M1 IdS-UE RD Prod SA-Synthèse de NTE à l’échelle industrielle PDF

M1 IdS UE R&D, Production de substances actives Synthèse de « NTE » à l’échelle industrielle (3 heures) Marc Le Borgne CRCL - UCBL 2024-2025  Objectifs Connaître du vocabulaire spécifique Synthèse li...

M1 IdS UE R&D, Production de substances actives Synthèse de « NTE » à l’échelle industrielle (3 heures) Marc Le Borgne CRCL - UCBL 2024-2025  Objectifs Connaître du vocabulaire spécifique Synthèse linéaire versus synthèse convergente Synthèse par lot et ses contraintes Synthèse en flux continu Le domaine de la bioconjugaison Principes de la chimie verte  Key-words NTE DOE Biomacromolécules IPA Synthèse convergente NCE NME Calcul d’un rendement global HPSEC Small molecules CTD Règle des 5M QSE Biomolécules Plan d’expérience Bioconjugaison  Plan du cours Introduction Economie autour de l’industrie pharmaceutique Généralités sur la production industrielle Synthèse industrielle de petites molécules Synthèse des (bio)conjugués Conclusion  INTRODUCTION Drug Discovery and Development Princeps (NMEs, Biologics), Génériques, Biosimilaires Emergence de classes particulières : Drug Development ADCs, ATMP… « New Molecular Entities » vs « New Biological Entities »  « New Molecular Entities » vs « New Biological Entities » J Med Chem. 2014 Nov 13;57(21):8729-65 New Therapeutic Biological Product https://www.fda.gov/drugs/new-drugs-fda-cders-new-molecular-entities-and-new-therapeutic-biological- products/novel-drug-approvals-2019  « New Molecular Entities » vs « New Biological Entities » https://www.fda.gov/drugs/new-drugs-fda-cders-new-molecular-entities-and-new-therapeutic-biological- products/novel-drug-approvals-2023 https://www.fda.gov/drugs/new-drugs-fda-cders-new-molecular-entities-and-new-therapeutic-biological- products/novel-drug-approvals-2024  Petites Molécules Biomolecules are either small molecules (e.g. lipids, sterols, vitamins, hormones, neurotransmitters, metabolites) or macromolecules (e.g. proteins, carbohydrates, nucleotides), both produced by a living organism. Actually the term of biomolecules is used to describe natural molecules and as well synthetic ones. The term of biomacromolecules refers to large molecules with the molecular weights (MW) ranging from 103 to 1012 daltons (Da), including oligomers (102-104 Da), polymers (104-107 Da) and supramolecular assemblies (105-1012 Da).  Drug Statistics Annual numbers of new molecular entities (NMEs) and biologics license applications (BLAs) approved by the FDA’s Center for Drug Evaluation and Research (CDER). See Table 1 for new approvals in 2023. Products approved by the Center for Biologics Evaluation and Research (CBER), including vaccines and gene therapies, are not included in this drug count Asher Mullard. Nature Reviews Drug Discovery Jan 2024. https://www-nature-com.docelec.univ-lyon1.fr/articles/d41573-024-00001-x  Drug Statistics CDER approvals by therapeutic area. Indications that span multiple disease areas are classified under only one. Asher Mullard. Nature Reviews Drug Discovery Jan 2024. https://www-nature-com.docelec.univ-lyon1.fr/articles/d41573-024-00001-x  Drug Statistics Small molecules, including peptides of up to 40 amino acids in length, and oligonucleotides are approved as new molecular entities (NMEs). Protein-based candidates are approved through biologics license applications (BLAs). ADC, antibody–drug conjugate; mAb, monoclonal antibody; siRNA, small interfering RNA. Les « Small Molecules » sont incontournables et donc le chimiste reste au cœur des débats Asher Mullard. Nature Reviews Drug Discovery Jan 2024. https://www-nature-com.docelec.univ-lyon1.fr/articles/d41573-024-00001-x  Drug Statistics BioNTech started work on this mRNA vaccine for COVID-19 in Jan. 2020, and partnered with Pfizer in March. Phase II/III trials were underway in July, providing safety and efficacy data for an EUA by Dec. 2020. Full approval came through in Aug. 2021, just 1.5 yrs after the programme started. The average vaccine discovery and development timeline is 10.7 yrs. Tozinameran is also breaking commercial records. Analysts forecast sales of over $35 bn in 2021, blowing past $21 bn for the second-place seller, AbbVie’s 19-yr-old TNF- blocker adalimumab. The previous best launch was for Gilead’s antiviral combination of ledipasvir plus sofosbuvir, which earned over $10 bn in its first year on the market for hepatitis C virus infection. Asher Mullard. Nature Reviews Drug Discovery Jan 2021. https://www.nature.com/articles/d41573-021-00002-0  Drug Statistics Evolution mais la Chimie reste incontournable également. https://www.linkedin.com/posts/quentin-viboud-428503bb_les- m%C3%A9dicaments-issus-du-vivant-et-de-lutilisation-activity- 6671329213729005568--c02, consulté 17 sept 2024  Biosimilaires commercialisés en Europe Infliximab, Adalimumab Poids moléculaires élevés et donc plus compliqués à maîtriser Rituximab, Trastuzumab Filgrastim Somatropin Epoetin alfa, Epoetin zeta Follitrophin alfa https://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory- Etanercept overview/biosimilar-medicines-overview Epoetins, Filgrastims, Follitropins, Growth hormones, Insulins, LMW Heparins, MAb, Insuline glargine Parathyroid hormone fragment, Fusion proteins Mais même ici le « chimiste » joue un rôle prépondérant pour assurer production et qualité de la substance active Evolution des substances actives…  Contexte réglementaire particulier  Un médicament n’est pas un « bien de consommation » traditionnel.  Une multitude de Directives, de Règlements, d’Articles de Lois … définissent un cadre légal pour assurer une utilisation optimale. Application de la Règle des 5M, des cGMP, BPF, BPL.… Milieu (poussière, manque d’éclairage, courant d’air, température inappropriée, fuite dans la toiture,…) Main-d’œuvre (Manque de compétence, manque de communication, mauvaise formation,…) Matières Application de normes : (pièces, fournitures, qualité de la matière première,…) Qualité +++ Matériel ou machine (mauvais réglage, outillages, problème avec le logiciel de la machine, …) Méthodes (procédures, mode opératoire, mauvaise consigne, planning mal rédigé,…)  Le dossier d’AMM au format CTD* *Common Technical Déclaration obligatoire Document du ou des fabricant(s) de principe(s) actif(s) MODULE 1 Développement Données administratives QSE (composition différentes selon les régions) Synthèse MODULE 2 Caractérisation Résumé des modules 3, 4 et 5 Contrôle MODULE 3 MODULE 4 MODULE 5 QUALITE SECURITE EFFICACITE PHARMACEUTIQUE Etudes pré-cliniques Conditionnement 3.2.S - Principe actif Etudes et (pharmacologie, cliniques 3.2.P - Produit fini pharmacocinétique, toxicologie…) Stabilités Toute modification apportée au dossier d’AMM doit être déclarée auprès des autorités compétentes  Le dossier d’enregistrement d’un IPA = CTD Module 3 : Qualité pharmaceutique Données qui sont fournies comportent 1. Information générale sur la SA pour la ou les substances actives (SA) toutes les informations pertinentes concernant le développement, le procédé 2. Fabrication de fabrication, la caractérisation et les 3. Caractérisation propretés, les opérations