Téma vydání: Farmacie a biotechnologie
AKTUÁLNÍ INFORMACE Z CHEMICKÉHO PRŮMYSLU A LABORATORNÍ PRAXE – WWW.CHEMAGAZIN.CZ
5 ROČNÍK XXXIII (2023)
TÉMA VYDÁNÍ: FARMACIE A BIOTECHNOLOGIE
AI ve službách retrosyntézy Monitorování procesů v bioreaktorech a studium polymorfů pomocí Ramanovy spektroskopie Ramanovy spektrometry ve farmacii Kombinované Raman-SEM zobrazování ve farmacii
Analýza a purifikace syntetických oligonukleotidů Rozpustnost: význam, měření a aplikace Orbitrap Astral – hvězdný hmotnostní spektrometr Problematika
reprodukovatelnosti výsledků v lyofilizátorech
METROHM INSTANT RAMAN ANALYZER FOR PHARMA
www.metrohm.cz
DESIGNED BY SCIENTISTS FOR SCIENTISTS
BOOK YOUR DEMO NOW
Every Picture Tells Your Story The Crystalline™ is a unique analytical instrument with 8 parallel particle view cameras, that allows scientists to access crystallization and formulation information at milliliter scale. Benefi ts • Develop, control and optimize your entire crystallization process • Visualize particles clearly with up to 0.63 μm resolution, improved front light and color camera options • Use advanced analytical features such as digital particle viewer, Particle Size Distribution (PSD), Real time Raman • Control processes better with the AI-based software analysis • Save time and costs with robotic automation
The new industry standard The Crystal16® parallel crystallizer is a multiple reactor station providing a screening solution for solubility determination, solid- state research, and process development. Benefi ts • Advance your research with the world’s most used equipment for polymorph, salt, and co-crystallization screening • Easily determine solubility curves and MSZW • Run 16 experiments simultaneously at 1mL scale • Obtain 4 solubility curves in 4 hours with as little as 100 mg API • Simplify induction time and nucleation rates
Solubility curves in different solvents
Polymorphic transformation
Coloured compounds
Tel: +31 72 30 200 40 Follow us on
Please contact us for more information info@crystallizationsystems.com crystallizationsystems.com
trust the best
ICO Inkubátor
Sterilní. Bezpečné. Spolehlivé rile.
IDEÁLNÍ PRO REGULACI TEPLOTY OPLACHOVACÍCH A INFŮZNÍCH ROZTOKŮ, INJEKTÁŽ ŽIVÝCH KULTUR A OHŘEV VKLÁDANÉHO ZBOŽÍ V OBLASTI MEDICÍNY, VÝZKUMU, FARMACEUTICKÉ A POTRAVINÁŘSKÉ CHEMIE.
www.memmert.com
Memmert Central Europe s.r.o. - GBC3 Business Centre - Galvaniho 15C - 821 04 Bratislava - Slovensko
TIMEGATE
PRVNÍ RAMANOVY SPEKTROMETRY S REÁLN Ě POTLA Č ENOU FLUORESCENCÍ Ramanova spektroskopie je velmi silný nástroj každé moderní laborato ř e. Je to rychlá, spolehlivá, jednoduchá a relativn ě levná analytická metoda, která nevyžaduje hluboké znalosti ani složitou p ř ípravu vzorku. B ě hem n ě kolika desítek vte ř in poskytuje detailní informace o chemickém složení vzorku, jeho krystalické struktu ř e i fyzikálních vlastnostech. Je možné s ní m ěř it mikroskopické vzorky i rozm ě rné objekty, a Ramanova spektra lze m ěř it dokonce i p ř es ř adu obalových materiál ů . Na problémy ovšem naráží v p ř ípad ě fluorescence, která m ů že n ě která m ěř ení zkomplikovat, nebo i zcela znemožnit, což je č asté nap ř . u vzork ů biologického p ů vodu č i barevných materiál ů . Existuje ř ada zp ů sob ů , jak s fluorescencí bojovat, z nichž každý má své výhody i nevýhody. Spole č nost Timegate však jako první na sv ě t ě nabízí integrovaný systém s jedine č ným ř ešením reálného potla č ení fl uorescence , a tak je s jejími spektrometry možné m ěř it i vzorky, jejichž analýza s b ě žnými spektrometry nebyla možná.
Jedine č ný spektrometr PicoRaman M3 m ů žete mít v sestav ě s mikroskopem pro m ěř ení všech typ ů mikroskopických vzork ů , celou pro eliminaci odraženého zá ř ení č i sondou pro online monitorování proces ů v kapalných vzorcích, jako jsou nap ř . bioreaktory, nebo analýzu um ě leckých p ř edm ě t ů . Své uplatn ě ní tak nachází v geov ě dách, biofarmaceutickém a forenzním výzkumu, ve farmacii, výzkumu katalýzy a mnohých dalších oborech.
