多肽工藝解析與生產(chǎn)整體解決方案

GLP-1（胰高血糖素樣肽-1）是一種37個氨基酸的肽，可調(diào)節(jié)胰島素的產(chǎn)生和分泌，但在體內(nèi)半衰期非常短。人們經(jīng)過努力來修改其序列，以增強這種激素的穩(wěn)定性，同時保持其效力和藥理作用，從而開發(fā)了司美格魯肽（Semaglutide），它是新型長效GLP-１受體激動劑（GLP-1RA），它的結(jié)構(gòu)與天然GLP-1同源94%，不僅具有GLP-1的生理作用，還能通過抑制DPP-4酶來延長GLP-1的半衰期，增強在體內(nèi)的濃度和作用時間。

多肽類藥物市場占據(jù)了一個介于小分子藥物和生物制劑之間的獨特藥理學(xué)領(lǐng)域。在多肽類藥物的銷售收入中，胰島素及其類似物占據(jù)了大約一半的份額，顯示出其在該領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。緊隨其后的是一系列重要的多肽類藥物產(chǎn)品，如GLP-１受體激動劑司美格魯肽，根據(jù)諾和諾德公布的2024年第一季度業(yè)績，總營收94.36億美元，同比增長24%。2024年司美格魯肽肽市場規(guī)模估計為210億美元，預(yù)計2029年將達到330億美元。

多肽生產(chǎn)包括生物合成法（天然原料提取法、酶解法、發(fā)酵法、基因重組法）和化學(xué)合成方法（液相合成法和固相合成法），而司美格魯肽的生產(chǎn)制造主要有純化學(xué)合成法和合成生物學(xué)發(fā)酵法（又稱半重組法）兩種。合成生物學(xué)發(fā)酵法主要是運用酵母或大腸桿菌進行發(fā)酵合成藥物的主肽鏈（或稱為 GLP-1 類似物前體多肽），提取和純化發(fā)酵液中的前體多肽，通過酶切或其他方法對 GLP-1骨架第26位賴氨酸進行修飾，然后將其與包含非蛋白氨基酸的N端氨基酸突出端進行偶聯(lián)，獲得具有活性的司美格魯肽分子。

相較于傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法，合成生物學(xué)發(fā)酵工藝突破了產(chǎn)能瓶頸，更適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，能夠有效地克服化學(xué)合成中由于復(fù)雜性和規(guī)模擴大而導(dǎo)致的產(chǎn)量限制問題。其次，這種方法在成本控制方面展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢，通過優(yōu)化生物發(fā)酵過程和利用微生物高效的生物合成能力，能夠進一步降低生產(chǎn)成本，從而在經(jīng)濟效益上帶來更加明顯的提升。

司美格魯肽的生產(chǎn)可利用大腸桿菌發(fā)酵得到司美格魯肽主肽鏈。大腸桿菌發(fā)酵法制備活性司美格魯肽的影響因素主要包括培養(yǎng)基的配制、菌種的篩選、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、溶氧、補料策略等。

由于微生物發(fā)酵過程中控制條件較為苛刻，在發(fā)酵代謝過程中的中間代謝產(chǎn)物和終產(chǎn)物會使分離純化目標活性肽比較困難，所以有效的生物工藝過程控制非常必要。楚天科技發(fā)酵系統(tǒng)傳感器與工藝過程控制軟件結(jié)合，可以做到對生物工藝過程參數(shù)的直接和實時監(jiān)測，完成對工藝過程的高效控制。

此外，充足的氧氣可以抑制某些無氧代謝途徑，使代謝流更傾向于目標產(chǎn)物的形成，從而提高目標多肽的合成效率。因此，在大規(guī)模發(fā)酵系統(tǒng)中，供氧效率的提升或優(yōu)化對多肽產(chǎn)物產(chǎn)率的提升具有很大意義，楚天科技發(fā)酵系統(tǒng)配備高效靈活的通氣系統(tǒng)和自主開發(fā)的磁力攪拌有效解決這一難題。

在大規(guī)模生產(chǎn)中，發(fā)酵完成后，可以通過連續(xù)離心、中空纖維切向流過濾系統(tǒng)等設(shè)備收集菌體，均具有速度快、效率高等優(yōu)點，適用于菌體回收。

收菌后需要通過菌體裂解等方式釋放出表達的前體GLP-1多肽，此步驟既要保證細胞壁和膜結(jié)構(gòu)的有效破裂，又要盡量減少對目標蛋白的破壞和變性。

控制好菌體裂解破碎與澄清的條件，如溫度、pH值、時間和壓力等，避免條件過分劇烈導(dǎo)致蛋白失活或降解。裂解完成后可使用離心設(shè)備結(jié)合切向流微濾系統(tǒng)對料液進行固液分離澄清，以達到收集上清液澄清度好和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，再通過超濾系統(tǒng)對料液進行一定的濃縮便可進行后續(xù)純化。

楚天科技的切向流微濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)除了配置傳感器監(jiān)測實時溫度、pH等，還配置了自動比例調(diào)節(jié)閥，可自動控制調(diào)節(jié)TMP。

待料液預(yù)處理后，可通過多步層析搭配多步超濾對前體多肽進行分離和初步純化。常用的層析方法有親和層析、離子交換層析、尺寸排阻色譜等。

楚天科技可在層析上提供定制化的整套設(shè)備解決方案，包括全自動層析系統(tǒng)、自動/手動層析柱、裝柱工作站、勻漿罐以及填料等。

多肽的使用通常因滲透性差、口服生物利用度差和體內(nèi)穩(wěn)定性差而受到阻礙。然而，肽修飾的廣泛研究可以克服這些限制。肽的修飾是一種重要的藥物化學(xué)技術(shù)，旨在提高肽的生物活性、穩(wěn)定性和溶解度，以及實現(xiàn)肽藥物的選擇性。

得到的前體多肽經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)修飾，如氨基酸化學(xué)修飾、偶聯(lián)反應(yīng)等，形成司美格魯肽的最終結(jié)構(gòu)，以確保產(chǎn)品的生物活性和穩(wěn)定性。最后通過高壓反相層析去除雜質(zhì)，即得到純化的司美格魯肽。

楚天科技高壓制備柱及高壓制備系統(tǒng)采用自有專利的無液壓缸、無高壓彈簧密封及勻漿液下輸入法等技術(shù)，極大提升生產(chǎn)安全性和裝柱的高效性。

科學(xué)研究和臨床實踐不斷深入，生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，未來多肽藥物的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣梗瞥龈喾N類的多肽藥物，其中創(chuàng)新藥物占比將會大大增加，其產(chǎn)業(yè)鏈市場發(fā)展?jié)摿薮?，楚天科技持續(xù)關(guān)注多肽產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢與需求，構(gòu)建了完整的工藝研究和生產(chǎn)設(shè)備體系，也將持續(xù)為多肽和各種其他生物藥產(chǎn)業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的定制化工藝及設(shè)備整體解決方案。