在线红外光谱实时监控固相肽合成

在现代生物医药领域，多肽药物凭借其独特的优势正发挥着越来越重要的作用。以胰高血糖素样肽 - 1 受体激动剂（GLP1-RA）为例，通过模拟天然胰高血糖素样肽 - 1 的作用，它能有效促进胰岛素分泌、抑制胰高血糖素释放，从而实现血糖控制。目前已上市的 GLP1-RA 药物如司美格鲁肽、度拉糖肽等，都是多肽药物中的“明星产品”。

多肽是由氨基酸通过肽键连接而成的生物活性分子，其结构与功能高度匹配。除了核心氨基酸序列，多数多肽需与长链脂肪酸结合，部分还会与 Fc 蛋白或抗体偶联。这种修饰不仅能实现靶向递送，还能延长药物半衰期。

图1. 通过偶联长链脂肪酸或抗体的多肽分子

多肽的生产工艺是一个复杂的过程，通常包括以下几个主要步骤：合成（Synthesis）、纯化（Purification）、分离（Isolation）和制剂（Formulation）。在合成阶段，多肽可以通过固相、液相或重组生物合成方法制备，但这一过程可能会产生副产物和杂质，且长肽链的合成可能面临效率和产率的挑战。接下来的纯化步骤，如色谱和切向流过滤，旨在去除这些杂质，但需要精确控制条件以避免多肽降解。分离步骤，包括沉淀法、结晶法、喷雾干燥和冷冻干燥，用于从溶液中得到固体多肽，这一步骤同样需要精确控制以保持多肽的稳定性。最后，制剂步骤涉及将多肽与其他成分混合、过滤和罐装，以确保最终产品的稳定性和生物相容性。

图2. 多肽生产工艺的四个关键步骤

面对工艺效率低、产品质量不稳定等挑战，过程分析技术（PAT）和数字建模工具提供了重要的解决方案。PAT允许实时监控工艺中的关键参数，实现更精确的过程控制，而数字建模可以预测不同操作条件对产品质量的影响，优化工艺参数，提高效率和产率。这些技术减少了试验和错误，降低了成本和时间，提高了最终产品的质量和一致性，并有助于满足监管要求，增强合规性。自动化与PAT技术可以助力多肽生产中各工艺的优化和改进，我们将通过系列文章向您介绍这些技术在不同场景中的应用和价值。本篇文章将聚焦固相肽合成，通过在线红外光谱实现对合成过程中每个反应、每个循环以及整个合成过程的实时监控。

固相肽合成（SPPS）因其高效性和自动化优势，成为目前工业生产的主流方法。其通过将氨基酸按特定序列依次连接到固相载体上实现肽链延伸，适用于中小分子量多肽的生产。核心流程包括树脂活化、脱保护、偶联、循环延伸及裂解纯化等步骤。每加入一个氨基酸，都需经过 “脱保护 - 活化 - 偶联” 的循环，最终形成目标肽链：

1. 脱保护（Deblocking）：使用哌啶等试剂去除氨基酸的α- 氨基保护基（如 Fmoc），暴露反应位点；

2. 活化（Activation）：将下一个 N 端保护的氨基酸的羧基通过活化试剂（如 DIC/Oxyma）激活，形成活化酯；

3. 偶联（Coupling）：活化的氨基酸与未保护的氨基酸进行偶联，形成肽键（酰胺键）。

每完成一个循环即可特异性地将一个目标氨基酸延长入肽链。根据目标肽链的序列和长度，不断重复以上循环，直至目标肽链长度完成。最后将其从树脂上裂解，同时去除侧链保护基。

图3. 固相肽合成（SPPS）化学步骤示意图

SPPS 具有诸多显著优势。它能够实现自动化合成，大大提高了生产效率，缩短了研发和生产周期；由于反应在固相载体上进行，中间产物无需繁琐的分离纯化，减少了操作步骤和损失；并且该方法具有良好的可重复性，能够保证产品质量的稳定性，非常适合工业化大规模生产。

尽管 SPPS 应用广泛，但仍面临诸多挑战。在合成较长肽链时，随着反应循环次数的增加，每一步的反应效率累积误差会导致最终产率大幅下降。例如，为了制造含有39个氨基酸的替尔泊肽（Tirzepatide），需要多次重复这一过程。实践中可以采取分段缩合策略，通过将较大的8-9个氨基酸的肽链连接在一起，大大缩短工艺时间，降低逐步合成难度，同时也提高了产量和纯度。

通过原位表征和实时过程监测，我们可以同时解决多个挑战，优化循环时间和反应动力学，并提高转化率。

图4. ReactIR?在线红外光谱仪

在线红外光谱能实时追踪固相合成的每一个循环，包括溶剂洗涤、脱保护、活化、偶联等步骤，通过特征峰的变化判断反应是否完全。如在活化和肽键偶联步骤，红外光谱能够追踪反应物和产物特征峰的变化。通过准确确定每个反应的反应终点，可以确保每个反应都以最高的收率和效率完成.

图5. 一个氨基酸添加的循环中各反应步骤的过程趋势图

图5. 十个循环的过程趋势图

对于多个循环过程，在线红外光谱可以连续记录整个过程，生成反应趋势曲线。通过分析这些曲线，研究人员能够深入了解反应的动力学特征，如反应速率、平衡时间等，从而优化反应参数，提高合成效率和产品质量。杂质溯源、批次间差异等问题也可以通过完整的过程数据被轻松解决。

的在线红外光谱技术，以“实时监控”为核心，为固相肽合成装上了“智慧眼睛”，全方位破解了传统合成中反应终点模糊、批次差异难控、长肽链产率低等痛点。这不仅是技术的革新，更是多肽生产从“经验驱动”向“数据驱动”的跨越。

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