Driving sustainable drug discovery and development using 绿色化学

写的:

马格努斯·约翰逊

高级首席科学家, 药物化学, 早期心血管, 肾脏与代谢, 澳门第一赌城在线娱乐R&D、澳门在线赌城娱乐

詹姆斯•道格拉斯

全球高通量实验,制药科学,澳门第一赌城在线娱乐研发总监&D、澳门在线赌城娱乐

史蒂文吞下

Principal Scientist Chemical 发展, Global 操作, AstraZeneca

对人类、社会和地球来说,可持续发展是一个至关重要的全球性问题. 在制药行业, 澳门第一赌城在线娱乐有责任开发出保持最高医疗功效和安全标准的药物,以造福患者, 同时通过尽量减少对社会和地球的环境影响,确保更健康的未来. As our technologies and healthcare systems evolve, we have an obligation to continually reduce the use of energy, 水, 材料, 浪费, and pollution associated with designing and manufacturing medicines, 并将它们传递给病人. To drive positive change beyond the impact of our medicines, 澳门第一赌城在线娱乐将绿色化学融入澳门第一赌城在线娱乐的实验室和生产中,使澳门第一赌城在线娱乐的产品更健康, 更可持续的未来.


什么是绿色化学?

绿色化学, 或者“可持续化学”, 化学产品和工艺的设计是否能减少或消除有害物质的使用和产生, use 浪费 disposal as a last resort, and improve energy efficiency across research, 开发制造. 绿色化学技术因其创新和推进药物发现和开发的潜力而受到全球关注 雄心勃勃的可持续发展目标.


了解更多关于澳门第一赌城在线娱乐如何在产品设计中实施绿色化学的信息, 生产, 及以后.
 


The 12 principles of 绿色化学

绿色化学基于外部开发的12项原则框架,旨在最大限度地提高效率并尽量减少对人类健康和环境的有害影响. The framework encourages chemists to use greener chemicals, processes or products that increase the efficiency of experiments, and to find new ways to reduce 浪费, conserve energy and eliminate the use of hazardous substances.




绿色化学 and sustainable drug design

澳门第一赌城在线娱乐在内部以及通过与领先研究机构和大学的外部合作进行的发现工作,帮助澳门第一赌城在线娱乐开发了新的工具和流程,确保药物设计的可持续性,同时不影响安全性或有效性.


通过后期分子修饰提高药物发现效率

后期功能化是在分子合成后期修饰分子的一种新方法——帮助化学家找到发现下一波创新药物的“捷径”. 这可以减少反应时间和资源密集型反应步骤的数量, 从而使澳门第一赌城在线娱乐的化学家能够更快、更可持续地产生分子多样性. 澳门第一赌城在线娱乐已经利用后期功能化技术制造了50多种不同的类药物分子, and we are leveraging this technique to develop our 下一代疗法.

Creating ‘magic’ with late-stage functionalization

有时, adding even a single methyl group – a single carbon bonded to a hydrogen – can dramatically change the function of a compound; medicinal chemists refer to this as the ‘magic methyl effect’. In 2020, we published a ground-breaking study in 化学性质, 在这个过程中,澳门第一赌城在线娱乐只需一步就能在药物中添加一个“神奇甲基”.

Inspired by this result, we collaborated with world-leading academic groups. 在澳门第一赌城在线娱乐最近发表于 自然通讯, 澳门第一赌城在线娱乐开发了一部小说, 灵活的策略,选择性地在精确的分子位置添加不同的官能团到药物化合物. 以这种方式添加官能团意味着澳门第一赌城在线娱乐可以在一个步骤中生成许多候选药物分子的变体, without having to start from scratch each time.

Innovating the synthesis of PROTACs:

PROteolysis TArgeting Chimeras (PROTACs) 是一种很有前景的治疗多种疾病的新方法,包括癌症和慢性病,但它们在技术上很难合成. We recently developed a novel method, published in 自然通讯, 它利用后期功能化选择性地将活性药物成分转化为PROTACs,只需一步, enabling faster and more efficient synthesis of these complex compounds.