et les exigences 4. Contrôle de la substance active du contrôle de la qualité BPF (GMP européenne, cGMP), ICH 5. Etalons de référence 6. Système de conditionnement Toutes les procédures utilisées pour la 7. Stabilité fabrication et le contrôle doivent être détaillées. Les procédures d’analyse doivent être validées, elles doivent être adaptées aux progrès scientifiques  Le dossier d’enregistrement d’un IPA = CTD Fabrication – Fabricants: nom, adresse et rôle – Description du procédé de fabrication – Contrôle des matières premières, des étapes critiques et des intermédiaires – Validation du procédé de fabrication - Choix des « starting materials » - Informations sur les « starting materials » - « Process Flow Diagram » - Description détaillée du procédé de synthèse - Taille des lots (batch) - Recyclage des solvants… Green chemistry  Le dossier d’enregistrement d’un IPA 3 types de procédures de dépôt Dossier ASMF CEP complet Informations  Fabricant ≠  Présence d’une exhaustives Demandeur d’AMM monographie de la SA à la Ph. Eur  Protection des  Evaluation par la données confidentielles DEQM  ECONOMIE AUTOUR DE L’INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE https://www.leem.org/sites-de-production-pharmaceutique, accès 17 sept 2024  ECONOMIE AUTOUR DE L’INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE En France : se connecter à https://www.leem.org/sites-de- production-pharmaceutique, consulté 17 sept 2024 https://www.leem.org/sites-de-production-pharmaceutique, accès 17 sept 2024  Effectifs en France https://www.leem.org/lindustrie-pharmaceutique-en-france-emploi-et-localisation, accès 17 sept 2024  Effectifs en France https://www.leem.org/lindustrie-pharmaceutique-en-france-emploi-et-localisation, accès 17 sept 2024  Effectifs en France https://www.leem.org/lindustrie-pharmaceutique-en-france-emploi-et-localisation, accès 17 sept 2024  Effectifs en France https://www.leem.org/lindustrie-pharmaceutique-en-france-emploi-et-localisation, accès 17 sept 2024  Effectifs en France https://www.leem.org/lindustrie-pharmaceutique-en-france-emploi-et-localisation, accès 17 sept 2024 Attractivités…  Et la France devrait se remettre à produire… « L'inquiétante aggravation de la pénurie de médicaments » Daniel Rosenweg constate en effet dans Le Parisien : « Corticoïdes, anesthésiants, anticancéreux, antalgiques, vaccins… Les médicaments n'ont jamais autant manqué en France. En 2010, parmi les 7500 médicaments dits d'intérêt thérapeutique majeur (MITM), l'Agence nationale de sécurité du médicament (ANSM) recensait 132 ruptures de stock ou tensions à un moment ou un autre dans l'année ». https://www.mediscoop.net/index.php?pageID=7f3d7099fb38381c0a8cb525526d2e6e&id_n ewsletter=14008&liste=0&site_origine=revue_mediscoop&nuid=1df07483c637946981dad77 a6fa661b2&midn=14008&from=newsletter consulté 17 sept 2024  Et la France devrait se remettre à produire… « L'inquiétante aggravation de la pénurie de médicaments » « Le journaliste souligne que « 10 ans plus tard, la courbe grimpe en flèche : 2400 signalements vont être enregistrés cette année, selon les projections. Presque 20 fois plus ! Une aggravation alarmante dénoncée par l'UFC-Que choisir dans une étude réquisitoire publiée au moment où le projet de loi de financement de la Sécurité sociale pour 2021 arrive au Sénat ». https://www.mediscoop.net/index.php?pageID=7f3d7099fb38381c0a8cb525526d2e6e&id_n ewsletter=14008&liste=0&site_origine=revue_mediscoop&nuid=1df07483c637946981dad77 a6fa661b2&midn=14008&from=newsletter consulté 17 sept 2024  Et la France devrait se remettre à produire… « L'inquiétante aggravation de la pénurie de médicaments » « L'UFC a ainsi étudié les 140 médicaments inscrits en pénurie ou tension le 15 juillet dernier sur le site de l'ANSM : 11 sont dans la liste depuis 2017 et, pour 10 d'entre eux, le problème a débuté avant 2016 ». Le journaliste relève que « l'association de consommateurs soupçonne une stratégie délibérée des laboratoires. Son étude montre que 75% des pénuries concernent des médicaments anciens, commercialisées il y a plus de 20 ans, et la même proportion concerne des produits à faible marge, vendus moins de 20 €. Pourtant, les deux tiers des médicaments qui manquent sont considérés officiellement comme efficaces ». https://www.mediscoop.net/index.php?pageID=7f3d7099fb38381c0a8cb525526d2e6e&id_newsletter=14008&liste=0& site_origine=revue_mediscoop&nuid=1df07483c637946981dad77a6fa661b2&midn=14008&from=newsletter consulté 17 sept 2024  Et la France possède 60 sites de production… https://www.usinenouvelle.com/article/chimie-fine-la-liste-des-60-sites-de-production-en-france.N1446552, accès 17 sept 2024 https://angelor.fr/acquisition-de-mablink- bioscience-par-lilly/, accès 17 sept 2024  GÉNÉRALITÉS SUR LA PRODUCTION INDUSTRIELLE Quelles sont les caractéristiques d’un bon candidat- médicament au développement ? Mise au point d'un médicament dans l'industrie pharmaceutique http://www.ilocis.org/fr/documents/ilo079.htm, consulté le 17 sept 2024  Quelles sont les caractéristiques d’un bon candidat- médicament au développement ? - Brevetable - Stable dans des conditions variées - Atoxique - Non mutagène - Bien absorbée par voie orale  Quelles sont les caractéristiques d’un bon candidat- médicament au développement ? - Facilement synthétisable au niveau industriel Paclitaxel (TAXOL®) – anti-cancer drug Biological target: tubulin (inhibitor of the tubulin depolymerization) First discovered in the bark of Taxus brevifolia (If du Pacifique) To get enough drug to treat one patient: You need to destroy 8-10 trees (century old trees) A solution: total synthesis…  Quelles sont les caractéristiques d’un bon candidat- médicament au développement ? - Facilement synthétisable au niveau industriel A success but more than 70 chemical steps… K. C. Nicolaou et al. Total synthesis of taxol Nature 367, 630 – 634 Taxol, a substance originally isolated from the Pacific yew tree (Taxus brevifolia) more than two decades ago, has recently been approved for the clinical treatment of cancer patients… The scarcity of taxol and the ecological impact of harvesting it have prompted extension searches for alternative sources including semisynthesis, cellular culture production and chemical synthesis. The latter has been attempted for almost two decades, … Here we report the total synthesis of taxol by a convergent strategy, which opens a chemical pathway for the production of both the natural product itself and a variety of designed taxoids.  