案例｜流动化学技术应用于多肽偶联药物payload/linker早期工艺研发
更新时间：2023-11-07 | 点击率：575
1901年，诺贝尔化学奖得主Emil Fischer教授首次发现肽物质, 并于次年正式使用peptide (肽)这一专属名词以来, 多肽分子百年以来一直活跃在生命科学领域。1913年化疗之父、诺贝尔奖得主Paul Ehrlich首次提出“魔力子弹 (magic bullet)”概念，让抗体偶联药物(Antibody Drug Conjugate, ADC)有了理论依据。“偶联”有了最初的开始。随着科学技术的发展，“偶联药物家族”正不断扩大。当多肽遇到“偶联”，靶向治疗有了更多可能性。多肽偶联药物(PDC)的诞生，则让二十世纪初看似毫无关系的两个节点产生了时空联结。
相较于ADC，PDC分子量更小，更易于穿透肿瘤基质进入到细胞中从而发挥抗肿瘤作用，因此其细胞毒性药物选择也更广；且多数肽的序列与人同源、免疫原性低，不容易引起免疫反应；再者，多肽相较于单抗，在设计与生产成本也具有得天独厚的优势；此外，PDC还能够快速被肾脏消除，安全性也更高。综合来说，PDC药物的开发需具备研发和生产多肽、连接子(Linker)、有效载荷(Payload)或具有细胞毒性的有效载荷的综合能力，这更离不开与小分子领域紧密协作配合。
项目背景及关键信息
本期合全案例，将聚焦小分子与多肽在制药场景中的结合，通过流动化学技术针对某PDC药物payload/linker开发时的高效应用，向您分享合全药业针对此类药物分子快速从临床前推进到临床一期的经验，以及CMC平台的实力。某生物制药企业的PDC分子正处于启动临床供应的关键节点，需要快速交付临床批PDC API，以支持临床。
系统评估， 工艺放大遇杂质和收率挑战
在实验室克级规模下，PDC的合成之路未遇阻碍，研究人员选择TBTU作为PDC偶联反应试剂，在药物合成阶段，应用这一试剂效果较好，收率约70%。可一旦放大至公斤级规模，该步骤反应收率却有明显下降，API中开始出现杂质。通过研究团队细致的评估与研究，他们发现上述问题是由毒素-连接子-TBTU复合物的活性酯不稳定所引起。TBTU与连接子之间的酯键不稳定，易受亲核进攻。在本项目中，毒素-连接子中有三个羟基，其亲核性质导可使分子内缩合(图1)。
图1-TBTU作为PDC偶联反应试剂(上)；
在高浓度或长时间反应下，分子内亲核进攻导致活性酯降解
(图片来源：合全药业)
通常，在实验室克级规模少量合成中，反应时间较短，毒素-连接子-TBTU复合物浓度保持在较低水平不会引起杂质问题。然而，在公斤级规模放大生产中，随着反应时间和局部浓度的增加，化合物本身的副反应产生的可能性也将随之提升，将会对杂质研究和工艺收率带来挑战。
流动化学与高活原料药研发能力高效助力，提升反应效率，获纯度>97%的PDC API
然而，在大规模批次生产中，TBTU活性酯降解较为常见。为了综合克服这些挑战，项目团队基于高活性原料药能力平台，引入了流动化学技术，期望避免TBTU活性酯降解的可能性。在高活密闭隔离条件下，项目团队通过连续流将原料输送至反应器，以精准控制反应时间和工艺温度，极大减少TBTU活性酯的降解，提升了产品质量。在调整至理想的反应温度后，便可通过连续流获得毒素-连接子-TBTU(图2，反应1)。
紧接着，项目团队开始肽和毒素-连接子-TBTU在连续流中的反应(图2，反应2)。在控制温度及停留时间的前提下，他们将产生的PDC粗品溶液经过0.1% TFA三氟乙酸溶液的连续淬灭，从而避免副反应的产生。与传统间歇模式相比，流动化学技术的引入有效控制了反应温度及停留时间，并将反应速度提升了2倍。最终，项目团队通过这种“组合拳”技术的应用，PDC API粗品能以7克/每小时的速度获得，反应收率达76%。经后处理，有效避免了杂质的产生，所获公斤级规模的产品纯度超97%。 图2-多肽、毒素、连接子、TBTU在
连续流模式下的反应过程(图片来源：合全药业)
总结
在本项目中，流动化学技术的应用成功解决了PDC药物的放大挑战，成功地赋能客户将其项目高效推进至临床一期。连续流自动化的反应模式和高活密闭能力的结合，最大限度地避免了研究人员接触毒性化合物可能。此外，连续流的模式高效降低了毒素-连接子-TBTU的局部浓度，并精准控制了反应温度进而缩短反应时间，避免了副反应的产生。该案例充分展示了各种能力一体化的绝对优势，而随着PDC等各类偶联药物领域的不断发展，可以预见的是，未来流动化学技术也将在这些新型分子领域将发挥更重要的作用。
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