JACS: メルクは、Huanquan および Conquer Biotech と提携して、MK-0616 の全合成プロセスを公開しました。

01 研究開発の背景と課題

1.1 MK-0616の医薬品開発の背景

Enlicitide Decanoate (MK-0616 としても知られています) は、低密度リポタンパク質コレステロール (LDL-C) の低下とアテローム性動脈硬化性心血管疾患の治療を目的とした、完全に新規設計された初の経口大環状ペプチド PCSK9 阻害剤です。

上図に示すように、MK-0616 の他に、この分野の古典的な例には、抗生物質バンコマイシン (2)、化学療法剤パクリタキセル (3)、抗がん剤エリブリン (4) も含まれます。化合物 2 および 3 の複雑な構造は、それらの実際の合成が依然として天然物に基づく半合成法に依存していることを意味します。対照的に、エーザイのチームは 60 以上のステップを経て化合物 4 の全合成を達成し、ポリケチド化合物の合成における画期的な出来事となりました。

MK-0616 に関しては、その化学構造は非常にユニークです。これは (天然源に由来するものではなく) 完全にゼロから設計された最初の分子です。さらに、腫瘍学や抗感染症用途ではなく心血管疾患の治療を目的とした毎日の経口PCSK9阻害剤として、その世界的な需要は従来の革新的な医薬品の需要をはるかに上回り、数百キログラムから数トンの規模での生産が必要となる。

1.2 総合的な課題と戦略

MK-0616 の分子は複雑であるため、プロセス開発には厳しい要件が課されます。

構造的特徴: MK-0616 は、mRNA ディスプレイ技術スクリーニングによって同定された大環状ペプチドに由来しますが、6 つの非標準アミノ酸 (合計 8​​ アミノ酸ユニット)、37 員の大環状、アンモニウム塩側鎖 (10)、および非ペプチド断片 (13) を含んでおり、以下に示すように、従来の固相ペプチド合成技術は完全に無効になります。

対処すべき中心的な課題

1、極性中間体の安定性（特に、プロセス全体を通じて対イオンを制御する必要があるアンモニウム塩フラグメントの場合）；

2、大きな閉環の選択性 (10 ブロック間の集合順序の最適化が必要)；

3、スケールアップの課題 (クロマトグラフィー精製を回避し、ミリグラムからキログラムのスケールのスループットを確保)；

したがって, 研究者によって提案された重要な決定は次のとおりです：

1、分割統治：「ノーザンフラグメント」（5位、6位、7位の非標準アミノ酸で構成される17員環）の構築を優先し、逆合成分析（5位と8位の間のアミド結合を選択するなど）を通じて大環状切断戦略を簡素化します。

2、ターミナルサイドチェーンの紹介：極性アンモニウム塩フラグメント (10) は、中間精製に伴う問題を回避するために、最終設置ステップ用に取っておく必要があります。

3、酸の柔軟な適用–塩基中和反応 (RCM)：7位にn-ヘキサン結合鎖が形成される–13;この反応は優れた直交性を示し、複数の段階で実行できます。

この一連の戦略を通じて、研究者らは最終的に拡張可能な合成経路を確立し、臨床評価への道を切り開きました。02

02 総合的な戦略と最適化

研究者らは分析研究を通じて、主要な大環状フラグメント（ノーザンフラグメント）の多段階、複数世代の最適化を実行し、最終生成物とサザンフラグメントのアセンブリを最適化しました。

2.1 北部セグメントの複数世代にわたる最適化:

初代– 37回の反復

非標準アミノ酸 (例: 3-ヒドロキシプロリン) の合成は、非効率的な環化反応に依存しているため、効率が低くなります。—ディークマン凝縮など—キラル分割も可能です。さらに、このプロセスには、以下の図に示すように、複数回の保護基操作と数回のクロマトグラフィー精製が必要です。

これらの要因はすべて、標的フラグメントの大規模合成を制限します。

第二世代同期システム

生体触媒作用によってブレークスルーが達成されました。ケトン還元 (KRED) の導入により、高効率かつ立体選択的な生体触媒の還元が可能になりました。β-ヒドロキシエステル;さらに、改変された TrpB 酵素を利用してフッ素化トリプトファンを合成することで、キラル分割の必要性を排除しました。その結果、以下の図に示すように、合成ステップの数が削減され、保護基の使用が最小限に抑えられました。

ノーザンフラグメントを最適化するためのこの合成経路は、臨床開発にも適用されています。しかし、構造戦略から生じる機会により、フラグメント合成経路をさらに最適化する必要性が生じています。

まず、3 つの後期結晶化中間体に関する重要な発見は、純度管理の重要なポイントを提供します。したがって、これら 3 つの中間体を遮断するために合成経路を変更することが不可欠です。

第二に、オレフィンの環化三量化反応は、合成プロセス中のできるだけ遅い時間に実行することが推奨されます。このアプローチは、ルテニウム触媒がベンゾチウラミン製造の全体的なコストを増加させる可能性があるという考慮に基づいています。したがって、この反応を合成ルートの最終段階で実行すると、コストを大幅に削減できます。