Quelles sont les caractéristiques d’un bon candidat- médicament au développement ? - Facilement synthétisable au niveau industriel A titre d’exemple, afin de bien mesurer toute la complexité de ce travail, je vous ai mis 3 captures d’écran qui montre comment l’Equipe de Nicolaou K.C. a réussi à construire le cycle C, puis le système ABC et finalement le système ABCD. Mais impossible à proposer B C pour un développement industriel… A D  Quelles sont les caractéristiques d’un bon candidat- médicament au développement ? - Facilement synthétisable au niveau industriel The solution: Semisynthesis A french researcher (Pierre Potier) discovered a key intermediate (10-deacetyl baccatin III) in Taxus baccata (needles) to synthesis paclitaxel via two esterification reactions  Quelles sont les caractéristiques d’un bon candidat- médicament au développement ? - Active sur différents modèles animaux - Si plusieurs isomères (carbones asymétriques), il faut en sélectionner un pour le développement (le plus actif) - Originale par son mécanisme d’action (si possible pas un « me too ») - Maîtrise du métabolisme -… Développement pharmaceutique : Procédé + Contrôles La production d’un candidat-médicament fait intervenir deux étapes : la production d’une molécule active par synthèse chimique ou par un procédé biologique (principe actif), puis la formulation et le conditionnement dans un format adapté à l’administration chez l’homme. Pour chaque étape importante de la production du candidat-médicament, on définit des spécifications relatives notamment au degré de pureté exigée.  Développement pharmaceutique : Procédé + Contrôles L’un des aspects centraux du développement pharmaceutique, qui accompagne la mise au point d’une méthode de production robuste et reproductible, est le développement des méthodes analytiques utilisées pour caractériser le produit et contrôler le respect des spécifications (contrôle qualité) Validation des méthodes analytiques développées : ICH Q2 (R2) - https://www.ema.europa.eu/en/ich-q2r2-validation-analytical- procedures, accès 17 sept 2024 https://www.ema.europa.eu/en/ich-q2r2-validation-analytical-procedures, accès 17 sept 2024 https://www.ema.europa.eu/en/ich-m10-bioanalytical-method-validation, accès 17 sept 2024 https://sciforum.net/paper/view/13143 Développement pharmaceutique : Procédé + Contrôles L’ensemble des données autour de l’IPA/des IPAs (dans le cas de combinaison d’actifs) seront précieuses pour compléter le CTD Synthèse : assurer le passage du mg au kg/tonne, chimie classique et chimie verte… Réacteurs de toute taille  micro-réacteurs (en continu) Contrôles : caractérisation, pureté… QbD, contrôle par lot vs contrôle continu Développement et qualification de méthodes  Exigence réglementaire particulière entre Médicament et Essais cliniques Les essais cliniques doivent être effectuées avec un médicament possédant les mêmes caractéristiques (pureté, profil d’impuretés, physicochimie) que celui qui sera commercialisé (BATCH, flux continu) Importance de l’accès à l’IPA (puis du Médicament) et sécuriser sa pureté (« cGMP ») en parallèle des essais pré- cliniques IL EST DONC NECESSAIRE DE DETERMINER LE PLUS RAPIDEMENT POSSIBLE LE MEILLEUR PROCEDE DE SYNTHESE ET D’EVALUER SON INDUSTRIALISATION  Production pharmaceutique d’un IPA : « Scale up » Travail de mise à l’échelle « Les plus grosses surprises, on les retrouve au pilote. Entre le kilolab et le pilote, il y a un facteur d'échelle plus important qu'entre le pilote et l'industrialisation », explique Didier Combis (entreprise PCAS) https://www.usinenouvelle.com/article/montee-en-echelle-un-c-ur- de-metier-pour-la-chimie-fine.N1504257, consulté le 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : « Scale up » Toutes les réactions transposées à l’échelle semi-industrielle ou industrielle doivent faire l’objet d’analyses de risques. Toutes les phases de la synthèse sont ainsi analysées : la préparation du matériel, le chargement, la réaction chimique, le traitement des déchets, le stockage, pour faire en sorte que la probabilité d’un accident soit proche de zéro. Les réactifs et les produits sont analysés thermiquement à l’aide de la calorimétrie différentielle à balayage (Differential Scanning Calorimetry, DSC) qui permet de mesurer leur potentiel énergétique comparé à une référence inerte. La réaction est finalement classée dans un diagramme de risque représentant la sévérité en fonction de la probabilité d’un accident. https://culturesciences.chimie.ens.fr/thematiques/chimie-organique/chimie-pharmaceutique/le-developpement- chimique-33-le-scale, consulté le 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : « Scale up » Non linéarité de la surface d’échange avec le scale-up D’un point de vue sécurité, plus on monte en échelle, moins on a de surface d’échange pour refroidir un milieu réactionnel dont la température s’élève… https://culturesciences.chimie.ens.fr/thematiques/chimie-organique/chimie-pharmaceutique/le-developpement- chimique-33-le-scale, consulté le 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : « Scale up » Non linéarité de la surface d’échange avec le scale-up Le volume est une fonction cubique du rayon de la sphère alors que sa surface est une fonction quadratique du même rayon. Une montée en échelle implique forcément une diminution du rapport surface/volume (S/V). Concrètement, plus le scale-up est important, plus il est difficile d’extrapoler la régulation de température d’un milieu réactionnel car la surface du réacteur n’évolue pas aussi vite que son volume. D’un point de vue sécurité, plus on monte en échelle, moins on a de surface d’échange pour refroidir un milieu réactionnel dont la température s’élève, du fait de l’exothermicité d’une réaction par exemple, d’où les risques d’emballement et d’explosion https://culturesciences.chimie.ens.fr/thematiques/chimie-organique/chimie-pharmaceutique/le-developpement- chimique-33-le-scale, consulté le 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : « Scale up » Comment s’adapter à ces contraintes physiques ? Conduite une réaction en semi-batch. Le principe d’un semi-batch est d’ajouter un réactif au fur et à mesure de sa consommation dans la réaction. Cela nous permet de contrôler de nombreux paramètres : la quantité de chaleur libérée par la réaction : le seul fait d’arrêter la coulée arrête le dégagement de chaleur et les problèmes de surface d’échange pour le refroidissement disparaissent. l’accumulation : ce phénomène apparaît lorsqu’un réactif est ajouté plus vite qu’il ne réagit. L’accumulation de réactif pour une réaction exothermique conduit à une accumulation d’énergie et à une élévation de température potentiellement non maîtrisable, engendrant un risque d’explosion. Cela implique qu’il faut connaître la cinétique de réaction pour déterminer la vitesse d’addition optimale. le dégagement gazeux : prenons l’exemple d’une réaction de déprotection d’un groupement –Boc, qui libère deux moles de gaz par mole de réactif. Imaginons 10 kg de réactif dans un réacteur, le fait d’ajouter tout l’acide d’un coup libèrerait une quantité énorme de gaz, faisant exploser immédiatement le réacteur. Ajouter le réactif en semi-batch sur l’acide permet de contrôler l’évolution de gaz. Production pharmaceutique d’un IPA : Mode « Batch » Les industries du process « batch » (par lot) Procédés sous forme de « recettes » avec des règles strictes en termes de traçabilité ainsi qu’à des contrôles en termes de qualité et de maîtrise de leur processus de fabrication. Les industries dites « de batch » sont souvent appelées à fabriquer des produits différents à partir de structures d’équipement identiques (contraintes de changements ou/et de nettoyage) Assurer une traçabilité complète de chacun des lots fabriqués supportée par des solutions ERP/PGI dédiées *ERP (Enterprise Resource Planning) ou PGI (Progiciel de Gestion Intégré) Production pharmaceutique d’un IPA : Mode « Batch » Contraintes du scale-up Rendement global Le produit final est obtenu par Dangerosité des réactifs et solvants une série de tâches, plutôt que par une Métaux lourds production en continu « Développement durable » Purification Production pharmaceutique d’un IPA : Mode « Batch » Schéma d’un réacteur chimique utilisé en synthèse organique - Complexité croissante des synthèses en plusieurs étapes. - Produit issu d’une étape devient la matière première de l’étape suivante, et cela jusqu’à la synthèse du produit fini. - Produits intermédiaires et des autres produits indispensables sont fabriqués lors d’une série de réactions par lots, organisées selon des campagnes de fabrication. - Opérations s’effectuent de façon intermittente, les installations étant modifiées en fonction des besoins de chaque procédé. - Usines de synthèse organique sont souvent conçues pour une souplesse d’exploitation maximale.  