 

化学反应小型化

In collaboration with Stockholm University, 瑞典, 澳门第一赌城在线娱乐正在使化学反应“小型化”——只需1毫克的起始物质(想想:一小撮盐)就能进行数千次反应. 这使澳门第一赌城在线娱乐能够探索新的化学,因为与使用相同数量的材料的标准技术相比,澳门第一赌城在线娱乐可以进行数千倍的反应. 该方法发表于 江淮盟是一种新的可持续的方法,可以探索更大范围的类药物分子.


Harnessing artificial intelligence and machine learning

机器学习可以帮助澳门第一赌城在线娱乐预测和优化化学反应,使过程更有效和可持续. By analysing large datasets of chemical reactions, machine learning algorithms can help our chemists identify patterns, 预测反应结果, 优化反应条件. This can help reduce 浪费, energy consumption, and unwanted byproducts.

研究 recently published in the Journal of The American Chemical Society 演示了澳门第一赌城在线娱乐使用的机器学习模型,该模型可以预测在复杂分子中发生特定化学反应-硼化反应的位置. This model outperforms previous methods, 使澳门第一赌城在线娱乐能够简化药物开发,同时促进环境的可持续性.1



创新可持续催化剂

The right catalyst is crucial to greener chemical reactions. 催化剂能加速反应, enable new chemistries (that would otherwise be impossible), 更为关键的是, 减少制造活性药物成分所需的步骤数. 合适的催化剂还可以限制对环境有害的试剂的使用和澳门第一赌城在线娱乐对贵金属的依赖. 在澳门第一赌城在线娱乐的研究中, 开发制造, we use a number of innovative catalysts, from light and electricity to biocatalysts and sustainable metals.


光催化作用


澳门第一赌城在线娱乐最近开发了一种光催化反应,可以从晚期癌症药物的制造过程中省去几个阶段, leading to a more efficient manufacture with less 浪费

史蒂文吞下 Principal Scientist, Chemical 发展, Global 操作, AstraZeneca

可见光催化已成为有机化学中一种强有力的工具, 能够在低温下合成药物设计的关键构建块. This technology also allows rapid testing of diverse compounds, 使用更安全的试剂, 并为更有效的化学合成创造新的化合物开辟了新的合成途径, including one currently in late-stage development.2

在与亚琛工业大学利奥诺里集团的产学研合作中, 在药物发现过程中,澳门第一赌城在线娱乐开发了新的光催化方法来合成各种化合物.3,4

电催化作用


电催化可以在温和的条件下获得独特的反应途径,同时也取代了有害的化学试剂

马格努斯·约翰逊 高级首席科学家, Early CVRM, 澳门第一赌城在线娱乐R&D、澳门在线赌城娱乐

电催化作用 uses electricity to drive chemical reactions, offering an efficient and sustainable route to organic synthesis.

In a collaborative study published in 自然通讯 与Göttingen大学和德国心血管研究中心合作, 澳门第一赌城在线娱乐应用电催化选择性地附着一个碳单元,准备制作新的类药物化合物文库. 这一创新过程具有可持续多样化和简化候选分子生产的潜力.5

生物催化作用


Biocatalysts stand apart from conventional catalysts, 通常在一个单一的合成步骤,可以实现许多步骤使用传统方法

马丁·海耶斯 Associate Principal Scientist, Discovery Sciences, 澳门第一赌城在线娱乐R&D、澳门在线赌城娱乐

Biocatalysts are proteins that accelerate chemical reactions. 与传统的合成相比,使用生物催化剂可以为复杂的药物分子提供更精简的途径. 计算酶设计与机器学习相结合的进步正在扩大生物催化剂的范围,可用于更广泛的化学反应, transforming sustainable synthesis in drug discovery 及以后.


可持续金属催化


在硼化反应中,用镍基催化剂取代钯可以减少75%以上的二氧化碳排放量, 淡水使用, 废物的产生

斯科特大米 Senior Scientist, Chemical 发展, Global 操作, AstraZeneca

Palladium is used to catalyse crucial chemical reactions; however, 铂族金属(铂族金属)如钯是昂贵的和环境破坏的来源. 因此,澳门第一赌城在线娱乐正在努力确定和优化催化剂,在两种广泛使用的化学反应中使用更丰富的镍-硼化, 以及铃木反应.




