禮來是如何在規範的CGMP條件下安全高效的製備公斤級化療藥

作者: liuphar_c

大多數藥物是通過增大規模以盡可能低的成本、儘快的速度生產出盡可能多的符合要求的目標產物， 這種生產是逐步進行的，

但是這種大規模的生產對於剛進入臨床試驗階段的潛在藥物卻不是最佳選擇， 同時如果某藥物的生產工藝需要用到大量的危險原料或中間態時， 傳統的生產設施也體現出了它的局限性， 另外， 部分個性化療藥， 由於其臨床用量並不大， 所以也不適合大規模的工業化生產。 基於各種原因， 各製藥企業一直在研究一種製造藥物的新方法， 即連續製造(continuous manufacturing)， 連續製造過程必需滿足良好生產規範(Current Good Manufacturing Practices， CGMP)， 即利用品質控制系統對這種過程的重要部分進行監控。

Prexasertib是醫藥巨頭禮來(Eli Lilly)研發的一類細胞週期檢查點激酶1 (Checkpoint kinase 1， CHK1)抑制劑， Prexasertib可破壞癌細胞DNA雙鏈結構， 促使癌細胞的凋亡， 當前正在進行抗癌治療的臨床試驗。 由於該化合物剛進入臨床試驗，

同時合成時需使用有毒試劑肼(NH2NH2)且合成路線並非最優， 不適合大量生產。 為滿足臨床試驗的需求， Eli Lilly的研發人員Kevin P. Cole等人設計了一條適合連續流動生產的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櫥中使用連續的小型反應裝置、萃取裝置、旋蒸儀、結晶儀和過濾裝置， 以8個連續的單元操作， 每天大約生成3千克的目標產物。 相比於分批生產， 連續過程的安全性更好， 反應及純化的收率和選擇性也得到了提高。 另外， 連續生產過程的每個階段都與品質控制系統相連， 符合CGMP規範。

其工藝路線如下圖所示， 以芳香酮2為初始原料， 先和N, N-二甲基甲醯胺二甲基縮醛縮合得α,β-不飽和酮3， 酚羥基被拔氫後與烷基溴4進行親核取代反應，

兩步的總產率為77%。 隨後α,β-不飽和酮與鹽酸羥胺環合生成噁唑類衍生物6， 並在鹼性條件下開環得α-氰基酮化合物7， 這兩步的產率為85%。 α-氰基酮與火箭燃料肼高溫下進一步環合， 得吡唑類化合物8， 無需純化直接與化合物9進行氨基的親核取代反應得中間體10， 最後在甲酸的作用下脫掉Boc的保護基團， 並在四氫呋喃和水的混合溶劑中與乳酸反應生成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與甲磺酸反應即可。 注：方括號內的中間體無需純化即可直接進行連投。

Kevin P. Cole等人設計的連續流動生產過程主要分為三個階段。 第一階段為α-氰基酮與火箭燃料肼的縮合(見下圖)。 該階段需要使用肼， 常規分批生產的話， 需向反應釜中一次性加入大量的肼作為反應原料， 一方面會危害操作工人的身體， 另一方面可能會引發爆炸， 較為危險， 且反應不可較大程度的升高溫度和壓力， 從而降低了反應速率， 甚至導致反應不完全。 而使用連續流動生產過程中，

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入至活塞流動反應器(plug flow reactor， PFR)中， 加熱至130℃並反應70min， 同時使用HPLC監測反應進程， 待反應完全後， 將反應液導入逆流萃取裝置中， 並向萃取裝置中分別加入甲苯、碳酸鹽和水， 萃取後， 再反萃水相， 合併有機相後濃縮， 並用DMSO置換， 得吡唑類化合物8的DMSO溶液， 不需進一步純化即可直接進行下一步反應。 使用該流程每4小時可得2.4kg的吡唑類化合物8。 連續流動生產過程， 是通過將肼以低速率的連續加入， 避免了大量肼的一次性導入， 從而使反應可在高溫高壓下安全進行。