Production pharmaceutique d’un IPA : Mode « Batch » Les réacteurs multivalents constituent l’équipement de base pour les opérations de synthèse chimique. Ce sont des cuves sous pression renforcées, garnies intérieurement d’acier inoxydable, de verre ou d’un alliage métallique. La nature des réactions chimiques et les propriétés physiques des matériaux (réactifs, corrosifs, inflammables) déterminent leur conception, leurs caractéristiques et leur construction. Les réacteurs multivalents ont une double paroi et des serpentins où circulent de l’eau de refroidissement, de la vapeur ou des fluides frigoporteurs. La cuve du réacteur est chauffée ou refroidie selon les cas. Un réacteur multivalent est équipé d’agitateurs, de chicanes et de plusieurs orifices d’entrée et de sortie qui permettent de le connecter à d’autres cuves ou appareils et de l’alimenter en matières premières. Des instruments de mesure de la température, de la pression et du poids contrôlent les processus chimiques au sein du réacteur. Selon sa conception et ses caractéristiques et selon les nécessités du processus chimique, un réacteur peut fonctionner sous pression élevée ou sous un vide peu poussé.  Production pharmaceutique d’un IPA : Mode « Batch » Des échangeurs de chaleur sont reliés aux réacteurs pour réchauffer ou refroidir le milieu réactionnel et condenser les vapeurs des solvants chauffés au-dessus de leur point d’ébullition, ce qui entraîne un reflux ou un recyclage des vapeurs condensées. Des dispositifs antipollution (épurateurs et impacteurs) peuvent être connectés aux soupapes d’échappement des cuves pour réduire les émissions de gaz, de vapeurs et de particules. Des solvants volatils et des produits chimiques toxiques risquent de s’échapper dans les ateliers ou dans l’atmosphère s’ils ne sont pas récupérés pendant la réaction par des échangeurs de chaleur ou des dispositifs antipollution. Certains solvants (comme le chlorure de méthylène et le chloroforme) et certains réactifs sont difficiles à condenser, absorber ou adsorber à l’aide de dispositifs antipollution en raison de leurs propriétés chimiques et physiques. Votre « terrain de jeu » ressemblera à ça !  Production pharmaceutique d’un IPA : Mode « Batch » Ibanez JG et al. CHAPTER 12. THE MINIMIZATION AND PREVENTION OF POLLUTION; GREEN CHEMISTRY. In book: Environmental Chemistry, Jan 2007. Doi: 10.1007/978-0-387-31435-8_12  Production pharmaceutique d’un IPA : Impuretés Impuretés potentielles Impuretés issues de la synthèse et du « work-up » Réactifs inorganiques (ions, résidus de catalyseurs métalliques) Catalysts, Process aids, Réactifs organiques (Na2CO3) Solvants Impuretés organiques liées à la synthèse et/ou au stockage de la SA  matières de départ  produits de réaction secondaire  intermédiaires de synthèse  produits de dégradation  Production pharmaceutique d’un IPA : Impuretés Solvants résiduels Classement selon leur risque toxicologique – Classe 1 : solvants à éviter < à la concentration limite individuelle indiquée dans – Classe 2 : solvants à limiter la guideline ICH Q3C – Classe 3 : solvants à faible potentiel toxique < à 0,5% Seuil de Seuil Seuil de déclaration d’identification qualification 0,05% 0,10% 0,15%  Production pharmaceutique d’un IPA : Impuretés Etude de cas SUMATRIPTAN 3-[2-(dimethylamino)ethyl]-N-methyl-1H-indole-5-methanesulfonamide Production pharmaceutique d’un IPA : Sumatriptan 2 étapes en parallèle 2 étapes Pour finaliser l’IPA  STEP 1: Formation of acetal Na Reaction Starting Organic Inorganic Process Secondary Solvents Catalysts interme- materials reagents reagents aids products diates 4-chloro-1- Na2CO3 Na2SO4 CH2Cl2 4-chlorobutal- hydroxybuta- dehyde ne-1- NaHCO3 CH3OH sulfonate 4-chloro-1,1- Conc. dimethoxybut- H2SO4 ane  Production pharmaceutique d’un IPA : Contrôles Contrôles de la substance active Caractérisation Spécifications liste de tests, de contrôles analytiques et Identification de critères d'acceptation Contrôle en routine sur chaque lot Tests de SA fabriquée Dosage Garanties de la qualité de la SA  Production pharmaceutique d’un IPA : Contrôles Méthodes analytiques Caractéristiques, conditions expérimentales, mode opératoire et formule de calcul Validation des méthodes analytiques - ICH Q2(R2) Obligatoire pour les méthodes non inscrites à la Ph. Eur. Paramètres testés (spécificité, linéarité, répétabilité…) Certificats d’analyse Au minimum 3 lots (si batch) Conformes aux spécifications établies  Production pharmaceutique d’un IPA : Evolution Many institutions estimate the cost of developing a successful first-in-class therapy at more than $2 billion. To lower that cost, companies must optimize every aspect of development and manufacturing Batch manufacturing involves discrete steps in which production stops between steps so samples can be tested for quality offline. Pharmaceuticals made using Continuous manufacturing are moved nonstop within a single facility, eliminating hold times between steps. Material is fed through an assembly line of fully integrated technologies, which saves time and reduces the likelihood of human error. https://www.aiche.org/resources/publications/cep/2018/december/pharmaceutical- manufacturing-current-trends-and-whats-next, accès 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu La production de l’IPA Synthèse : en flux continu Contrôles : +++ (Qualité) Approche « plus miniaturisée » Beilstein J. Org. Chem. 2015, 11, 1194–1219  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu Procédés en flux continu « La chimie de flux, ou traitement continu, ou chimie en flux continu, commence avec au moins deux flux de réactif différents, pompés à des débits spécifiques dans une chambre, un tuyau ou un microréacteur unique. Une réaction se déclenche, et le flux contenant le composé réactif est recueilli en sortie. La solution peut aussi être acheminée vers de nouvelles boucles de réacteur à flux continu, pour générer le produit fini. Les quantités de matière requises sont faibles, ce qui augmente fortement la sécurité du procédé. La conception spécifique des systèmes à flux continu permet d'obtenir