Análisis del proceso de síntesis del fármaco clave de Eli Lilly: tirzepatida

La tirzepatida es un nuevo agonista de receptor dual dirigido tanto al GIP (péptido inhibidor gástrico) como al GLP-1 (péptido similar al glucagón-1), desarrollado por Eli Lilly y comercializado con éxito para el tratamiento dirigido de la diabetes, la esteatohepatitis no alcohólica (NASH) y el control del peso crónico, con una vida media de 116,7 horas. Tras su aprobación para el tratamiento de la diabetes en 2022, se aprobó nuevamente para la pérdida de peso en los Estados Unidos en noviembre de 2023. Un ensayo clínico a gran escala informó que los pacientes tratados con este medicamento lograron una reducción de peso máxima de hasta un 21 %. La molécula consta de una cadena principal peptídica que comprende 39 aminoácidos y una cadena lateral en el residuo Lys20. De estos 39 aminoácidos, 37 son naturales (o codificados), mientras que dos no son naturales: los residuos de ácido aminoisobutírico no codificantes en las posiciones 2 y 13.

Para lograr una actividad dual, Tirzepatida no solo incorpora residuos de aminoácidos derivados de GLP-1 y GIP sino que también utiliza varios residuos de aminoácidos únicos. Su estructura peptídica se deriva principalmente de GLP-1, GIP, exenatida y semaglutida, con algunos residuos distintivos.

En la investigación sobre el proceso de síntesis de Tirzepatida, se han empleado numerosos métodos para producir péptidos sintéticos. La selección de un método de síntesis apropiado generalmente se basa en características moleculares, como la presencia de aminoácidos no codificantes, cadenas laterales no peptídicas y la cantidad de aminoácidos involucrados.

Biosíntesis：Las técnicas recombinantes utilizadas habitualmente para macromoléculas (como los anticuerpos monoclonales) también se pueden aplicar a péptidos más pequeños. En este enfoque, se introduce ADN externo en líneas celulares de Escherichia coli o de mamíferos (ovario de hámster chino, CHO), donde las células sintetizan los péptidos. Aunque el cronograma de desarrollo suele ser más largo que el de los métodos de síntesis convencionales, este enfoque se ha empleado con éxito para péptidos semisintéticos (p. ej., semaglutida, insulina degludec y liraglutida). Dos inconvenientes de este método son: (1) dificultad para introducir aminoácidos no codificados por secuencias de ADN; y (2) la necesidad de modificaciones sintéticas post-recombinantes para incorporar cadenas laterales no peptídicas.

ChemáticoSsíntesis：

La síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) ha demostrado ser eficaz para muchos péptidos de tamaño mediano (p. ej.,Lisinaptida yExenatida), incluidos los sintetizados utilizando aminoácidos no codificantes. Desafortunadamente, para péptidos más grandes (normalmente >30 aminoácidos), el SPPS a menudo presenta bajos rendimientos del proceso y poca pureza. Además, debido al requisito de realizar numerosas operaciones unitarias consecutivas sin errores (con una tasa de falla estimada del 20% para péptidos que exceden los 30 aminoácidos), conlleva importantes riesgos de producción.

Síntesis de péptidos en fase líquida (LPPS). Este método es similar al SPPS, con la excepción de que los péptidos en crecimiento no se unen a la resina y sus extremos C son amidas no reactivas o ésteres protegidos. Es muy adecuado para sintetizar péptidos más pequeños (≤10 aminoácidos), pero el rendimiento y la pureza disminuyen rápidamente a medida que aumenta la longitud del péptido.

El método híbrido SPPS/LPPS. Este enfoque utiliza SPPS para producir fragmentos peptídicos cortos de alta pureza e intermedios de precipitación bien caracterizados, evitando así muchos riesgos de fabricación y problemas de pureza inherentes a construcciones SPPS más largas. Posteriormente los fragmentos protegidos se acoplan en fase líquida.

El método híbrido SPPS/LPPS, que combina las ventajas de ambas técnicas, representa un enfoque excelente. Para implementar esta estrategia híbrida, primero se deben seleccionar los fragmentos apropiados sintetizados mediante LPPS. Las consideraciones clave en la selección de fragmentos incluyen la longitud del péptido, el número total de fragmentos, la identidad de los aminoácidos en los sitios de escisión y las características de la cadena lateral. El tamaño y la cantidad de los fragmentos son fundamentales; Si bien los fragmentos más pequeños pueden alcanzar una alta pureza, requieren procesos de fabricación más complejos que implican pasos LPPS adicionales. Por el contrario, menos fragmentos grandes imponen mayores desafíos de producción y plantean mayores riesgos para lograr una alta pureza. Después de evaluar estos factores, los investigadores de Eli Lilly seleccionaron cuatro fragmentos para la síntesis de tilitropina. Con respecto a los sitios de escisión, una consideración fundamental fue la diastereomerización de los aminoácidos C-terminales en cada fragmento, ya que la cadena principal de amida facilita la diastereomerización de los aminoácidos.α-estereocentro más fácilmente en comparación con los aminoácidos protegidos con Fmoc utilizados en construcciones SPPS. Después de una evaluación exhaustiva de varios fragmentos, finalmente se eligieron cuatro fragmentos específicos (Figuras 2–5). Los cuatro fragmentos se sintetizaron mediante SPPS, exhiben una fácil separabilidad como productos sólidos y alcanzan niveles de pureza excepcionalmente altos (97,5–99,5%).

Siguiente, fragmento 2–5 se combinan a través de un proceso LPPS de cuatro pasos.

Paso 1: conecta los dos primeros fragmentos, 2 y 3, que representan los aminoácidos 30–39 y 22–29, respectivamente. Prepare soluciones separadas de los fragmentos 2 y 3 en dimetilsulfóxido (DMSO) y acetonitrilo (ACN), así como PyOxim y diisopropiletilamina pura en ACN, y fluya juntos antes de ingresar al reactor de flujo pistón (PFR) 27 para mezclar en línea para garantizar la uniformidad.；

Paso 2: Los aminoácidos obtenidos 22–Luego se acoplaron 39 (Compuesto 6) con el Fragmento 4 para producir los aminoácidos 15.–39 (Compuesto 7)；

Paso 3: La secuencia de aminoácidos 15 obtenida.–39 (Compuesto 7) se acopló con el Fragmento 5 para producir el tildropéptido protegido con Boc.；

Paso 4: Retire la capa protectora para obtener Tirzepatida..

La nanofiltración es una tecnología basada en membranas que separa sustancias disueltas en soluciones en función del peso molecular y la hidrofobicidad. La solución de reacción cruda pasa a través de la membrana, eliminando impurezas de bajo peso molecular como dibenzofureno (DBF), dietilamina (DEA) y subproductos relacionados con PyOxim (PyO), mientras retiene los péptidos objetivo. Seleccionar los tamaños de poro apropiados es fundamental, ya que requiere un equilibrio entre un flujo bajo (para poros excesivamente pequeños) y la pérdida de péptidos (para poros demasiado grandes). Esta tecnología permite una producción a gran escala con procedimientos operativos significativamente simplificados.

Dado que la tirzepatida se sintetiza puramente químicamente, existen numerosos fabricantes que producen su ingrediente farmacéutico activo (API), lo que genera una intensa competencia. Actualmente, la API de La tirzepatida es fabricada en el país por Hequan Pharmaceutical y exportada al extranjero para la preparación de formulaciones.

Referencias：Org. Resolución de proceso. Desarrollo. 2021, 25, 1628−1636

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