利用绿色化学推动可持续药物发现和开发

作者:

马格森

nba买球生物制药研发部早期心血管、肾脏和代谢药物化学高级首席科学家

道格拉斯

nba买球生物制药研发部药物科学全球高通量实验总监

史蒂文·斯沃洛

nba买球全球运营化学开发首席科学家

可持续性是人类、社会和地球面临的一个关键的全球性问题。在制药行业,nba买球网有责任开发出保持最高疗效和安全标准的药物,以造福患者,同时通过最大限度地减少对社会和地球的环境影响来确保更健康的未来。随着nba买球网的技术和医疗保健系统的发展,nba买球网有义务不断减少与设计和制造药物并将其交付给患者相关的能源、水、材料、废物和污染的使用。为了推动超越药物影响的积极变革,nba买球网正在将绿色化学融入nba买球网的实验室和制造业,以实现更健康、更可持续的未来。


什么是绿色化学?

绿色化学,或“可持续化学”,是指设计化学产品和工艺,减少或消除有害物质的使用和产生,将废物处理作为最后手段,并提高研究、开发和制造的能源效率。绿色化学技术因其创新和推进药物发现和开发的潜力而受到全球关注,同时实现 雄心勃勃的可持续发展目标


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绿色化学的12条原则

绿色化学基于外部开发的12项原则框架,旨在最大限度地提高效率,最大限度地减少对人类健康和环境的有害影响。该框架鼓励化学家使用更环保的化学品、工艺或产品,以提高实验效率,并找到减少浪费、节约能源和消除有害物质使用的新方法。




绿色化学与可持续药物设计

nba买球网在内部以及通过与领先的研究机构和大学的外部合作进行的发现工作,帮助nba买球网开发了新的工具和流程,确保了可持续的药物设计,同时又不影响安全性或有效性。


通过后期分子修饰提高药物发现的效率

后期功能化是一种在分子合成后期修饰分子的新方法,帮助化学家找到发现下一波创新药物的“捷径”。这可以减少反应时间和资源密集型反应步骤的数量,从而使nba买球网的化学家能够更快、更可持续地产生分子多样性。nba买球网已经使用后期功能化技术制造了50多种不同的类药物分子,nba买球网正在利用这项技术开发nba买球网的 下一代疗法

通过后期功能化创造“魔力”

有时,即使添加一个甲基——一个与氢键合的碳——也会极大地改变化合物的功能;药物化学家将此称为“神奇的甲基效应”。2020年,nba买球网在 自然化学 在该实验中,nba买球网仅需一步即可在药物中添加一个“神奇的甲基”基团。

受到这一结果的启发,nba买球网与世界领先的学术团体合作。在nba买球网最近发表在 自然通讯nba买球网开发了一种新颖、灵活的策略,可以在精确的分子位置选择性地向药物化合物中添加不同的官能团。以这种方式添加官能团意味着nba买球网可以在一步中生成候选药物分子的许多变体,而不必每次从头开始。

创新PROTACs的合成:

针对嵌合体的蛋白酶解症(PROTACs) 是包括癌症和慢性病在内的多种疾病的一种有前景的新治疗方式,但它们在技术上很难合成。nba买球网最近开发了一种新方法,发表在 自然通讯,它使用后期功能化,在一个步骤中选择性地将活性药物成分转化为PROTAC,从而能够更快、更有效地合成这些复杂的化合物。

 

化学反应小型化

nba买球网与瑞典斯德哥尔摩大学合作,正在将化学反应“小型化”——只需要1毫克的起始材料(比如一小撮盐)就可以进行数千个反应。这使nba买球网能够探索新的化学,因为与使用相同数量的材料的标准技术相比,nba买球网可以进行数千倍的反应。该方法发表于Jacs,是探索更大范围类药物分子的一种新的可持续方式。


利用人工智能和机器学习

机器学习可以帮助预测并允许nba买球网优化化学反应,使过程更加高效和可持续。通过分析化学反应的大型数据集,机器学习算法可以帮助nba买球网的化学家识别模式、预测反应结果并优化反应条件。这有助于减少浪费、能源消耗和不需要的副产品。

最近发表在《 nba买球网化学学会杂志 演示了nba买球网使用机器学习模型来预测复杂分子中特定化学反应(硼化)的发生位置。该模型优于以前的方法,使nba买球网能够简化药物开发,同时为环境可持续性做出贡献。1



创新可持续催化剂

正确的催化剂对于更环保的化学反应至关重要。催化剂可以加速反应,实现新的化学物质(否则是不可能的),至关重要的是,可以减少制造活性药物成分所需的步骤数量。合适的催化剂还可以限制使用对环境有害的试剂和nba买球网对贵金属的依赖。在nba买球网的研究、开发和制造过程中,nba买球网使用了许多创新催化剂,从光和电到生物催化剂和可持续金属。


光催化


nba买球网最近开发了一种光催化反应,该反应消除了后期癌症药物生产过程中的几个阶段,从而实现了更高效、更少浪费的生产

史蒂文·斯沃洛nba买球全球运营化学开发首席科学家

可见光介导的催化已成为有机化学中的一种强大工具,能够在低温下合成药物设计的关键构建块。这项技术还可以快速测试各种化合物,使用更安全的试剂,并为更有效的化学合成开辟新的合成途径,以创造新的化合物,包括目前处于后期开发阶段的化合物。2

