01 Latar Belakang dan Cabaran P&P
1.1 Latar belakang pembangunan dadah MK-0616
Enlicitide Decanoate (juga dikenali sebagai MK-0616) ialah perencat PCSK9 peptida makrosiklik oral pertama yang direka sepenuhnya secara de novo bertujuan untuk mengurangkan kolesterol lipoprotein berketumpatan rendah (LDL-C) dan merawat penyakit kardiovaskular aterosklerotik.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas, selain MK-0616, contoh klasik dalam bidang ini juga termasuk vankomisin antibiotik (2), agen kemoterapi paclitaxel (3), dan ubat antikanser eribulin (4). Struktur kompleks sebatian 2 dan 3 bermakna sintesis sebenar mereka masih bergantung pada kaedah separa sintetik berdasarkan produk semula jadi; sebaliknya, pasukan Eisai mencapai jumlah sintesis sebatian 4 melalui lebih daripada 60 langkah, menandakan satu kejayaan dalam sintesis sebatian polyketide.
Mengenai MK-0616, struktur kimianya sangat unik: ia adalah molekul pertama yang direka sepenuhnya dari awal (bukannya diperoleh daripada sumber semula jadi); tambahan pula, sebagai perencat PCSK9 oral harian yang bertujuan untuk rawatan penyakit kardiovaskular dan bukannya untuk onkologi atau aplikasi anti-jangkitan, permintaan globalnya akan jauh melebihi ubat inovatif konvensional, yang memerlukan pengeluaran pada skala antara ratusan kilogram hingga beberapa tan.
1.2 Cabaran dan Strategi Sintetik
Kerumitan molekul MK-0616 mengenakan keperluan yang ketat pada pembangunan proses.
Ciri-ciri struktur: Walaupun MK-0616 berasal daripada peptida makrosiklik yang dikenal pasti melalui penyaringan teknologi paparan mRNA, ia mengandungi 6 asid amino bukan kanonik (menjumlahkan 8 unit asid amino), kitaran makro 37 anggota, rantai sisi garam ammonium (10), dan serpihan bukan-peptida, peptide-peptisis sepenuhnya (13), serpihan bukan-peptida, peptideffesis rendering sepenuhnya. seperti yang digambarkan di bawah.
Cabaran teras yang perlu ditangani
1、Kestabilan perantaraan polar (terutamanya untuk serpihan garam ammonium, di mana counterion mesti dikawal sepanjang keseluruhan proses)；
2、Selektiviti penutupan gelang besar (memerlukan pengoptimuman urutan pemasangan antara 10 blok)；
3、Cabaran peningkatan skala (elakkan penulenan kromatografi; pastikan pemprosesan skala miligram hingga kilogram)；
Oleh itu, keputusan utama yang dicadangkan oleh penyelidik adalah seperti berikut：
1、bahagikan-dan-takluki：Utamakan pembinaan "serpihan Utara" (cincin 17 anggota yang terdiri daripada asid amino bukan kanonik pada kedudukan 5, 6, dan 7), dan mudahkan strategi pembelahan makrosiklik melalui analisis retrosintetik (cth., dengan memilih ikatan amida antara kedudukan 5 dan 8).
2、Pengenalan rantai sisi terminal：Serpihan garam ammonium kutub (10) hendaklah dikhaskan untuk langkah pemasangan terakhir untuk mengelakkan cabaran yang berkaitan dengan penulenan pertengahan.
3、Penggunaan asid yang fleksibel–tindak balas peneutralan asas (RCM)：Rantai berpaut n-heksana terbentuk pada kedudukan 7–13; tindak balas ini mempamerkan ortogonal yang sangat baik dan boleh dijalankan dalam pelbagai peringkat.
Melalui siri strategi ini, penyelidik akhirnya telah mewujudkan laluan sintetik berskala, membuka jalan untuk penilaian klinikal.02
02 Strategi dan Pengoptimuman Sintetik
Melalui kajian analitikal, para penyelidik melakukan pengoptimuman berbilang langkah, berbilang generasi bagi serpihan makrosiklik utama (serpihan Utara) dan mengoptimumkan pemasangan serpihan Selatan dengan produk akhir.
