大多數(shù)藥物是通過增大規(guī)模以盡可能低的成本、盡快的速度生產(chǎn)出盡可能多的符合要求的目標(biāo)產(chǎn)物，這種生產(chǎn)是逐步進(jìn)行的，但是這種大規(guī)模的生產(chǎn)對于剛進(jìn)入臨床試驗階段的潛在藥物卻不是佳選擇，同時如果某藥物的生產(chǎn)工藝需要用到大量的危險原料或中間態(tài)時，傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)施也體現(xiàn)出了它的局限性，另外，部分個性化療藥，由于其臨床用量并不大，所以也不適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)?；诟鞣N原因，各制藥企業(yè)一直在研究一種制造藥物的新方法，即連續(xù)制造(continuous manufacturing)，連續(xù)制造過程必需滿足良好生產(chǎn)規(guī)范(current good manufacturing practices，cgmp)，即利用質(zhì)量控制系統(tǒng)對這種過程的重要部分進(jìn)行監(jiān)控。
prexasertib是醫(yī)藥巨頭禮來(eli lilly)研發(fā)的一類細(xì)胞周期檢查點激酶1 (checkpoint kinase 1，chk1)抑制劑，prexasertib可破壞癌細(xì)胞dna雙鏈結(jié)構(gòu)，促使癌細(xì)胞的凋亡，當(dāng)前正在進(jìn)行抗癌治療的臨床試驗。由于該化合物剛進(jìn)入臨床試驗，同時合成時需使用有毒試劑肼(nh2nh2)且合成路線并非優(yōu)，不適合大量生產(chǎn)。為滿足臨床試驗的需求，eli lilly的研發(fā)人員kevin p. cole等人設(shè)計了一條適合連續(xù)流動生產(chǎn)的prexasertib單甲磺酸鹽單水合物和prexasertib單乳酸鹽單水合物，該過程可在實驗室的通風(fēng)櫥中使用連續(xù)的小型反應(yīng)裝置、萃取裝置、旋蒸儀、結(jié)晶儀和過濾裝置，以8個連續(xù)的單元操作，每天大約生成3千克的目標(biāo)產(chǎn)物。相比于分批生產(chǎn)，連續(xù)過程的安全性更好，反應(yīng)及純化的收率和選擇性也得到了提高。另外，連續(xù)生產(chǎn)過程的每個階段都與質(zhì)量控制系統(tǒng)相連，符合cgmp規(guī)范。
其工藝路線如下圖所示，以芳香酮2為初始原料，先和n, n-二甲基甲酰胺二甲基縮醛縮合得α,β-不飽和酮3，酚羥基被拔氫后與烷基溴4進(jìn)行親核取代反應(yīng)，兩步的總產(chǎn)率為77%。隨后α,β-不飽和酮與鹽酸羥胺環(huán)合生成噁唑類衍生物6，并在堿性條件下開環(huán)得α-氰基酮化合物7，這兩步的產(chǎn)率為85%。α-氰基酮與火箭燃料肼高溫下進(jìn)一步環(huán)合，得吡唑類化合物8，無需純化直接與化合物9進(jìn)行氨基的親核取代反應(yīng)得中間體10，后在甲酸的作用下脫掉boc的保護(hù)基團(tuán)，并在四氫呋喃和水的混合溶劑中與乳酸反應(yīng)生成prexasertib單乳酸鹽單水合物12。prexasertib單甲磺酸鹽單水合物11則可直接用化合物10與甲磺酸反應(yīng)即可。注：方括號內(nèi)的中間體無需純化即可直接進(jìn)行連投。
kevin p. cole等人設(shè)計的連續(xù)流動生產(chǎn)過程主要分為三個階段。階段為α-氰基酮與火箭燃料肼的縮合(見下圖)。該階段需要使用肼，常規(guī)分批生產(chǎn)的話，需向反應(yīng)釜中一次性加入大量的肼作為反應(yīng)原料，一方面會危害操作工人的身體，另一方面可能會引發(fā)爆炸，較為危險，且反應(yīng)不可較大程度的升高溫度和壓力，從而降低了反應(yīng)速率，甚至導(dǎo)致反應(yīng)不完全。而使用連續(xù)流動生產(chǎn)過程中，將α-氰基酮化合物7的四氫呋喃溶液與肼的乙酸、甲醇、水的混合體系分別以不同的速率導(dǎo)入至活塞流動反應(yīng)器(plug flow reactor，pfr)中，加熱至130℃并反應(yīng)70min，同時使用hplc監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)液導(dǎo)入逆流萃取裝置中，并向萃取裝置中分別加入甲苯、碳酸鹽和水，萃取后，再反萃水相，合并有機(jī)相后濃縮，并用dmso置換，得吡唑類化合物8的dmso溶液，不需進(jìn)一步純化即可直接進(jìn)行下一步反應(yīng)。使用該流程每4小時可得2.4kg的吡唑類化合物8。連續(xù)流動生產(chǎn)過程，是通過將肼以低速率的連續(xù)加入，避免了大量肼的一次性導(dǎo)入，從而使反應(yīng)可在高溫高壓下安全進(jìn)行。