des conditions de réaction qui ne peuvent être atteintes en toute sécurité avec les réactions par lots. Il en résulte des produits de meilleure qualité, plus purs, avec un temps de cycle de réaction plus court. » (https://www.mt.com/fr/fr/home/applications/L1_AutoChem_Applications/continuous.html, accès 17 sept 2024) Vidéo à consulter : https://www.youtube.com/watch?v=A7Gb7sF4sjk, consulté 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu Procédés en flux continu La chimie de flux recouvre les réactions chimiques déclenchées dans un flux continu. Les réactifs sont ajoutés, par pompage, dans un mélangeur, puis passent dans un tuyau, un tube ou un réacteur microstructuré à température contrôlée, jusqu'à ce que la réaction soit complète. Pour la chimie en flux, nous sommes passés d’un montage dédié (A) à une unité flexible multi- réactionnelle (B) (comparaison 1992-2019). Source : B) www.vapourtec.com in Chimie et nouvelles thérapies (EDP Sciences 2020) p. 235 https://www.mediachimie.org/ressource/zoom-sur- la-chimie-en-flux-continu, consulté 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu Procédés en flux continu Des synthèses de médicaments sont réalisées dans d’excellentes conditions. Ainsi un anticancéreux comme le tamoxifène (cancer du sein) est synthétisé par synthèse organométallique à plus de 220 grammes par jour correspondant à une production de 20 000 doses. S. Ley et coll. Chemistry in a changing world. L’Actualité chimique n° 393-394 (février-mars 2015) pp. 96-101  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu Procédés en flux continu : des avantages certains… Meilleur contrôle et meilleure répétabilité des réactions. Paramètres de réaction-clés (temps de mélange, de chauffe et de séjour) sont contrôlés plus précisément : Rendement +++ et Impuretés ---. Gamme élargie de réactions possibles. Exécution d'une réaction continue sous pression permet de déclencher des réactions à des T °C plus élevées que les réactions par lots : Rendement +++. Flux de travail modulaire et personnalisable. Grande modularité des équipements de chimie en flux continu (beaucoup de configurations possibles).  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu Procédés en flux continu : des avantages certains… Sécurité renforcée des procédés. Réactions considérées trop dangereuses (très exothermiques ou énergétiques, hydrogénation, réactions de Grignard…) pour être déclenchées en lots sont souvent considérées comme acceptable en flux continu (quantités de réactifs plus faibles). Analyse rapide, optimisation et extrapolation des réactions chimiques. Possibilité de tester tout un éventail de variables de réaction en très peu de temps (avec faibles quantités de substrats et de réactifs). Analyses en temps réel et en ligne permettent de déterminer immédiatement l'effet des variables sur les performances de réaction. AU FINAL, qualité et rendement des produits OPTIMISES  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu Procédés en flux continu : représentation schématique Ère de la microfluidique (microfluidique est la science qui traite des écoulements de liquides dans des canaux de taille micrométrique) https://www.reflexions.uliege.be/cms/c_426090/fr/une-usine-portable-de-fabrication- de-medicaments?part=3, consulté le 17 sept 2024  Production pharmaceutique d’un IPA : Flux continu Exemple : Jamison’s flow synthesis of ibuprofen sodium salt (17) Beilstein J. Org. Chem. 2015, 11, 1194–1219  Modernizing the Way Drugs Are Made: A Transition to Continuous Manufacturing PAT: Process Analytical Technology A comparison of continuous manufacturing and batch manufacturing. Image courtesy of Sau Lee. J. Pharm Innov (2015) 10:191-199  Production pharmaceutique d’un IPA : Technologie de procédé analytique (PAT) Méthodologie de fabrication pour les composés pharmaceutiques à haute valeur ajoutée. Les paramètres critiques (CPP) et les indicateurs de performance clés (KPI) du procédé sont parfaitement définis et surveillés en permanence afin de garantir que les attributs de qualité critiques (CQA) prédéfinis du produit final sont respectés de manière constante. La technologie PAT mesure les indicateurs de qualité et de performance clés des matières premières, des matériaux en cours de fabrication et des procédés en temps réel. Rogers L. et al. Green Chem., 2019;21:3481-3498 Synthèse linéaire versus synthèse convergente Objet à synthétiser : Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu  Synthèse linéaire versus synthèse convergente Deux stratégies de synthèse envisageables : Synthèse linéaire : on ajoute à chaque étape un maillon Synthèse convergente : on synthétise des maillons plus grands que l'on « accroche » ensuite entre eux Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + 0,90 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Rdt global + 0,90 + 0,90*0,90 = 0,81 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + 0,90 + 0,90*0,90 = 0,81 + 0,81*0,90 = 0,73 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + 0,90 + 0,90*0,90 = 0,81 + 0,81*0,90 = 0,73 + 0,73*0,90 = 0,66 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + 0,90 + 0,90*0,90 = 0,81 + 0,81*0,90 = 0,73 + 0,73*0,90 = 0,66 + 0,66*0,90 = 0,59 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + 0,90 + 0,90*0,90 = 0,81 + 0,81*0,90 = 0,73 + 0,73*0,90 = 0,66 + 0,66*0,90 = 0,59 + 0,59*0,90 = 0,53 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + 0,90 + 0,90*0,90 = 0,81 + 0,81*0,90 = 0,73 + 0,73*0,90 = 0,66 + 0,66*0,90 = 0,59 + 0,59*0,90 = 0,53 + 0,53*0,90 = 0,48 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + + + + 0,90 + + Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + + + + 0,90 + + 0,90*0,90 = 0,81 + Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Rdt global + + + + 0,90 + + 0,90*0,90 = 0,81 + 0,81*0,90 = 0,73 Le calcul de rendement global est effectué en supposant 90% de rendement par étape  Document téléchargé sur www.tristanribeyre.eu Synthèse linéaire versus synthèse convergente Deux stratégies aux résultats différents : Synthèse linéaire : rendement global de 49% Synthèse convergente : rendement global de 73% De plus, ces chiffres supposent un rendement de 90% par étape, ce qui n'est pas toujours le cas, et d'avoir seulement huit « billes » à accrocher, alors que les synthèses organiques peuvent avoir bien plus de fragments à assembler  Synthèse linéaire versus synthèse convergente En pratique, sur la synthèse de l’ozénoxacine (approuvée par PMDA au Japon), la synthèse nécessite de synthétiser 26, en parallèle 27, puis d’associer les deux… Scheme 4. Synthesis of Ozenoxacin (III) Scheme 5. Synthesis of Fragment 27 of Ozenoxacin (III) Flick AC, et al. Synthetic Approaches to the New Drugs Approved During 2015. J Med Chem. 2017 Aug 10;60(15):6480-6515. Votre nouveau labo ou…  en utilisant un espace réduit… Une usine portable de fabrication de médicaments Massachussetts Institute of Technology à Cambridge aux USA Projet « Pharmacy on Demand » financé par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) - Département de la défense US Synthèse de quatre médicaments très différents. Cette unité permet aussi la purification et la formulation https://www.reflexions.uliege.be/cms/c_426090/fr/une- usine-portable-de-fabrication-de-medicaments?part=2, consulté le 17 sept 2024  Et une lecture au cas où… A. Adamo, R. L. Beingessner, M. Behnam, J. Chen, T. F. Jamison, K. F. Jensen, J.