案例｜流動化學(xué)技術(shù)應(yīng)用于多肽偶聯(lián)藥物payload/linker早期工藝研發(fā)
更新時間：2023-11-07 | 點擊率：620
1901年，諾貝爾化學(xué)獎得主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)系的兩個節(jié)點產(chǎn)生了時空聯(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)計與生產(chǎn)成本也具有得天獨厚的優(yōu)勢；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景中的結(jié)合，通過流動化學(xué)技術(shù)針對某PDC藥物payload/linker開發(fā)時的高效應(yīng)用，向您分享合全藥業(yè)針對此類藥物分子快速從臨床前推進(jìn)到臨床一期的經(jīng)驗，以及CMC平臺的實力。某生物制藥企業(yè)的PDC分子正處于啟動臨床供應(yīng)的關(guān)鍵節(jié)點，需要快速交付臨床批PDC API，以支持臨床。
系統(tǒng)評估， 工藝放大遇雜質(zhì)和收率挑戰(zhàn)
在實驗室克級規(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┓糯笾凉锛壱?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)。通過研究團隊細(xì)致的評估與研究，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。在本項目中，毒素-連接子中有三個羥基，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，在實驗室克級規(guī)模少量合成中，反應(yīng)時間較短，毒素-連接子-TBTU復(fù)合物濃度保持在較低水平不會引起雜質(zhì)問題。然而，在公斤級規(guī)模放大生產(chǎn)中，隨著反應(yīng)時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，將會對雜質(zhì)研究和工藝收率帶來挑戰(zhàn)。
流動化學(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)，項目團隊基于高活性原料藥能力平臺，引入了流動化學(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，項目團隊通過連續(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，項目團隊開始肽和毒素-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，流動化學(xué)技術(shù)的引入有效控制了反應(yīng)溫度及停留時間，并將反應(yīng)速度提升了2倍。最終，項目團隊通過這種“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)
在本項目中，流動化學(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目高效推進(jìn)至臨床一期。連續(xù)流自動化的反應(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優(yōu)勢，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。
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