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我国甾体激素药物产业发展的新形势和以氢化可的松生物制造半合成技改任务的紧迫性

已有 2230 次阅读 2020-10-16 18:01 |个人分类:科技评论|系统分类:论文交流

我国甾体激素药物产业发展的新形势和以氢化可的松生物制造半合成技改任务的紧迫性

ì                            杨顺楷     四川     成都


我国甾体激素药物产业发展,伴随着半合成原料从传统的单一依赖薯蓣皂素-双烯路线,已经较为成功地转型发展到应用植物甾醇发酵生产的雄烯二酮(4-AD),ADD,以及9-OH-AD产品作为半合成原料。以此3种APIs,已经顺利研发以4AD生产糖皮质激素的半合成路线,以ADD生产雌激素,以9-OH-AD生产含氟糖皮质激素倍他米松的半合成路线,较为成功地替代,并改变原来薯蓣皂素-双烯在我国甾体激素药物的传统生产工艺和市场定位,并由此引发了环境保护,以及上下游产业发展的多米诺骨牌效应。其主要原因在于薯蓣皂素价格波动很大,加之薯蓣皂素生产加工过程中对水资源消耗量大(150吨鲜黄姜酸水解制水解物,仅仅水洗到中性,制得15吨水不溶性干基水解粉,最后用溶剂汽油提取结晶制得1吨皂素);再由皂素再经由化工生产双烯物环节,一直存在的铬污染环境问题,也未能取得突破,故解决绿色工艺的替代成为了十分重要的任务。


由此可见,我国甾体激素产业转型发展势在必行。自从新世纪初,我国从引入国外南北两条植物甾醇发酵生产4AD生产线以来,结合国内原有的技术基础,目前已经有多家企业,合计建成了千吨级的4AD生产线,目前植物甾醇和4AD的市场价位相对稳定,并且稳重有降。这就为延伸产业链,生产糖皮质激素的大宗基础产品氢化可的松提供了有利条件。据初步测算,与旧有的皂素-双烯半合成工艺路线生产氢化可的松比较,原有的5步反应缩减到新工艺的3步,产品车间成本减少650元/kg;尤其引人注目的是经由9-OH-AD,湖南新合新创新工艺生产高档含氟糖皮质激素倍他米松,产品车间成本降低非常显著,减少到850元/kg。


本文重点强调的是,我国以糖皮质甾体激素原料药氢化可的松生物制造半合成技改任务具有紧迫性。无论是传统的经由薯蓣皂素-双烯化学合成到RSA供蓝色犁头霉AS3.65发酵转化,或者是由4AD经由化学法在C17位引入双羟丙酮侧链,由RSA仍旧采用蓝色犁头霉“一步法”发酵转化生产氢化可的松,长期以来收得率处于45%的低水平,虽然对RSA的总羟基化率达到70%,但是还有30%的底物去向到哪里去了?一直未能解答这个问题(其实是目标产物被降解破坏和菌丝吸附丢弃)。近年国外同类产品研究的总羟基化率已经达到80~90%水平,我国与其比较差距较大。虽然国内回收的表皮醇(C11alpha-OH)可以化学法再利用,但仍然是对甾体资源的低效利用,能源消耗增加,环保问题仍然存在。必需对国内基础糖皮质激素氢化可的松的生物制造进行技术改造(目前已达到百吨级原料药产出),至少需得赶上国外同业的先进水平,即应用新月弯孢霉(Curvularia lunata)转化RS,实施将菌种培养的微生物生长阶段,和活性菌丝置于合适的生物催化缓冲液转化介质转化阶段分开进行,该新工艺技改成功,氢化可的松收得率可达到60%的高水平。


当前,一种很有吸引力的,取代生长菌丝细胞进行微生物转化技术就是菌丝细胞悬浮法,又称为置换培养或静息细胞培养(replacement or resting cell culture),即将微生物菌种借助二级发酵培养制造生物催化剂培养物,通常利用过滤或离心收获菌丝细胞物,洗涤,然后悬浮在合适的缓冲液介质中。通常可以将菌丝细胞物悬浮密度可以灵活调节,较生长培养阶段提高2-3倍(总酶活性),或稀释下调,然后投加底物进行生物转化。与此同时,所需要的C11beta-羟基化酶也能够在这一非生长菌丝细胞的转化介质中诱导合成。

该技改工艺的优点具有如下5条:

1)去除生长阶段可能导致对底物和/或产物有害的影响因子;

2)可以很直观地选择优化的菌丝细胞浓度(密度)对应于合适的转化速率(因为培养的菌丝细胞物密度是一个常量);

3)勿需无菌操作条件,因为缺乏微生物生长培养基;

4)从相对简单的缓冲液介质反应混合物中分离转化产物,较之从复杂的生长培养基发酵混合物分离操作容易得多,而且菌丝吸附的甾体产物氢化可的松和少量底物可以用缓冲液淘洗回收;

5)个别发酵参数的优化调节(如pH,温度,通气量等)可以在没有微生物生长(或影响微生物生长)的条件下进行。


笔者所在实验室团队,在过去的20多年一直聚焦于国内外的氢化可的松生物制造的研究与开发,对蓝色犁头霉和引进的新月弯孢霉进行了比较实验研究。实验室克量制备氢化可的松试验(玻璃罐2L,5L,10L)结果:蓝色犁头霉AS3.65收得率为44.7o%;新月弯孢霉菌丝缓冲液介质转化RS制氢化可的松6批次实验,统计分析结果:均值=58.92,SD=2.02,n=6(国外同业新月弯孢霉55-60%)。可见我国基础糖皮质激素氢化可的松生物制造产业发展,确实很有必要进行彻底的技术改造,依托研究所与企业结合,创新发展,进一步提高我国糖皮质激素药物氢化可的松产业发展很有希望。





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2 郑永军 宁利中

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