通过超临界流体色谱提高药物研发中的手性分离效率
超临界流体色谱(SFC)技术现已成为一种成熟的工具,被各种规模和不同类型的药物研发机构,广泛地应用于小分子药物开发策略中。可以肯定的是,在现阶段所有后期的手性候选药物的研发进程中,都能找到SFC的踪迹。大型制药公司使用SFC已有20多年的历史,并且其中大多数公司在10多年前就已专门开发了基于手性SFC技术的应用。这些应用领域包括用于确定API和中间体手性纯度的手性分析方法筛选;以及放大过程中的手性分离方法开发。SFC制备仪器可用于从毫克级到公斤级的手性分离。
得益于该技术在速度上的诸多优势,SFC技术在药物手性分析和纯化方面的应用已经全面超越HPLC技术。 SFC中常用的流动相主要是由CO2和另一种有机醇溶剂组成,它们通过一个液体/CO2二元泵混合并压缩而成。该方法最根本的优点是其流动相可以具有更高的理想线速度。已经有研究表明,对于固定相颗粒大小相同的色谱柱,SFC的流动相流速可以比HPLC高三到五倍。
通过更高的操作流速,SFC流动相固有的较低粘度可以降低流动相通过色谱柱时的压差,从而可以在需要时使用更长的色谱柱。在SFC的梯度分离中,系统的快速平衡可以缩短分离周期,从而进一步压缩了开发手性分析方法所需的时间。这些特性使得SFC可在更短的时间内实现更高效的分离,从而更快地获得最佳手性分析方法,并能够尝试越来越多的商品化固定相。
SFC技术在手性分析上的这些优点也可以扩展到手性制备上。更高速的分离缩短了进样周期的时间间隔。与HPLC相比,在SFC上两个对映异构体的峰通常可以在更短的时间内,被高选择性地洗脱出来。利用便于自动连续叠加进样的系统,SFC制备的进样周期时间可以最小化到第一个峰的开始到第二个峰的尾部之间的时间差。
专业用户将能够通过优化进样量(加载量),流动相组成,流量,以及色谱柱长度(使用不同长度的色谱柱,或将几根色谱柱联结在一起)来最大程度地提高SFC的通量。遵循高效的SFC操作流程,与使用典型HPLC制备方法相比,SFC收集的馏分能通过溶剂蒸发大大降低其体积和毒性。
不过对于某些手性化合物来说,SFC可能并不是最佳的解决方案,尽管对于小分子药物来说这种情况不太常见。最可能的原因是这些化合物的溶解度较差。有些样品不能充分溶解在合适的溶剂中,以致于不能以合适的浓度注入SFC系统以提高分离产量。这可能是因为1)在非水样品溶剂中只能达到很低的浓度,2)固定相在样品溶解度高的溶剂中不稳定,或3)样品溶液在SFC流动相中的溶解度不好,导致进样时的压力峰值过高。在这些情况下,正相手性HPLC可能是最佳解决方案,因此它仍然是手性分离实验室中不可或缺的设备。
SFC系统所需大规模的基础设施投入是限制其更广泛使用的主要障碍。实验室需要储存足够量的液态二氧化碳以满足其生产需要,这可能需要费用不菲的设施改造。为了给制备型SFC泵提供必要的CO2输入,必须通过增压系统来提高液体CO2的压力(通常至少要提高到900 psi)。除了这些费用之外,制备型SFC系统本身还需要额外的组件,这是传统的HPLC系统所不需要的。这些组件包括CO2泵,背压系统,样品注射泵,气液分离器等,其他的配件具体取决于设备制造商和型号,因此,制备型SFC仪器通常更昂贵。虽然一旦系统到位,SFC的运行成本效益更高,但它对基础设施的要求在许多操作中非常重要,以至于人们往往会选择效率较低,但基础设施花费较少的替代方案。不幸的是,这就是几乎所有美国学术实验室和大多数小型制药和生物技术公司的现实。好在可以通过与具备SFC手性分离能力的公司进行外包或合作,从而让他们享受到这项技术带来的好处。不过由于一些欧洲或美国的外包机构报价过高,还是很大程度地限制了许多科学家对SFC技术的使用。
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0731708519326081?dgcid=author
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关于作者
Manny Ventura博士,现任上海睿智分析化学总监兼全球主管,工作地点位于南旧金山。他在超临界流体色谱(SFC)方面拥有20多年的经验。他曾在位于LaJolla的辉瑞公司领导分析制备小组,为分析组合库的高通量SFC / MS设计,开发和利用做出了重要贡献;其后在安进公司领导分析制备小组,通过制备型SFC为药物化学部门提供支持。Manny拥有加州大学伯克利分校的物理学学士学位,以及德克萨斯大学奥斯汀分校的分析化学博士学位,主攻质谱学。