Analyse des Syntheseprozesses für Eli Lillys Schlüsselmedikament: Tirzepatid

Tirzepatid ist ein neuartiger dualer Rezeptoragonist, der sowohl auf GIP (gastrisches hemmendes Peptid) als auch auf GLP-1 (glucagonähnliches Peptid-1) abzielt. Er wurde von Eli Lilly entwickelt und erfolgreich für die gezielte Behandlung von Diabetes, nichtalkoholischer Steatohepatitis (NASH) und chronischem Gewichtsmanagement vermarktet. Die Halbwertszeit beträgt 116,7 Stunden. Nach der Zulassung zur Diabetes-Behandlung im Jahr 2022 wurde es im November 2023 in den USA auch zur Gewichtsreduktion zugelassen. Eine groß angelegte klinische Studie ergab, dass mit diesem Medikament behandelte Patienten eine maximale Gewichtsreduktion von bis zu 21 % erreichten. Das Molekül besteht aus einem Peptidrückgrat mit 39 Aminosäuren und einer Seitenkette am Rest Lys20. Von diesen 39 Aminosäuren kommen 37 natürlich vor (oder werden kodiert), während zwei nicht natürlich vorkommen: die nicht kodierenden Aminoisobuttersäurereste an den Positionen 2 und 13.

Um eine doppelte Aktivität zu erreichen, enthält Tirzepatide nicht nur Aminosäurereste, die von GLP-1 und GIP abgeleitet sind, sondern nutzt auch mehrere einzigartige Aminosäurereste. Seine Peptidstruktur leitet sich hauptsächlich von GLP-1, GIP, Exenatid und Semaglutid ab, wobei einige Reste charakteristisch sind.

Bei der Erforschung des Syntheseprozesses von Tirzepatid wurden zahlreiche Methoden zur Herstellung synthetischer Peptide eingesetzt. Die Auswahl einer geeigneten Synthesemethode basiert typischerweise auf molekularen Eigenschaften, wie etwa dem Vorhandensein nicht-kodierender Aminosäuren, nicht-peptidischer Seitenketten und der Anzahl der beteiligten Aminosäuren.

BIosynthese：Die üblicherweise für Makromoleküle verwendeten rekombinanten Techniken (z. B. monoklonale Antikörper) können auch auf kleinere Peptide angewendet werden. Bei diesem Ansatz wird externe DNA in Escherichia coli oder Säugetierzelllinien (China Hamster Ovar, CHO) eingeführt, wo die Peptide von den Zellen synthetisiert werden. Obwohl die Entwicklungszeit typischerweise länger ist als bei herkömmlichen Synthesemethoden, wurde dieser Ansatz erfolgreich für halbsynthetische Peptide (z. B. Semaglutid, Insulin degludec und Liraglutid) eingesetzt. Zwei Nachteile dieser Methode sind: (1) Schwierigkeiten bei der Einführung von Aminosäuren, die nicht durch DNA-Sequenzen kodiert werden; und (2) die Notwendigkeit postrekombinanter synthetischer Modifikationen, um Nicht-Peptid-Seitenketten einzubauen.

ChemischSSynthese：

Die Festphasen-Peptidsynthese (SPPS) hat sich für viele mittelgroße Peptide (z. B.Lisinaptide undEXenatid), einschließlich solcher, die unter Verwendung nichtkodierender Aminosäuren synthetisiert werden. Leider leidet SPPS bei größeren Peptiden (typischerweise > 30 Aminosäuren) häufig unter geringen Prozessausbeuten und schlechter Reinheit. Darüber hinaus birgt die Anforderung, dass zahlreiche aufeinanderfolgende Einheitsoperationen fehlerfrei durchgeführt werden müssen (mit einer geschätzten Fehlerquote von 20 % für Peptide mit mehr als 30 Aminosäuren), erhebliche Produktionsrisiken.

Flüssigphasen-Peptidsynthese (LPPS). Diese Methode ähnelt SPPS, mit der Ausnahme, dass die wachsenden Peptide nicht an das Harz binden und ihre C-Termini nicht reaktive Amide oder geschützte Ester sind. Es eignet sich gut zur Synthese kleinerer Peptide (≤10 Aminosäuren), aber Ausbeute und Reinheit nehmen mit zunehmender Peptidlänge schnell ab.