在与亚琛工业大学Leonori集团的产学研合作中,nba买球网开发了新的光催化方法,在药物发现过程中合成各种化合物。3,4

电催化


电催化可以在温和条件下获得独特的反应途径,同时也可以替代有害的化学试剂

马格森nba买球生物制药研发早期CVRM高级首席科学家

电催化利用电来驱动化学反应,为有机合成提供了一条高效且可持续的途径。

在发表于《 自然通讯 nba买球网与哥廷根大学和德国心血管研究中心合作,应用电催化技术选择性地连接一个碳单元,该碳单元已准备好构建新的类药物化合物库。这一创新过程有可能可持续地多样化和简化候选分子的生产。5

生物催化


生物催化剂与传统催化剂不同,通常在一个合成步骤中就可以实现使用传统方法需要多个步骤的效果

何斯庭nba买球生物制药研发发现科学副首席科学家

生物催化剂是加速化学反应的蛋白质。与传统合成相比,使用生物催化剂可以为复杂的药物分子提供更精简的路线。计算酶设计与机器学习相结合的进步正在扩大可用于更广泛化学反应的生物催化剂的范围,改变药物发现及其他领域的可持续合成。


可持续金属催化


在硼化反应中用镍基催化剂代替钯,使二氧化碳排放、淡水使用和废物产生减少了75%以上

斯科特·赖斯nba买球全球运营化学开发高级科学家

钯用于催化关键的化学反应;然而,铂族金属(PGM)如钯价格昂贵,对来源环境有害。因此,nba买球网正在努力确定和优化在两种广泛使用的化学反应中使用更丰富镍的催化剂——硼化和铃木反应。




不小的(规模)壮举:减少制造和产品可持续性中的浪费

nba买球网通过使用小型化、高通量技术和计算方法,不断减少实验室实验中使用的材料数量。然而,一旦一种活性药物成分(API)离开研究实验室,并被开发成需要大规模生产的经批准的药物,所需的数量就会显著增加(从公斤到多吨),相关的废物也会增加。这种制造废物可能是nba买球网碳足迹的关键因素,因此将绿色化学原则扩展到nba买球网的制造业对于实现nba买球网的可持续发展目标和碳排放目标非常重要。

根据《绿色化学十二原则》,从简单的原料中找到更短的反应序列来创造API是nba买球网开发化学家的主要关注点。通常,有多种可能的合成途径——API越复杂,存在的潜在途径就越多。

nba买球网的化学家评估可用合成路线的一种方法是使用工艺质量强度(PMI),这是生产一公斤API所需输入材料量的简单总和。这些输入材料中的许多,如溶剂、催化剂和试剂,最终不会进入API,而是变成废物,因此最大限度地减少PMI也有助于减少nba买球网产生的废物。

nba买球网最近开发了一种新方法来预测一系列反应的所有可能途径的PMI,而无需进行任何实验;这意味着nba买球网不仅可以在最终制造过程中节省时间和资源,还可以在开发过程中优化这些过程。6 此外,nba买球网正在探索在开发阶段和发布后减少制造废物的其他方法,包括加强nba买球网的流程,减少对溶剂的依赖,回收和再利用溶剂,以及改用新的可再生材料。




加入nba买球网:携手为子孙后代提供可持续的健康

nba买球网专注于加速交付改变生命的药物,同时将可持续性融入nba买球网所做的一切。通过减少碳足迹,nba买球网使用绿色化学帮助nba买球网实现可持续发展目标,并展示了支持更健康地球的战略如何改善人类健康和推进科学。

nba买球网欢迎敬业、有才华的未来员工加入nba买球网,为人类、社会和地球创造健康的未来。





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参考文献:

1.Caldewyher,E.、Elkin,M.、Gheibi,G.、Johansson,M.、Skold,C.、Norrby,P.O.和Hartwig,J.F.,2023年。混合机器学习方法预测铱催化芳烃硼化反应的位点选择性。 nba买球网化学学会杂志145(31), 17367-17376.

2.Graham,MA,Noonan,G,Cherryman,JH,等。大规模无添加剂光还原微反应的开发和概念验证。有机工艺研究与开发2021 25(1),57-67 DOI:10.1021/acs.oprd.0c00483

3.Caldora HP,Zhang Z,Tilby MJ,Turner O,Leonori D.双光化学氢原子转移和钴催化环己酮脱饱和合成苯酚。Angew化学国际教育英语。2023;62(25):e202301656。doi:10.1002/anie202301656

4.Gutiérrez González,A,Karlsson,S,Leonori,D,Plesniak,MP。使用光还原催化和流动化学从烷基溴和醇制备烷基磺酰氟的温和策略有机快报2024 26(18),3972-3976 DOI:10.1021/acs.orglett.4c01216

5.Lin,Z.,Dhawa,U.,Hou,X.等。电催化无导向基团的直接芳烃烯基化,用于选择性晚期药物多样化。国家通讯社144224(2023)。 https://doi.org/10.1038/s41467-023-39747-0

6.Angelini,L.、Coomber,C.E.、Howell,G.P.、Karageorgis,G.和Taylor,B.A.,2023年。累积复杂性元度量作为合成路线设计过程中过程质量强度(PMI)的效率度量和预测指标。《绿色化学》,25(14),5543-5556。


Veeva ID:Z4-67873
编制日期:2024年9月