2.1 Pengoptimuman berbilang generasi bagi segmen Utara:
Generasi pertama– 37 lelaran
Sintesis asid amino bukan kanonik (cth., 3-hydroxyproline) mempamerkan kecekapan yang rendah, kerana ia bergantung pada tindak balas kitaran yang tidak cekap—seperti pemeluwapan Dieckmann—serta resolusi kiral; tambahan pula, proses ini memerlukan berbilang pusingan untuk melindungi manipulasi kumpulan dan beberapa penulenan kromatografi, seperti yang digambarkan dalam rajah di bawah.
Kesemua faktor ini mengehadkan sintesis berskala besar serpihan sasaran.
Sistem segerak generasi kedua
Satu kejayaan dicapai melalui biocatalysis: pengenalan pengurangan keton (KRED) membolehkan pengurangan yang sangat cekap dan stereoselektifβ-hidroksiester; selain itu, enzim TrpB yang direka bentuk telah digunakan untuk mensintesis triptofan terfluorinasi, dengan itu menghapuskan keperluan untuk resolusi kiral. Akibatnya, bilangan langkah sintetik telah dikurangkan, dan penggunaan kumpulan pelindung telah diminimumkan, seperti yang digambarkan dalam rajah di bawah.
Laluan sintetik ini untuk pengoptimuman serpihan Utara juga telah digunakan dalam pembangunan klinikal; bagaimanapun, peluang yang timbul daripada strategi struktur telah mewujudkan keperluan untuk pengoptimuman selanjutnya bagi laluan sintesis serpihan.
Pertama, penemuan utama mengenai tiga perantara penghabluran peringkat akhir memberikan titik kritikal untuk kawalan ketulenan; oleh itu, adalah penting untuk mengubah suai laluan sintetik untuk memintas ketiga-tiga perantaraan ini.
Kedua, adalah disyorkan untuk menjalankan siklotrimerisasi tindak balas olefin selewat mungkin semasa proses sintesis. Pendekatan ini adalah berdasarkan pertimbangan bahawa pemangkin rutenium boleh meningkatkan kos keseluruhan pengeluaran benzothiuramine; melakukan tindak balas ini pada peringkat akhir laluan sintetik dengan itu boleh mengurangkan kos dengan ketara.
Oleh itu, ini telah memudahkan pengoptimuman pendekatan generasi ketiga.
Sistem langkah biasa generasi ketiga
Melalui hidroksilasi enzimatik, L-prolin secara langsung teroksida kepada 3-hydroxyproline dengan stereoselektiviti melebihi 99:1; perantaraan utama telah dikenal pasti, seperti kehabluran garam benzenasulfonat, yang membolehkan pengelakan penulenan kromatografi; pemasangan modular telah digunakan, bersama-sama dengan pelarasan kepada jujukan gandingan asid amino dan penyederhanaan strategi kumpulan perlindungan, seperti yang digambarkan dalam rajah di bawah.
Serpihan sintetik MK-0616 Utara generasi ketiga berbeza daripada serpihan yang disintesis dalam dua generasi sebelumnya. Pemilihan ini didorong oleh pengenalpastian pentanoat hablur 91, yang tidak mempunyai residu asid amino threonine (untuk digabungkan kemudian semasa sintesis). Garam ini boleh diasingkan dengan hasil dan ketulenan yang tinggi serta menyediakan perantara yang sangat stabil yang boleh disimpan sebagai perantara utama sepanjang proses sintesis.
Melalui pengoptimuman dalam generasi ketiga, pemisahan serpihan Utara yang direka bentuk baharu (91) kini hanya memerlukan 14 langkah—hanya satu pertiga daripada bilangan langkah yang diperlukan untuk sintesis generasi pertama. Tambahan pula, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa dalam protokol generasi ketiga, jujukan linear terpanjang telah dikurangkan sebanyak lebih daripada separuh, menurun daripada 20 langkah kepada 9 langkah.
2.2 Pengoptimuman serpihan Selatan
Generasi pertama, terdiri daripada 15 langkah
Bermula daripada bahan mentah yang diperoleh dalam kuantiti yang banyak daripada pembekal komersial, proses 9 langkah mewakili jujukan linear terpanjang, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Sistem segerak generasi kedua
Dalam sintesis generasi kedua, perkara yang dipertingkatkan bukanlah bilangan langkah, sebaliknya kecekapan keseluruhan dan kawalan ketulenan, seperti yang digambarkan dalam skema di bawah. Selepas beribu-ribu percubaan, serpihan Southern blot yang dipanggil garam leelamin (99) telah dikenal pasti.
