自动化合成如何赋能ADC药物研发？
抗体偶联药物(Antibody–Drug Conjugates，ADC) 又被称为“魔术子弹“，近年来随着生物制药技术不断进步，ADC 药物进入了高速发展阶段，正在引领一个新的靶向治疗新时代。
提到ADC，大家探讨的问题大多围绕靶抗原的选择，抗体、有效载荷、连接子的设计与选择，以及采取怎样的偶联方式等，不同的选择其生物学效应都可能具有明显的差异。但ADC构成因素复杂，即使选择了合适的有效载荷、连接子，如何高质高效地将其合成出来，规避其中的不稳定因素，也是一门大学问。
本篇将从化学合成人员的视角出发，并通过几个实例，与大家共同探讨化学合成如何助力ADC药物研发。
常见的Payload, Linker及组合有哪些？
● Payload
如果把ADC中抗体形象地比喻为轰炸机，那Payload就是炸弹。“炸弹”的类型有很多种，晶泰科技的合成团队成功地合成了近30种常用的毒素，特别是在 Maytansine系列及Auristatin，PBD，PNU，SN38，DXd等及改构后的相关毒素的合成中，积累了丰富的实战经验。
● Linker
Linker需要承担两个重要任务：保证ADC在血液中具有较好的稳定性、保证ADC能精准地将毒素在目标位置释放。根据其化学功能性，可以把Linker看成是由三部分组成—Attachment , Spacer 及Releaser组成，根据不同的偶联方式、裂解原理、物理性质、溶解度及稳定性，可以将上述三个组分组合成不同的Linker。晶泰科技的合成团队有超过120种Linker的合成经验。
图2 ADC常用的Linker
● Linker-Payload
由于ADC Linker-Payload的特殊要求（需要一定的稳定性，又不能太稳定），对于化学合成也增加了难度。多年的项目经验可以为不同Linker-Payload的合成和纯化提供强有力的保障。不管是20多种常见的，还是为众多客户定制的Linker-Payload合成，在项目的执行过程中，晶泰科技合成团队通过合理的路线设计，以步骤更少、成功率更高的路线，高质量地完成了Linker-Payload的交付。
图3 Linker-Payload的合成
ADC合成中，经验有多重要？
ADC构成复杂，如果合成人员具备丰富的合成经验，则能有效掌握规律，以更快更便捷的方式进行合成。晶泰科技ADC合成团队的核心成员，从2013年开始接触ADC项目，对于Payload、Linker及Linker-Payload的合成都有着丰富的经验和独到的见解，成功地将个别Linker-Payload的合成从常规的三个月缩减到三个星期内完成。
以下通过几个实例，来说明晶泰科技的ADC合成人员如何在实战中通过不断探索，总结经验，高效完成ADC的合成工作。
● Case 1: 总结经验寻找规律，大幅提高合成成功率
案例1为SN38及DXd系列衍生物的合成。在喜树碱相关项目的合成过程中，由于反应物溶解性比较差，通过保护基的选择、混合溶剂的运用、以及纯化手段的优化，提高了与Linker的连接成功率及产率。在合成MC-GGFG-Dxd 的过程中，Linker MC-GGFG的合成是个难点，主要是因为在脱苄酯的反应中，需要在保证脱除苄酯的同时，又要保留Fmoc。我们通过控制反应时间，精确调整反应液溶度，成功地解决了上述问题，提高了反应的产率及可重复性。
图4 SN38及DXd系列衍生物的合成
● Case 2: 探索总结纯化方法，有效缩短合成时间
含糖同时含多个PEG的Linker也是常用的Linker组合。在合成以下有文献参考的化合物的过程中，晶泰科技ADC合成团队对于此类化合物在有机相和水相的溶解性质也有着深入的了解。考虑到最后一步脱Boc保护基时，氨基的存在导致该化合物的在纯化过程中稳定性不是太高，增加了最终化合物的纯化难度，从而导致了较低的分离产率。在实验过程中，团队探索和总结出了确实可行、高效的纯化方法，并且将这些经验成功地运用到类似化合物的合成中，大大缩短了探索和试错的时间。
图5 Linker-MMAE的合成
● Case 3: 优化文献方法, 缩短合成路线
基于丰富的合成经验，晶泰科技ADC合成团队在合成过程中也会打破原有文献的方法，更新合成路线。例如Tesirine的合成，一般文献的合成步数约为20+步[1]，团队在总结了不同文献的方法后，开发了自己的合成路线，新路线总共为17步，5到6周即可完成合成。其中的关键步骤，如选择性上保护基，及氧化关环等反应产率都大于50%。
图6 Tesirine的合成
● Case 4: 有效规避不稳定中间体的合成
了解了ADC在生物体内的裂解方式，将有助于化学合成人员找到可能导致合成失败的原因，从而在合成路线设计阶段就能规避不稳定中间体的合成。如氨基苄醇会有一个自消除过程，这也是导致合成中出现苄醇和毒素接上后又断开的原因。熟知这一点，团队在合成路线的设计中，尽量避免使用含有该结构的中间体，从而减少了合成过程中的试错成本，缩短了合成时间。
图7 对氨基苄基氨基甲酸酯（PABC）Linker的自分解[2]
图8 β-葡萄糖醛酸ADC的释放机理[2]
从以上几个案例可以看出，一个经验丰富的ADC合成团队，不仅可以帮助优化合成路线，缩短合成时间，还能有效规避合成过程中的“坑”，大幅提高成功率。
ADC合成中，自动化如何高效赋能？
在ADC的合成中，经验是十分重要的因素，与此同时新技术的加入也会让其事半功倍。以Payload的合成为例，Payload的结构一般较为复杂，用传统的人工合成效率较为低下；此外其毒性相对较高，容易引发合成人员安全问题，此时就凸显了自动化的优势了。
利用自动化工站合成ADC相关的小分子库，在有效保障合成人员人身安全的前提下，还具有以下几点优势：
● 7×24h自动化反应，大幅提高合成效率；
● Payload、Linker合成的反应条件优化和方法学研究；
● 高通量平行反应，快速构建 Linker、Payload、Linker-Payload库，以满足新药研发对于分子结构新颖性和多样性的要求。
近些年来，晶泰科技通过多方位能力的整合，在抗体的发现和制备、Payload的设计与合成、Linker-Payload的制备等各方面都取得了不错的成绩。例如基于成熟的算法平台(X-Linker, X-Payload etc.)，结合专家药化设计等方法，晶泰科技可以快速进行大量分子的设计和评估，再通过成药性评价，最终获得理想的Linker-Payload分子。
本篇主要与大家分享晶泰科技在ADC合成方面的经验与总结，欲了解更多，欢迎通过文末二维码联系我们。