Science:有机化学的“民主化新进程”

CBG资讯2018-11-10 06:51:14


活性药物成分(active pharmaceutical ingredients API的制造是对现代医疗是至关重要的。常见的一种API生产模式,是由专门设计的工厂生产特定销售的产品,即使现在新兴的合同加工外包(Contract Manufacture Organization,CMO,也都是需要非常严格规范的GMP(Good Manufacturing Practices规范认证。这个过程中材料的储存和运输具有很大的压力,无论是安全性上,还是成本控制上。过于集中而专业的中心化生产,使得药物流通有很多受限因素,并难以灵活应对市场变化。而一种中间体或API退出生产之后,善后改造工作也会变得非常麻烦而可能不如直接废弃或毁掉重建来的更划算。

为此,来自英国格拉斯哥大学(University of Glasgow的一组科学家们提出了一个“去中心化”药物生产概念,即复杂合成过程的精细化学品(如API)可以通过一种新的设备实现小规模的生产,这种设备的价格比起大型工厂自然是少的多,而生产的药物的量不需要像工厂那么大,方便运输和储存,还具有多样化重复生产的高度灵活性。而药物的质量,却可以和工厂生产的没有区别。



多步合成从概念到实现的示意图

(来源:Science


根据他们的说法,生产难以得到的有机化学品现在就像装配IKEA家具一样简单。团队用3D打印机打印出了小型的反应器,组成一些小模块,这些模块可以进行12种工艺步骤。反应设备使用特制的聚丙烯材料打印而成,足够在超过100℃的温度下生产金属有机框架(MOFs团队负责人Leroy Cronin预见到这种新型“去中心化”设备可以让非专业人员轻松制造化学家们都不可能轻易完成的合成工作。这种设备将束于高阁之内的有机化学合成权力,下放所有的自然人,犹如将“化学君权”进行“民主化”改革



玻璃反应器与塑料反应器的优化合成路线的比较

(来源:Science


为了证明这个概念,Cronin和他的同事们制定了一个工艺程序,用于生产便宜且容易获得的肌肉松弛剂巴氯芬(Baclofen。他们设计了五个不透明的圆柱形模块,每个模块最多可容纳32ml,顶部有开口,以便让材料进入。通过顶部的第二个开口,用户可以施加压力,将模块底部的反应物从下方挤出到下一个模块。化学家们还设计了引入氮气的腔室端口,提供惰性气氛的反应条件。



单个过程模块设计

(来源:Science


格拉斯哥研究人员在Ultimaker 3D打印机上打印模块,价格仅为1350英镑。他们短暂停止打印,以便在反应模块中插入磁力搅拌棒,在提取模块中使用疏水过滤器,在过滤模块中使用玻璃过滤器。模块可以加热或冷却,并使用传统的搅拌器。该设备更像是一个迷你化工厂,而不是通常在通风橱中看到的玻璃器皿。从200mg市售的4-氯肉桂酸甲酯开始,到第四个模块制成巴氯芬。最后一个模块是开放的,用户可以检测他们的产品,将固体分子结晶纯化。在经过40小时的工艺流程后,最终得到了98mg巴氯芬,其纯度超过了95%



串联反应柱中巴氯芬的合成

(来源:Science


Cronin估计,在上个世纪发现的药物中,只有大约10%目前可以买得到,这种设备开放了其他药物的生产机会。他声称,如果监管机构批准一种药物的模块化系统,那么“它永远是可用的”。格拉斯哥研究人员认识到,这将需要一个全新的监管体系。这篇论文具有突破性的创新,尽管有种种需待解决的问题,比如如何监管不用于制造违禁药品,容器材料的条件兼容性还需要考察和改进,还有化学合成的稳定性等。但是这种小孩子都可以操作的“去中心化”药物生产概念,将会深刻影响未来有机化学的发展。这项工作具有令人印象深刻的思想飞跃,将引导“有机化学民主化”次时代的到来。


论文链接:

http://science.sciencemag.org/content/359/6373/314


通讯作者简介:

http://www.chem.gla.ac.uk/cronin/


Leroy Cronin教授


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