Penggunaan kedua-dua sebatian ini sebelum ini telah ditunjukkan untuk berfungsi sebagai pelarut bukan kiral untuk asid karboksilik; akibatnya, garam hablur (99) secara mengejutkan boleh diperolehi sebagai bahan yang sangat tulen, dengan itu mengelakkan kerja persediaan HPLC yang meluas yang diperlukan dalam generasi sintesis sebelumnya.
2.3 Pemasangan produk akhir
Kedua-dua serpihan Utara generasi pertama dan perantaraan kedua serpihan Selatan boleh dilindungi dengan mudah untuk menghasilkan prekursor linear 61, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah; bagaimanapun, hasil produk metatesis sikloolefin adalah sangat rendah.
Walau apa pun, penyelidik berjaya menggunakan urutan lain, membolehkan sintesis berskala pertama MK-0616, seperti yang digambarkan dalam skema di bawah.
Garam enaldehid generasi pertama telah disintesis melalui proses 63 langkah yang bermula dengan pemasangan rantai sisi ke teras molekul melalui amidasi hasil tinggi diikuti dengan penulenan SFC; antara langkah ini, langkah 28 mewakili jujukan linear terpanjang.
Kombinasi produk akhir generasi kedua ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Dengan mengoptimumkan laluan untuk kedua-dua serpihan Utara dan Selatan yang menyasarkan produk sasaran, kedua-dua pendekatan boleh menggunakan perantaraan hablur serpihan rata untuk mara ke peringkat akhir sintesis.
Tindak balas gandingan ini cukup bersih untuk meneruskan terus ke langkah seterusnya menggunakan tindak balas kasar.
Secara keseluruhannya, laluan sintetik generasi kedua untuk MK-0616 memerlukan 43 langkah, di antaranya 21 langkah membentuk jujukan linear terpanjang. Urutan ini mengurangkan kedua-dua jumlah langkah dan panjang jujukan linear terpanjang berbanding dengan proses generasi pertama sebanyak satu pertiga.
03 Inovasi Teknologi Utama
Analisis keseluruhan proses pengoptimuman mendedahkan beberapa inovasi dalam teknologi utama, seperti:
1、Teknologi biocatalysis:resolusi kinetik dinamik KRED; Sintesis pengantara enzim TrpB analog tryptophan; pengenalan langsung kumpulan hidroksil melalui hidroksilase prolin; dll.
2. Pemurnian yang didorong oleh penghabluran: Pelbagai langkah perantaraan—seperti metilsulfonat serpihan Northern blot atau garam leelamin serpihan Southern blot—digunakan untuk mencapai penulenan penghabluran, dengan itu menghapuskan keperluan untuk lajur kromatografi.
3. Strategi kumpulan perlindungan ortogonal: pensuisan fleksibel antara kumpulan pelindung seperti Boc dan Nosyl untuk memastikan selektiviti tindak balas pelbagai langkah.
4. Pertimbangan kimia hijau: mengurangkan penggunaan pemangkin logam berat (cth., pemangkin rutenium) dan mengalihkan tindak balas RCM ke peringkat seterusnya untuk mengurangkan kos pengeluaran.
04 Ringkasan dan Tinjauan
Makalah ini menunjukkan penyepaduan fleksibel biopemangkinan dan sintesis kimia, sambil menekankan peranan penting proses penghabluran dan menerima pakai pendekatan reka bentuk modular—dengan itu mempamerkan metodologi sistematik yang merangkumi daripada penerokaan makmal kepada pengeluaran berskala industri. Kerja ini mewakili kes teladan dalam bidang sintesis molekul kompleks: jumlah langkah telah dikurangkan daripada 63 dalam protokol generasi pertama kepada 43 dalam protokol generasi kedua, dengan hasil meningkat hampir 1,000 kali ganda dan membolehkan kemungkinan pengeluaran berskala tan. Sepanjang keseluruhan proses, penekanan strategik diberikan pada langkah penghabluran, dengan itu mengelakkan penulenan kromatografi—ciri yang menjadikannya sangat sesuai untuk pengeluaran berskala tan. Tambahan pula, kajian ini menyediakan templat teknikal untuk pendekatan sintetik kepada peptida makrosiklik kompleks lain.