Die SPPS/LPPS-Hybridmethode. Dieser Ansatz nutzt SPPS, um hochreine kurze Peptidfragmente und gut charakterisierte Fällungszwischenprodukte herzustellen, wodurch viele Herstellungsrisiken und Reinheitsprobleme vermieden werden, die mit längeren SPPS-Konstrukten verbunden sind. Anschließend werden die geschützten Fragmente in flüssiger Phase gekoppelt.

Einen hervorragenden Ansatz stellt die SPPS/LPPS-Hybridmethode dar, die die Vorteile beider Techniken vereint. Um diese Hybridstrategie umzusetzen, müssen zunächst geeignete über LPPS synthetisierte Fragmente ausgewählt werden. Zu den wichtigsten Überlegungen bei der Fragmentauswahl gehören die Peptidlänge, die Gesamtzahl der Fragmente, die Aminosäureidentität an den Spaltungsstellen und die Eigenschaften der Seitenkette. Fragmentgröße und -menge sind entscheidend; Während kleinere Fragmente möglicherweise eine hohe Reinheit erreichen, erfordern sie komplexere Herstellungsprozesse mit zusätzlichen LPPS-Schritten. Umgekehrt stellen weniger große Fragmente größere Produktionsherausforderungen dar und bergen höhere Risiken für das Erreichen einer hohen Reinheit. Nach der Bewertung dieser Faktoren wählten die Forscher von Eli Lilly vier Fragmente für die Tilitropinsynthese aus. Im Hinblick auf die Spaltstellen war die Diastereomerie der C-terminalen Aminosäuren in jedem Fragment eine entscheidende Überlegung, da das Amidrückgrat die Diastereomerisierung erleichtertα-Stereozentrum leichter im Vergleich zu Fmoc-geschützten Aminosäuren, die in SPPS-Konstrukten verwendet werden. Nach einer umfassenden Auswertung verschiedener Fragmente wurden schließlich vier spezifische Fragmente ausgewählt (Abbildungen 2–5). Alle vier Fragmente wurden über SPPS synthetisiert, lassen sich als feste Produkte leicht trennen und erreichen außergewöhnlich hohe Reinheitsgrade (97,5).–99,5 %).

Als nächstes Fragment 2–5 werden durch einen vierstufigen LPPS-Prozess miteinander gekoppelt.

Schritt 1: Verbinden Sie die ersten beiden Fragmente 2 und 3, die die Aminosäuren 30 darstellen–39 und 22–29 bzw. Bereiten Sie getrennte Lösungen der Fragmente 2 und 3 in Dimethylsulfoxid (DMSO) und Acetonitril (ACN) sowie PyOxim und reines Diisopropylethylamin in ACN vor und lassen Sie sie zusammenfließen, bevor Sie zum Online-Mischen in den Plug-Flow-Reaktor (PFR) 27 gelangen, um Gleichmäßigkeit sicherzustellen；

Schritt 2: Die gewonnenen Aminosäuren 22–39 (Verbindung 6) wurden dann mit Fragment 4 gekoppelt, um die Aminosäuren 15 zu ergeben–39 (Verbindung 7)；

Schritt 3: Die erhaltene Aminosäuresequenz 15–39 (Verbindung 7) wurde mit Fragment 5 gekoppelt, um das Boc-geschützte Tildroptid zu ergeben；

Schritt 4: Entfernen Sie die Schutzschicht, um Tirzepatid zu erhalten.

Nanofiltration ist eine membranbasierte Technologie, die gelöste Substanzen in Lösungen basierend auf Molekulargewicht und Hydrophobie trennt. Die rohe Reaktionslösung passiert die Membran und entfernt dabei niedermolekulare Verunreinigungen wie Dibenzofuren (DBF), Diethylamin (DEA) und PyOxim-bezogene Nebenprodukte (PyO), während die Zielpeptide erhalten bleiben. Die Auswahl geeigneter Porengrößen ist von entscheidender Bedeutung und erfordert ein Gleichgewicht zwischen geringem Fluss (bei zu kleinen Poren) und Peptidverlust (bei zu großen Poren). Diese Technologie ermöglicht eine Großserienproduktion mit deutlich vereinfachten Betriebsabläufen.

Da Tirzepatid rein chemisch synthetisiert wird, gibt es zahlreiche Hersteller, die seinen pharmazeutischen Wirkstoff (API) herstellen, was zu einem intensiven Wettbewerb führt. Derzeit ist die API von Tirzepatid wird im Inland von Hequan Pharmaceutical hergestellt und zur Formulierungsvorbereitung ins Ausland exportiert.

Referenzen：Org. Prozessres. Entwickler 2021, 25, 1628−1636

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