【vol.3】フラッシュ精製の時間とコストを減らすにはどうすればよいか ?

May 8, 2019

これは私の同僚や私にも頻繁に聞かれる質問で、特に製薬会社のアカウントでは頻繁に聞かれています。なぜでしょうか？時は金なり」という格言をご存知でしょうか。これは本当に当てはまります。医薬品として作られた新しい分子実体（ NME）は、市場投入までに 10年という月日と 10億ドルのコストがかかる可能性があります。もちろん、最大のコストは臨床試験にかかっていますが、合成ルートと化合物を発見して作るまでの時間、そしてそれを精製するまでの時間は、創薬と開発の中で大きな役割を果たしています。このタイムラインは、今日の医薬品候補として研究されている化合物の合成がますます困難になっていることによって助けられていません。

そのことを念頭に置いて、この投稿では純度と収量を犠牲にすることなく精製プロセスをスピードアップする方法に焦点を当てます。

他の化学者とフラッシュクロマトグラフィーの話をするとき、なぜフラッシュクロマトグラフィーを使用するのか、そして何が最も重要なのか、化合物の純度、回収収率、または速度について質問しました。これまでの答えは、一般的に「中間体には 80-85%の純度と次の合成ステップを実行するのに十分な材料が必要です」というものでした。スピードは決して重要な要素ではありませんでした。申請/生物学的試験の準備ができた最終化合物については、高純度 98%以上の化合物が必要であり、その後に収率が続きます。精製速度は重要ではありませんでした。

しかし、今日では、構造活性相関(SAR)と生物学的活性の目標を満たす化合物をより早く成功させるために、化学者はより早い段階で失敗することが求められています。求められる特性をすべて備えた「正しい」化合物をより早く見つけることができれば、その化合物がスケールアップや試験の下流領域に素早く移動するため、研究費（工数や溶媒コスト）をより多く節約することができます。

純度、収量、速度のために精製方法を最適化しようとすると、クロマトグラフィーの基本的な課題があります。ほとんどのフラッシュカラムでは、流量を速くする（時間を短縮する）と分離が悪くなります。これは、拡散、分散、その他の現象の増加に起因していますが、興味がある場合は、上のリンク
をクリックして自分で調べることができます。

ここでわかるように、スピード、収率、純度は相互に関連しており、クロマトグラファーの三角形（図1）で示されているように、 3つのうち 2つだけを最適化することができます。確かに、トレードオフに対処するためにさまざまな技術が開発されていますが、その妥協には限界がありました。

図 1.クロマトグラフィーの三角形は、流速 (速度 )、収率純度のトレードオフを表しています。

幸いなことに、クロマトグラフ製品を研究・創出している研究者たちは、より良い手法の最適化技術だけでなく、改良された製品 –ハードウエアとカラムの両方 –を見つけ出しています。

その一例が、最近開発されたBiotage® Sfärカラムと呼ばれる新しいフラッシュカラムラインです。この新しいカラムは、表面積が約 750 m²/gの 20 μmの球状シリカを使用しています。

ほとんどの方は、粒子径と分離効率の関係をご存知でしょう。粒子径が小さい＝分離効率が高い＝純度の高いフラクションが得られる、精製収率が向上する、カラムサイズを小さくできる（溶媒や時間を節約できる可能性がある）ということです。この考え方の問題点は、粒子径を50％小さくしても、分離または分解能が41％しか向上しないことです。 41%の分離能の向上は良いことですが、これだけでは創薬ラボで必要とされる効率向上は得られません。しかし、小さな粒子径と高い表面積（ローディング容量の増加）シリカの組み合わせは、創薬フラッシュクロマトグラフィーの考え方を根本的に変えることを可能にします。

シリカの表面積を通常の~500 m²/gから ~750 m²/gに増加させることで、同じ粒子径のシリカの担持量を 2倍にすることができます。 750 m²/gの表面積を持つ小粒子 (20 μm)シリカは、従来のシリカに比べて積載量を 3倍から 4倍に増加させることができ、化学者は、与えられたサンプルの積載量に対して、標準サイズの半分から 3分の 1のサイズのカラムを使用することで、フラッシュ精製を高速化する方法を提供します。

私は最近、これを自分の目で見る機会がありました。従来のフラッシュシリカ（ 40-63 μm, ~500 m²/g）を充填した 10 gの Biotage® KP-Silカラムを使用して、分離が難しいパラベン（メチルとブチル）の混合物ル）の混合物100 mgを精製しました。この分離は実際にはかなりまともなものでしたが、プログラムを精製しました。この分離は実際にはかなりまともなものでしたが、プログラムされた精製はされた精製は195 mLの溶媒を必要とし、完了するまでにの溶媒を必要とし、完了するまでに 7.2 分かかりました（図 2）。

図 2. 従来の 40-63 μm、500m²/gシリカを充填した 10gフラッシュカムを用いて 100mgのパラベンミックスを分離すると、良好な分離が得られ溶媒 195mLおよび 7.2分を消費します。

次に、 5gの Biotage® Sfär HCカラム（ 20 μm、750 m²/g）を使用して同量のパラベン混合物を精製し、同じ分離を達成しました（表面積が増加しているため、より多くの保持力がありますが）。それでも、 5gのカラムを使用した場合、 10gのカラムを使用した場合に比べて、必要な溶媒量（わずか117mL）と時間（わずか 6.5分）が少なくて済みました（図 3）。