氟乙酸溶液的連續(xù)淬滅，從而避免副反應(yīng)的產(chǎn)生。與傳統(tǒng)間歇模式相比，流動(dòng)化學(xué)技術(shù)的引入有效控制了反應(yīng)溫度及停留時(shí)間，并將反應(yīng)速度提升了2倍。最終，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過這種“組合拳”技術(shù)的應(yīng)用，PDC API粗品能以7克/每小時(shí)的速度獲得，反應(yīng)收率達(dá)76%。經(jīng)后處理，有效避免了雜質(zhì)的產(chǎn)生，所獲公斤級(jí)規(guī)模的產(chǎn)品純度超97%。

圖2-多肽、毒素、連接子、TBTU在
連續(xù)流模式下的反應(yīng)過程(圖片來源：合全藥業(yè))

　　總結(jié)

　　在本項(xiàng)目中，流動(dòng)化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用成功解決了PDC藥物的放大挑戰(zhàn)，成功地賦能客戶將其項(xiàng)目高效推進(jìn)至臨床一期。連續(xù)流自動(dòng)化的反應(yīng)模式和高活密閉能力的結(jié)合，最大限度地避免了研究人員接觸毒性化合物可能。此外，連續(xù)流的模式高效降低了毒素-連接子-TBTU的局部濃度，并精準(zhǔn)控制了反應(yīng)溫度進(jìn)而縮短反應(yīng)時(shí)間，避免了副反應(yīng)的產(chǎn)生。該案例充分展示了各種能力一體化的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而隨著PDC等各類偶聯(lián)藥物領(lǐng)域的不斷發(fā)展，可以預(yù)見的是，未來流動(dòng)化學(xué)技術(shù)也將在這些新型分子領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更重要的作用。

案例 | 連續(xù)流動(dòng)化學(xué)技術(shù)合成抗結(jié)核新

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