不小的(规模)壮举:减少生产中的浪费和产品的可持续性

澳门第一赌城在线娱乐正在通过小型化技术不断减少实验室实验所用材料的数量, high-throughput technologies and computational approaches. 然而, 一旦活性药物成分(API)离开研究实验室并被开发成需要大规模生产的批准药物, 所需的数量显著增加(从公斤到数吨)——相关的废物也是如此. This manufacturing 浪费 can be key contributor to our carbon footprint, 因此,将绿色化学原则扩展到澳门第一赌城在线娱乐的制造业对于实现澳门第一赌城在线娱乐的可持续发展目标和碳排放目标非常重要.

In line with the Twelve Principles of 绿色化学, 从简单的原料中寻找更短的反应序列来生成API是澳门第一赌城在线娱乐开发化学家的主要关注点. 通常, there are multiple possible routes to synthesis – and the more complex API, 存在更多的潜在路线.

澳门第一赌城在线娱乐的化学家评估可用合成路线的一种方法是使用过程质量强度(PMI), 生产一公斤原料药所需原料数量的简单总和. 很多输入材料, 比如溶剂, catalysts and reagents do not end up in the API but rather, 成为废物, so minimizing PMI also helps reduce how much 浪费 we produce.

We recently developed a novel method to predict the PMI of all possible routes for a sequence of reactions – without doing any experimentation; this means we can save time and resources not only in the final manufacturing process, but also while optimizing these processes during development.6 除了, 澳门第一赌城在线娱乐正在探索其他方法,以减少在开发阶段和发布后的制造浪费, including intensifying our processes, reducing our dependence on solvents, 回收和再利用溶剂, and switching to new renewable 材料.




加入澳门第一赌城在线娱乐:共同努力为子孙后代提供可持续的健康

澳门第一赌城在线娱乐专注于加速提供改变生活的药物,同时将可持续性融入澳门第一赌城在线娱乐所做的一切. By reducing our carbon footprint, 澳门第一赌城在线娱乐使用绿色化学帮助澳门第一赌城在线娱乐实现可持续发展目标,并展示了支持更健康的地球的战略如何也能改善人类健康和推动科学发展.

澳门第一赌城在线娱乐欢迎, 希望有才华有前途的员工加入澳门第一赌城在线娱乐,为人类创造健康的未来, 社会与地球.





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引用:

1. Caldeweyher E.埃尔金,M.盖比,G.约翰逊,M., Sköld, C.诺比,P.O. Hartwig, J.F., 2023. 预测铱催化芳烃硼化反应选择性的混合机器学习方法. Journal of the American Chemical Society145(31), 17367-17376.

2. Graham, MA, Noonan, G, Cherryman, JH, 等. 大规模光氧化还原无添加剂Minisci反应的开发和概念验证. 有机过程研究 & 发展 2021 25 (1), 57-67 DOI: 10.1021 / acs.oprd.0c00483

3. Caldora HP, Zhang Z, Tilby MJ, Turner O, Leonori D. 双光化学h原子转移和钴催化环己酮脱饱和合成酚的研究. 新化学国际教育英语. 2023;62(25):e202301656. doi: 10.1002 / anie.202301656

4. Gutiérrez-González, A, Karlsson, S, Leonori, D, Plesniak, MP. 基于光氧化还原催化和流动化学的烷基溴和醇制备烷基磺酰氟的温和策略有机快报2024 26 (18), 3972-3976 doi: 10.1021 / acs.orglett.4c01216

5. 林,Z.美国,达卡.,侯,X. 等. 无导向基团的电催化直接芳烃烯化用于选择性晚期药物多样化. 农学通报14,4224 (2023). http://doi.org/10.1038/s41467-023-39747-0

6. Angelini L.Coomber, C.E.,豪厄尔,G.P.卡拉乔吉斯,G. 泰勒,B.A., 2023. 累积复杂性元指标作为合成路线设计过程质量强度(PMI)的效率度量和预测因子. 绿色化学, 25(14), 5543-5556.


Veeva ID: Z4-67873
Date of preparation: September 2024