第二階段為親核取代、產(chǎn)品結(jié)晶及脫保護(hù)基。首先將吡唑類化合物8的dmso溶液和化合物9(稍微過量)的dmso溶液以不同的速率導(dǎo)入至pfr中，進(jìn)行親核取代反應(yīng)，同時加入傅酸劑n-乙基嗎啉(nem)，防止生產(chǎn)的hcl副產(chǎn)物脫掉boc保護(hù)基團(tuán)，影響后續(xù)的反應(yīng)。反應(yīng)液加熱到70～100℃，反應(yīng)1～3h，即可獲得純度高大90%的中間體10。結(jié)晶過程是在兩個混合懸浮混合排料(mixed-suspension，mixed-product removal vessels，msmprs)連續(xù)結(jié)晶器中完成的，且甲醇必須全部加入到個msmpr中，防止打漿時粘度過大。隨后兩個串聯(lián)的自動攪拌單板式過濾器進(jìn)行過濾、洗滌、氮氣吹掃并使用甲酸溶解，該過程將直接影響終產(chǎn)物12的純度，故需嚴(yán)格控制好慮餅的厚度。連續(xù)的msmprs和串聯(lián)的自動攪拌式單板式過濾器使得純化后的化合物1的純度達(dá)到了99.8%，且每天可生產(chǎn)2.6kg。
第三階段是prexasertib單乳酸鹽單水合物的制備。首先加入中間體1的甲酸溶液和8個當(dāng)量的30%乳酸溶液，加熱濃縮使甲酸的含量降至0.8當(dāng)量(均相對于api而言)。濃縮時會有油狀物產(chǎn)生即為化合物12，再加入四氫呋喃進(jìn)行稀釋，同時轉(zhuǎn)入緩沖罐中，隨后繼續(xù)加入四氫呋喃，prexasertib單乳酸鹽單水合物開始析晶。前面都是連續(xù)流動性生產(chǎn)過程，析晶需在200l的緩沖罐中分批完成，待析晶完全后，離心烘干即可。整個過程的產(chǎn)率約為75～85%，純度可達(dá)99.77～99.82%，且按照此工藝每天可生產(chǎn)1.99kg終產(chǎn)物prexasertib單乳酸鹽單水合物。
kevin p. cole等研究人員終利用該工藝生產(chǎn)了24kg的prexasertib單乳酸鹽單水合物化合物12，據(jù)估計足夠114000次單劑量給藥，也足以滿足臨床試驗。該流程在實驗室的通風(fēng)櫥中即可進(jìn)行，操作簡單，完全符合cgmp要求，同時也減少了危險化學(xué)品對操作工人的傷害，使得高溫高壓下的反應(yīng)更加安全有效。這一成果也開啟了藥物連續(xù)生成的新篇章，在標(biāo)準(zhǔn)的cgmp規(guī)范下，kevin p. cole等人研發(fā)的多步連續(xù)流動化學(xué)過程相對于傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程具有質(zhì)的飛躍，進(jìn)一步的研發(fā)將可能改變精細(xì)化學(xué)品和藥物的生產(chǎn)方式。
參考資料
kevin p.cole, jennifer mcclary groh, martin d.johnson et al. kilogram-scale prexasertib monolactate monohydrate synthesisunder continuous-flow cgmp conditions. science, 16 jun 2017,356(6343):1144-1150,doi:10.1126/science.aan0745
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原標(biāo)題：禮來是如何在規(guī)范的cgmp條件下安全的制備公斤級化療藥 作者：作者: liuphar_c