-C. M. Monbaliu, A. S. Myerson, E. M. Revalor, D. R. Snead, T. Stelzer, N. Weeranoppanant, S. Y. Wong, P. Zhang. On-demand continuous- flow production of pharmaceuticals in a compact, reconfigurable system. Science, 2016;352 (6281):61 DOI: 10.1126/science.aaf1337 Légende :  Application à la synthèse du diazépam 5-chloro- 2(metyhlamino)benzophenone bromoacetyl chloride Adamo A et al. Science, 2016;352 (6281):61  Chimie développée dans le monde industrielle Principes de la Chimie Verte https://www-acs-org.docelec.univ- lyon1.fr/content/acs/en/greenchemistry/principles/12- principles-of-green-chemistry.html Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New York, 1998, p.30. By permission of Oxford University Press. http://www.unesco.org/new/fr/natural-sciences/science-technology/basic-sciences/chemistry/green-chemistry-for- life/twelve-principles-of-green-chemistry/ 12 Principes de la Chimie Verte 1. Prévention Mieux vaut éviter de produire des déchets que d’avoir ensuite à les traiter ou s’en débarrasser. 2. Économie d’atomes Mise en œuvre de méthodes de synthèse qui incorporent dans le produit final tous les matériaux entrant dans le processus. 3. Conception de méthodes de synthèse moins dangereuses Dans la mesure du possible, les méthodes de synthèse doivent utiliser et produire des substances peu ou pas toxiques pour l’homme et l’environnement. 4. Conception de produits chimiques plus sûrs Mise au point de produits chimiques atteignant les propriétés recherchées tout en étant le moins toxiques possible. 5. Solvants et auxiliaires moins polluants Renoncer à utiliser des auxiliaires de synthèse (solvants, agents de séparation, etc.) ou choisir des auxiliaires inoffensifs lorsqu’ils sont nécessaires. 6. Recherche du rendement énergétique La dépense énergétique nécessaire aux réactions chimiques doit être examinée sous l’angle de son incidence sur l’environnement et l’économie, et être réduite au minimum. Dans la mesure du possible, les opérations de synthèse doivent s’effectuer dans les conditions de température et de pression ambiantes. http://www.unesco.org/new/fr/natural-sciences/science-technology/basic-sciences/chemistry/green-chemistry-for- life/twelve-principles-of-green-chemistry/ 12 Principes de la Chimie Verte 7. Utilisation de ressources renouvelables Utiliser une ressource naturelle ou une matière première renouvelable plutôt que des produits fossiles, dans la mesure où la technique et l’économie le permettent. 8. Réduction du nombre de dérivés Éviter, si possible, la multiplication inutile des dérivés en minimisant l’utilisation de radicaux bloquants (protecteurs/déprotecteurs ou de modification temporaire des processus physiques ou chimiques) car ils demandent un surplus d’agents réactifs et peuvent produire des déchets. 9. Catalyse L’utilisation d’agents catalytiques (aussi sélectifs que possible) est préférable à celle de procédés stœchiométriques. 10. Conception de produits en vue de leur dégradation Les produits chimiques doivent être conçus de telle sorte qu’en fin d’utilisation ils se décomposent en déchets inoffensifs biodégradables. 11. Observation en temps réel en vue de prévenir la pollution Les méthodes d’observation doivent être perfectionnées afin de permettre la surveillance et le contrôle en temps réel des opérations en cours et leur suivi avant toute formation de substances dangereuses. 12. Une chimie fondamentalement plus fiable Les substances et leur état physique entrant dans un processus chimique doivent être choisis de façon à prévenir les accidents tels qu’émanations dangereuses, explosions et incendies.  Green Chemistry Rogers L. et al. Green Chem. 2019;21:3481-3498  Telescoped scheme for the continuous flow production of Ciprofloxacin Rogers L. et al. Green Chem. 2019;21:3481-3498  Chimie développée dans le monde industrielle Drug Discovery Chemistry What are the most common chemical reactions used in drug discovery and development ? Votre Top 5…  Chimie développée dans le monde industrielle Figure 1: Common chemical reactions in drug discovery and development. Expanding the medicinal chemistry synthetic toolbox Jonas Boström et al. Nature Rev Drug Discov volume 17 pages 709–727 (2018) The uptake of new chemical reactions is slow, and a few have consistently dominated the past decades. The percentages of the five most frequently used reaction types (amide formation, Suzuki–Miyaura reaction, aromatic nucleophilic substitutions, amine Boc-deprotection and electrophilic reactions with amines) along with all other reaction types to produce compounds in drug discovery programmes are given  Chimie développée dans le monde industrielle Amination réductrice Réaction très largement rencontrée Dans la synthèse des « petites molécules » et pour accéder aux bioconjugués (voir partie sur les vaccins glycoconjugués)  Chimie développée dans le monde industrielle Amination réductrice : exemple de la rispéridone  Chimie développée dans le monde industrielle Amination réductrice : exemple de l’halopéridol  Chimie développée dans le monde industrielle Amination réductrice : exemple du lapatinib Production industrielle et Essais cliniques Les procédés de synthèse à une échelle industrielle font parties du bloc D et permettront d’assurer la préparation des lots cliniques puis post-AMM durant le cycle de vie du médicament https://ncats.nih.gov/translation/maps https://irisys.com/how-new-drugs-are-made/ 20/03/2022  SYNTHESE INDUSTRIELLE DE PETITES MOLECULES Imatinib Artémisinine Béclabuvir  Imatinib C’est en 1992 que Novartis, par l’intermédiaire de Jürg Zimmermann, dépose le premier brevet Suisse sur le procédé de synthèse de l’imatinib. A partir de ce brevet, une famille de brevets est créée. En 1993, le brevet du procédé de synthèse de l’imatinib est déposé en l’Europe (EP564409) et aux Etats-Unis (US5521184). La voie de synthèse historique de l’imatinib base par Zimmermann (1993) est présentée ici :  Imatinib On peut observer que le 2-amino-4-nitrotoluene (élément n°2) réagit avec de l'acide nitrique à 65% pour former son sel de nitrate qui a été condensé avec une solution aqueuse de cyanamide pour donner un intermédiaire de nitrate de guanidine (élément n°3). Le nitrate de guanidine est condensé avec la 3- diméthylamino-l-(3-pyridyl)-2-propène-1-one (élément n°4) en présence d'une solution d'hydroxyde de sodium dans de l'alcool isopropylique pour former un intermédiaire de nitro pyrimidine (élément n°5). La nitropyrimidine (élément n°5) est ensuite réduite en présence d’acétate d'éthyle (solvant) et de palladium de charbon (catalyseur) pour donner le N-(5-amino-2-méthylphényl)-4-(3-pyridinyl)- pyrimidineamine (élément n°6). L’élément n°6 est condensé avec du chlorure de 4-(4-méthylpipérazinométhyl) benzoyle (élément n°7) dans de la pyridine pour donner de l'imatinib brut sous forme basique (élément n°1). Celui-ci est obtenu sous forme pure via l’utilisation d’une chromatographie sur colonne. La voie de synthèse permettant la synthèse de l’élément chimique n°7 est présentée dans l’annexe 3. Cette synthèse est réalisée à l’échelle du g/mL comme le montre le brevet américain (US5521184).  