したがって、これにより、第 3 世代のアプローチの最適化が容易になりました。

第3世代コモンステッピングシステム

酵素によるヒドロキシル化により、L-プロリンは 99:1 を超える立体選択性で 3-ヒドロキシプロリンに直接酸化されます。ベンゼンスルホン酸塩の結晶化度など、主要な中間体が同定され、クロマトグラフィー精製を回避できるようになりました。以下の図に示すように、アミノ酸カップリング配列の調整と保護基戦略の簡素化とともに、モジュール式アセンブリが採用されました。

第 3 世代の合成 MK-0616 ノーザン フラグメントは、前の 2 世代で合成されたフラグメントとは異なります。この選択は、スレオニン アミノ酸残基 (後で合成中に組み込まれる) を欠く結晶性ペンタン酸 91 の同定によって推進されました。この塩は高収率および高純度で単離でき、合成プロセス全体を通じて重要な中間体として保存できる非常に安定した中間体を提供します。

第 3 世代の最適化により、新しく設計されたノーザン フラグメント (91) の分離に必要なステップは 14 つだけになりました—第一世代の合成に必要なステップ数のわずか 3 分の 1 です。さらに、第 3 世代プロトコルでは、最長の線形シーケンスが半分以下に短縮され、20 ステップから 9 ステップに減少していることに注意することが重要です。

2.2 サザンフラグメントの最適化

第 1 世代、15 ステップからなる

以下の図に示すように、商業サプライヤーから大量に調達される原材料から始まる 9 ステップのプロセスは、最長の直線シーケンスを表します。

第二世代同期システム

第 2 世代の合成では、以下のスキームに示すように、ステップ数ではなく、全体的な効率と純度の制御が改善されました。数千回の試行の後、リーラミン塩 (99) と呼ばれるサザンブロットフラグメントが特定されました。

これら 2 つの化合物の使用は、カルボン酸の非キラル溶媒として機能することが以前に実証されています。その結果、驚くべきことに、結晶性塩（９９）を高純度の物質として得ることができ、それにより、前世代の合成で必要とされた大規模な分取ＨＰＬＣ作業が回避される。

2.3 最終製品の組み立て

以下の図に示すように、第 1 世代のノーザン フラグメントとサザン フラグメントの第 2 中間体の両方を容易に保護して、線状前駆体 61 を生成できます。しかしながら、シクロオレフィンメタセシス生成物の収率は非常に低い。

それにもかかわらず、研究者らは別の配列の採用に成功し、以下のスキームに示すように、MK-0616 の初めてのスケーラブルな合成を可能にしました。

第一世代のエンアルデヒド塩は、高収率のアミド化とそれに続く SFC 精製による分子コアへの側鎖の取り付けから始まる 63 段階のプロセスを介して合成されました。これらのステップのうち、ステップ 28 が最も長い線形シーケンスを表します。

第 2 世代の最終製品の組み合わせを下図に示します。

標的生成物を標的とするノーザンフラグメントとサザンフラグメントの両方の経路を最適化することにより、どちらのアプローチも平坦なフラグメントの結晶中間体を利用して合成の最終段階に進むことができます。

このカップリング反応は、粗反応を使用して次のステップに直接進むのに十分にクリーンです。

全体として、MK-0616 の第 2 世代の合成ルートには 43 のステップが必要で、そのうち 21 のステップが最長の直線シーケンスを構成します。このシーケンスでは、第 1 世代のプロセスと比較して、ステップの総数と最長の線形シーケンスの長さの両方が 3 分の 1 削減されます。

03 主要技術革新

最適化プロセス全体を分析すると、次のような主要テクノロジーにおけるいくつかの革新が明らかになります。

1、生体触媒技術:KRED 動的速度論的分解能。 TrpB 酵素を介したトリプトファン類似体の合成。プロリンヒドロキシラーゼによるヒドロキシル基の直接導入。等

2. 結晶化による精製: 複数の中間ステップ—ノーザンブロットフラグメントのメチルスルホン酸塩やサザンブロットフラグメントのリーラミン塩など—結晶化精製を達成するために使用され、それによりクロマトグラフィーカラムの必要性が排除されます。

3. 直交保護基戦略: Boc や Nosyl などの保護基を柔軟に切り替えて、多段階反応の選択性を確保します。

4. グリーンケミストリーの考慮事項：重金属触媒（ルテニウム触媒など）の使用を減らし、RCM反応を後の段階に移して生産コストを下げる。

04 概要と展望
この論文では、結晶化プロセスの重要な役割を強調し、モジュール設計アプローチを採用しながら、生体触媒作用と化学合成の柔軟な統合を実証します。これにより、研究室での探索から工業規模の生産に及ぶ体系的な方法論を紹介します。この研究は、複雑な分子合成の分野における模範的なケースを表しています。ステップの総数が、第 1 世代プロトコルの 63 から第 2 世代プロトコルでは 43 に削減され、収率は 1,000 倍近く増加し、トン規模の生産の実現可能性が可能になりました。プロセス全体を通じて、結晶化ステップに戦略的に重点が置かれており、それによってクロマトグラフィー精製が回避されます。この特徴により、トンスケールの生産に非常に適しています。さらに、この研究は、他の複雑な大環状ペプチドの合成アプローチのための技術的なテンプレートを提供します。