第二階段為親核取代、產品結晶及脫保護基。 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入至PFR中， 進行親核取代反應，同時加入傅酸劑N-乙基嗎啉(NEM)，防止生產的HCl副產物脫掉Boc保護基團，影響後續的反應。反應液加熱到70～100℃，反應1～3h，即可獲得純度高大90%的中間體10。結晶過程是在兩個混合懸浮混合排料(mixed-suspension，mixed-product removal vessels，MSMPRs)連續結晶器中完成的，且甲醇必須全部加入到第一個MSMPR中，防止打漿時粘度過大。隨後兩個串聯的自動攪拌單板式篩檢程式進行過濾、洗滌、氮氣吹掃並使用甲酸溶解，該過程將直接影響最終產物12的純度，故需嚴格控制好慮餅的厚度。連續的MSMPRs和串聯的自動攪拌式單板式篩檢程式使得純化後的化合物1的純度達到了99.8%，且每天可生產2.6kg。

第三階段是Prexasertib單乳酸鹽單水合物的製備。首先加入中間體1的甲酸溶液和8個當量的30%乳酸溶液，加熱濃縮使甲酸的含量降至0.8當量(均相對於API而言)。濃縮時會有油狀物產生即為化合物12，再加入四氫呋喃進行稀釋，同時轉入緩衝罐中，隨後繼續加入四氫呋喃，Prexasertib單乳酸鹽單水合物開始析晶。前面都是連續流動性生產過程，析晶需在200L的緩衝罐中分批完成，待析晶完全後，離心烘乾即可。整個過程的產率約為75～85%，純度可達99.77～99.82%，且按照此工藝每天可生產1.99kg最終產物Prexasertib單乳酸鹽單水合物。

Kevin P. Cole等研究人員最終利用該工藝生產了24kg的Prexasertib單乳酸鹽單水合物化合物12，據估計足夠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櫥中即可進行，操作簡單，完全符合CGMP要求，同時也減少了危險化學品對操作工人的傷害，使得高溫高壓下的反應更加安全有效。這一成果也開啟了藥物連續生成的新篇章，在標準的CGMP規範下，Kevin P. Cole等人研發的多步連續流動化學過程相對于傳統的生產過程具有質的飛躍，進一步的研發將可能改變精細化學品和藥物的生產方式。

進行親核取代反應，同時加入傅酸劑N-乙基嗎啉(NEM)，防止生產的HCl副產物脫掉Boc保護基團，影響後續的反應。反應液加熱到70～100℃，反應1～3h，即可獲得純度高大90%的中間體10。結晶過程是在兩個混合懸浮混合排料(mixed-suspension，mixed-product removal vessels，MSMPRs)連續結晶器中完成的，且甲醇必須全部加入到第一個MSMPR中，防止打漿時粘度過大。隨後兩個串聯的自動攪拌單板式篩檢程式進行過濾、洗滌、氮氣吹掃並使用甲酸溶解，該過程將直接影響最終產物12的純度，故需嚴格控制好慮餅的厚度。連續的MSMPRs和串聯的自動攪拌式單板式篩檢程式使得純化後的化合物1的純度達到了99.8%，且每天可生產2.6kg。

第三階段是Prexasertib單乳酸鹽單水合物的製備。首先加入中間體1的甲酸溶液和8個當量的30%乳酸溶液，加熱濃縮使甲酸的含量降至0.8當量(均相對於API而言)。濃縮時會有油狀物產生即為化合物12，再加入四氫呋喃進行稀釋，同時轉入緩衝罐中，隨後繼續加入四氫呋喃，Prexasertib單乳酸鹽單水合物開始析晶。前面都是連續流動性生產過程，析晶需在200L的緩衝罐中分批完成，待析晶完全後，離心烘乾即可。整個過程的產率約為75～85%，純度可達99.77～99.82%，且按照此工藝每天可生產1.99kg最終產物Prexasertib單乳酸鹽單水合物。

Kevin P. Cole等研究人員最終利用該工藝生產了24kg的Prexasertib單乳酸鹽單水合物化合物12，據估計足夠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櫥中即可進行，操作簡單，完全符合CGMP要求，同時也減少了危險化學品對操作工人的傷害，使得高溫高壓下的反應更加安全有效。這一成果也開啟了藥物連續生成的新篇章，在標準的CGMP規範下，Kevin P. Cole等人研發的多步連續流動化學過程相對于傳統的生產過程具有質的飛躍，進一步的研發將可能改變精細化學品和藥物的生產方式。