Imatinib Voie de synthèse de l’imatinib améliorée à l'échelle industrielle basée sur la synthèse de Zimmermann de 1993 : Amélioration de la synthèse de l’acide correspondant (diapo suivante)  Imatinib Voie de synthèse améliorée à l'échelle industrielle pour la production du dichlorhydrate de l'acide 4-(4- méthylpipérazinométhyl)benzoïque : L’amélioration depuis la première synthèse de l’imatinib pour passer en production industrielle a suivi progressivement des étapes pour permettre une synthèse efficace en gommant également certaines difficultés (impuretés) lors de l’utilisation de certains intermédiaires (acide ci-contre) Diapositive suivante : exemple de l’accès à un analogue de l’imatinib avec développement d’une synthèse convergente  Analogue de l’imatinib : Synthèse convergente et linéaire Synthèse d’un analogue du Gleevec WBZl (PCT publication WO2004108699) Methods and compositions related to wrapping of dehydrons WO 2008070350 A2  Imatinib A flow synthesis of imatinib (23) has been developed by Novartis in 2010. This continuous process featuring an amide formation, a nucleophilic substitution and a Buchwald–Hartwig coupling as key synthesis steps performed in flow. 3ème bloc Passage d’une synthèse « batch » vue précédemment à un procédé par chimie en flux 4ème bloc (trait bleu = 4 blocs de synthèse utilisés) Blocs 1 et 2 Beilstein J. Org. Chem. 2015, 11, 1194–1219  Imatinib A continuous process featuring an amide formation, a nucleophilic substitution and a Buchwald–Hartwig coupling as key synthesis steps performed in flow 3ème bloc Blocs 1 et 2 4ème bloc Beilstein J. Org. Chem. 2015, 11, 1194–1219  Imatinib En résumé : Timeline de l’imatinib  Artémisinine « Artemisinin-based combination therapy » (ACT) byproduct generated from artemisinin production Artemisia annua Combinaisons à base d'artémisinine sont aujourd'hui les seules véritablement efficaces contre le paludisme K Gilmore et al, Chem. Commun., 2014, DOI: 10.1039/c4cc05098c  Artémisinine Antimalarial flow synthesis closer to commercialisation Module 1 is the light reactor, where dihydroartemisinic acid is converted to artemisinin by photo-oxidation. In module 2, artemisinin is reduced by passing it through a column packed with sodium borohydride, Celite and lithium chloride. The set-up allows the potentially explosive sodium borohydride to be used safely in large quantities. Once the sodium borohydride has been used up, a fresh column is rotated into place. In module 3, different substrates can be fed in, depending on the desired product. And module 4 is a series of purification steps, leading to a product pure enough to meet World Health Organization guidelines. K Gilmore et al, Chem. Commun., 2014, DOI: 10.1039/c4cc05098c Béclabuvir  Béclabuvir Discovery Synthesis of 1a Published in: Jeffrey Bien; et al. Org. Process Res. Dev. 22, 1393-1408. DOI: 10.1021/acs.oprd.8b00214  Béclabuvir Complete Linear Synthesis of BMS-791325·HCl (1·HCl) Published in: Jeffrey Bien; et al. Org. Process Res. Dev. 22, 1393-1408. DOI: 10.1021/acs.oprd.8b00214  Béclabuvir Synthesis of Indole 16 Published in: Jeffrey Bien; et al. Org. Process Res. Dev. 22, 1393-1408. DOI: 10.1021/acs.oprd.8b00214  SYNTHESE DES (BIO)CONJUGUES Bioconjugaison Vaccins glycoconjugués ADCs Bioconjugation ?  Bioconjugation Process of coupling two biomolecules together in a covalent linkage Approche classique pour concevoir un vaccin glycoconjugué Chem. Sci. 2013, 4, 2995-3008  Overview of conjugate vaccines Polysaccharides vaccines: – Many bacteria surrounded by a polysaccharide capsule The Complex World of Polysaccharides; Karunaratne, D. N., Ed.; InTech, 2012.  Overview of conjugate vaccines Polysaccharides vaccines: – Many bacteria surrounded by a polysaccharide capsule – Antibodies against these polysaccharides protect against bacterial infections – Purified polysaccharide vaccines licensed: Salmonella typhi Neisseria meningitidis Streptococcus pneumoniae Problem: Capsular polysaccharides (T-cell independent antigen) are poorly immunogenic in infants under 2 years  Overview of conjugate vaccines Polysaccharides-protein conjugate vaccines: – The immunogenicity increased by chemical conjugation to protein carriers  Production of memory B-cell  Vaccine immunogenic in infants – Polysaccharide-protein conjugate vaccines currently licensed: Haemophilus influenza b Neisseria meningitidis Streptococcus pneumoniae Salmonella typhi  Overview of conjugate vaccines Different ways to make glycoconjugate vaccines: – Depolymerization, activation, conjugation – Different structural types: Cross-linked network Neoglycoconjugate (monofunctional oligosaccharide)  commonly employed strategies for the conjugation of carbohydrate antigens (P Chem. Sci. 2013, 4, 2995-3008 = polysaccharide) to carrier proteins (protein) in licensed vaccines. Overview of conjugate vaccines Identity/Structure: NMR, immunochemical methods Purity: NMR Polysaccharide Size/MW: SEC, MALS, IEX or Polysaccharide content: HPAEC, colorimetric tests oligosaccharide O-acetyl content: NMR, colorimetric test Modified polysaccharide: HPLC, colorimetric tests to determine hydrazide, or carbonyl groups. Identity/Structure: CD, LC-MS, SDS-PAGE, Carrier protein immunochemical methods… Protein content: colorimetric tests Polysaccharide and protein content: colorimetric tests, HPAEC Polysaccharide- Identity: Immunochemical methods Free polysaccharide: HIC, centrifugation Protein Free protein: HPLC, capillary electrophoresis conjugate O-acetyl content: NMR, colorimetric test Size/MW: SEC, MALS Sterility  Antibody Drug Conjugates (ADCs) https://labiotech.eu/features/antibody-drug-conjugates-adc-review/, accessed Sept 17, 2024  Antibody Drug Conjugates (ADCs) HIGH-PRECISION THERAPEUTICS Dan N., et al. Pharmaceuticals (Basel). 2018, 11, 2 Antibody Drug Conjugates (ADCs) HIGH-PRECISION THERAPEUTICS  Antibody Drug Conjugates (ADCs) Marge thérapeutique Figure 1. ADCs expand the therapeutic window. ADC therapeutics can increase efficacy and decrease toxicity in comparison to traditional chemotherapeutic cancer treatments. Select delivery of drugs to cancer cells increases the percent of dosed drug reaching the tumor, thus lowering the minimum effective dose (MED). The maximum tolerated dose (MTD) is increased, as less drug reaches normal, non-target tissue due to targeted delivery by the antibody. Taken together, the therapeutic window is improved by the use of ADCs. S. Panowski et al. Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy. mAbs 2014;6(1):34–45  Antibody Drug Conjugates (ADCs) MOLECULAR DIVERSITY Figure 3. Critical factors that influence ADC therapeutics. ADCs consist of a cytotoxic drug conjugated to a monoclonal antibody by means of a select linker. These components all affect ADC performance and their optimization is essential for development of successful conjugates. S. Panowski et al. Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy. mAbs 2014;6(1):34–45 ANTIBODY DRUG CONJUGATES: mAb Mouse (suffixe -omab) Chimeric (suffixe -ximab) Humanized (suffixe -zumab) Human (suffixe -umab) https://fr.dreamstime.com/illustration- stock-structure-humaine-d-anticorps- avec-des-anticorps-monoclonaux- thérapeutiques-image53609324  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: mAb Les IgG1 sont les plus abondantes dans le sang (66%). Viennent ensuite les IgG2 (23%), les IgG3 (7%) et enfin les IgG4, les moins abondantes (4%). Les sous-classes d'IgG se différencient par le nombre de ponts S-S entre les chaînes lourdes avec 2 pour IgG1 et IgG4, 4 pour l'IgG2 ou 15 pour l'IgG3. Schematic representations of IgG subclasses. Adapted from Correia IR (2010) Stability of IgG isotypes in serum. MAbs 2:221-232  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: PAYLOADS Structures of representative members of the various payload classes used in ADCs Maitansines (DM1) Pyrrolobenzodiazépine (SGD-1882) Monomethylauristatins (MMAE) Duocarmycins (CC-1065) Amanitins (α-amanitin) Calicheamicins (calicheamicin g1)  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: PAYLOADS Amanitins α-Amanitin  Selective inhibitor of RNA polymerases II and III  Analogues dimériques du PBD Hartley JA et al. SG2285, a Novel C2-Aryl-Substituted Pyrrolobenzodiazepine Dimer Prodrug That Cross-links DNA and Exerts Highly Potent Antitumor Activity. Cancer Res. 2010;70(17):6849-6858  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: DRUGS Figure 5 The structure of gemtuzumab ozogamicin (Mylotarg®, top) and trastuzumab emtansine (Kadcyla®, bottom).  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: DRUGS Figure 3 Structures of different linker groups used in ADCs. (a) A cleavable hydrazone linker and disulphide trigger as used in Mylotarg®; (b) an MC– Val–Cit–PABC linker, combining the non- cleavable MC and dipeptide cleavable Val–Cit linkers with a PABC spacer, as used in Adcetris®; (c) a non- cleavable MCC linker as used in Kadcyla®.  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: Cysteine-Linker-Auristatin Motifs Adcetris® (brentuximab vedotin) Vedotin = MMAE + linker MC–Val–Cit–PABC protease-sensitive linker Fig. 5. A common structure for MMAE linkage has been the use of “mc” attached to a protease recognition sequence of valine- citrulline (vc), which in turn is attached to a para-amino benzyl alcohol (self-immolative moiety) Jain N et al. Current ADC Linker Chemistry. Pharm Res. 2015 Nov;32(11):3526-40.  Anticorps conjugués et points-clés Drug-to-Antibody Ratio (DAR) Figure 5. Conjugation methods for ADC development. ADC production using traditional conjugation through lysine residues or reduction of inter-chain disulfide bonds results in high heterogeneity in both drug to antibody ratio (DAR) and location of conjugation site. Site-specific conjugation greatly decreased this heterogeneity. (A) Lysine conjugation results in a DAR of 0–8 and potential conjugation at ~40 lysine residues/mAb. (B) Conjugation through reduced inter-chain disulfide bonds results in a DAR of 0–8 and potential conjugation at eight cysteine residues per mAb. (C) Site-specific conjugation utilizing two engineered cysteine residues results in a DAR of 0– 2 and conjugation at two sites/mAb. DAR can be doubled by engineering four sites if desired. Data displayed in graphs were re-plotted from previous publications S. Panowski et al. Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy. mAbs 2014;6(1):34–45  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: SITE-SELECTIVE CONJUGATION Major site-selective conjugation methods targeting canonical amino acids Hu et al. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 1691-1719  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: CLEAVABLE LINKER Cysteine-Linker-PBD Dimer Motif Fig. 7. Construct of PBD dimer ADCs. The mc-va-PBD dimer construct is utilized in both clinical ADCs. Pharm Res. 2015;32(11):3526-40  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: NON-CLEVEABLE LINKER Cysteine-Linker-Auristatin Motif Fig. 6. Construct of a mc-MMAF ADC Pharm Res. 2015;32(11):3526-40  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: (FIRST) MODIFICATION OF mAb Novel Cysteine Cross-Linkers Fig. 11. Panel A describes 3-carbon bridge by PolyTherics and Panel B describes 2-carbon bridge by Igenica. Pharm Res. 2015;32(11):3526-40  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: IN VIVO 6 Main steps Mechanism of action of ADCs: The antibody portion of an ADC hones onto a cell-surface antigen that is ideally specific to a cancer cell. Upon binding, the ADC-antigen protein complex becomes internalized into the cancer cell. When the complex is degraded, it releases the cytotoxin which then binds to its target to cause cancer cell apoptosis. Jain N et al. Current ADC Linker Chemistry. Pharm Res. 2015 Nov;32(11):3526-40. doi: 10.1007/s11095-015-1657-7. Epub 2015 Mar 11.  ANTIBODY DRUG CONJUGATES: IN VIVO Linkers clivables : - Linkers stables au pH sanguine puis liberation du cytotoxique par hydrolyse d’un groupement labile (e.g. hydrazones) dans le lysosome. - Clivage au niveau d’un pont disulfure par action du glutathione (reduction du pont disulfure par le thiol). - Linkers sensibles aux protéases (e.g. sequence valine-citrulline clivée par les cathepsines lysosomales). Linkers non clivables (e.g. groupements thioéthers) - Libération du cytotoxique après degradation totale de l’ADC dans la cellule (souvent lié à un ou x AA du mAb).  ANTIBODY DRUG CONJUGATES APPLICATIONS +++ Figure 6. Applications of site-specific antibody conjugates. The site-specific conjugation of molecules to monoclonal antibodies has a wide range of applications. Site-specific conjugation decreases conjugate heterogeneity and improves stability and function. A number of possible antibody conjugates are represented here and include antibody- drug conjugates (ADCs) for cancer treatment, radionuclide-antibody conjugates (RACs) for imaging, antibody- antibiotic conjugates (AACs) to fight infectious disease, and antibody fluorophore conjugates (AFCs) for imaging and detection. S. Panowski et al. Site-specific antibody drug conjugates for cancer therapy. mAbs 2014;6(1):34–45  Développement d’un ADC : Préparation du CTD http://cellculturedish.com/2016/08/antibody-drug-conjugates-overview-technology-manufacturing/  Anticorps conjugués (ADC) commercialisés ADCETRIS® (brentuximab vedotin) 2012 KADCYLA® (trastuzumab emtansine) 2013 BESPONSA® (inotuzumab ozogamicin) 2017 MYLOTARG® (gemtuzumab ozogamicin) 2017 LUMOXITI® (moxetumab pasudotox-tdfk) 2020 POLIVY® (polatuzumab vedotin) 2020 …  CONCLUSION Substance active (NMEs or Biologics)  Synthèse par lot  Synthèse en flux continu Veille réglementaire et scientifique pour anticiper et suivre les changements liées aux progrès scientifiques Journal très riche en info pertinentes +++ Conclusion Ouvrage en ligne très riche en info pertinentes +++ Conclusion Ouvrage en ligne très riche en info pertinentes +++ Conclusion Ouvrage en ligne très riche en info pertinentes +++ Conclusion Ouvrage en ligne très riche en info pertinentes +++ Conclusion