Princip technologie Timegated pro reálné potla č ení fluorescence
CMOS-SPAD detektor
Pikosekundový pulzní laser
Raman ů v spektrometr PicoRaman M3 v kombinaci s mikroskopem Olympus pro č asov ě rozlišenou Ramanovu mikroskopii
Více informací na www.nicoletcz.cz
OBSAH VYDÁNÍ
Umělá inteligence ve službách retrosyntézy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Představení umělé inteligence programu SYNTHIA™. Monitorování procesů v bioreaktorech a studium polymorfů pomocí časově rozlišené Ramanovy spektroskopie Timegate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Monitoring bioprocesů ve výrobě a analýza polymorfů ve farmaceutickém výzkumu a produkci s Ramanovým spektrometrem PicoRaman M3, který umožňuje reálné potlačení fluorescence samotným způsobem měření, nikoli pomocí softwarových triků. Využití Ramanových spektrometrů ve farmacii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Pohled na Ramanovy spektrometry, které nalezly ve farmacii své využití jako vhodné analyzátory pro identifikaci a verifikaci materiálů. Kombinované Raman-SEM zobrazování pro farmaceutické studie . . . . . . . 16 V článku je prezentováno korelativní Ramanovo zobrazování a rastrovací elektronová mikroskopie jako užitečný nástroj pro studium jemných struktur a chemického složení farmaceutických vzorků. Analýza a purifikace syntetických oligonukleotidů od začátku do konce – Od výzkumu a vývoje po produkční QA/QC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 V článku se dozvíte, jaké nástroje nabízí společnost Agilent pro tuto oblast. Rozpustnost: význam, měření a aplikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Příspěvek se zabývá stanovením rozpustnosti metodou bodu vyčeření/zákalu přístrojem Crystal16 a jeho integrovanými senzory zákalu, která umožňuje vědcům snazší sběr a reprodukci dat ve srovnání s metodou EqC. Pro metodu přídavku rozpouštědla lze použít přístroj Crystalline vybavený kamerami pro pozorování částic, který je rovněž v textu představený. Orbitrap Astral – hvězdný hmotnostní spektrometr . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Unikátní technologie použitá v novém hmotnostním spektrometru oslňuje dechberoucí výkonností, díky čemuž lze ve stejném vzorku za stejný čas identifikovat o 50 % více proteinových skupin oproti současně nejlepšímu dostupnému instrumentu. Problematika reprodukovatelnosti výsledků v lyofilizátorech . . . . . . . . . . . 28 Příspěvek o tom, kterak dosáhnout reprodukovatelnosti výsledků s lyofilizátory amerického výrobce VirTis nebo v Česku vyráběným lyofilizátorem AMARU. Ruční vs. strojové čištění laboratorního skla a vybavení . . . . . . . . . . . . . . . 30 Bližší pohled na výhody a nevýhody strojového čištění laboratorního skla a vybavení a prezentace laboratorní myčky PG 8504 od Miele Professional. Odsávání v laboratořích . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Přehled klíčových aspektů týkajících se odsávání výparů a prachu v laboratořích obecně a představení polohovatelných odsávacích ramen značky Nederman.
Číslo 5, ročník XXXIII (2023) Issue 5, Vol. XXXIII (2023) ISSN 1210 – 7409 Registrováno MK ČR E 11499 © CHEMAGAZÍN s.r.o., 2023
Dvouměsíčník přinášející informace o chemických výrobních zařízeních a technologiích, výsledcích výzkumu a vývoje, laboratorních přístrojích a vybavení laboratoří. Zasílaný ZDARMA v ČR a SR. Zařazený do Seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR, Chemical Abstract a dalších rešeršních databází. Vydavatel: CHEMAGAZÍN s.r.o. Gorkého 2573, 530 02 Pardubice Tel.: +420 603 211 803 info@chemagazin.cz www.chemagazin.cz Šéfredaktorka: Ing. Květoslava Stejskalová, CSc. T: +420 604 896 480 kvetoslava.stejskalova@chemagazin.cz Odborná redakční rada: Kalendová A., Babič M., Čejka J., Koza V., Kubička D., Navrátil T., Neuman J., Přibyl M., Svoboda K. Redakce, výroba, inzerce: Tomáš Rotrekl T: +420 603 211 803 tom@chemagazin.cz Tisk: Triangl, a.s., Praha Dáno do tisku 2.10.2023 Náklad: 3 600 výtisků Distributor časopisu pro SR: INTERTEC s.r.o., ČSA 6, 974 01 Banská Bystrica, SK www.laboratornepristoje.sk Uzávěrky dalších vydání: 6/2023 – Kontrola a ochrana ž.p.
SEZNAM INZERCE
METROHM – Ramanovy spektrometry pro farmacii ........................................................1 TECHNOBIS – Přístoje pro testování rozpustnosti .................................................2 MEMMERT – Inkubátor .............................. 3 NICOLET CZ – Ramanovy spektrometry s reálně potlačenou fluorescencí ................ 4 MERCI – Laboratorní digestoře a nábytek .13 M.G.P. – Sady pro výuku přírodních věd ...15 UNI-EXPORT INSTR. – Analyzátory povrchů vzorků ...........................................17 ALTIUM – Nové HPLC separační kolony . 20 PRAGOLAB – Akční nabídka přístrojů Thermo Scientific ...................................... 21 BIOTRADE – Třepačky ............................ 29 MIELE – Laboratorní myčky ...................... 31 ANTON PAAR – Analyzátory pro farmacii 33 PRAGOLAB – MS seminář ...................... 33 LIEBHERR – Chladničky a mrazničky ..... 37
ANAMET – Přístroje pro biofyzikální charakterizaci ............................................ 39 BIOING – Laboratorní přístroje pro analýzu a měření ve farmacii ................................. 39 PRAGOLAB – Akční nabídka spotřebního materiálu pro HPLC ...................................41 CHROMSPEC – Spektrofotometr .............45 NEDERMAN – Laboratorní odsavače ...... 45 DENIOS – Produkty a prostředky pro bezpečnost při práci .................................. 45 CHEMAGAZÍN – Konference pigmenty a pojiva – KPP 2023 ................................. 46 CHEMAGAZÍN – Konference pro vývoj, výrobu a kontrolu léčiv – VVKL 2023 ....... 57 CHEMAGAZÍN – Veletrhy LABOREXPO a PROCESEXPO ...................................... 58 VELETRHY BRNO – Veletrh MSV 2023 .. 59 MERCK – Umělá inteligence pro retrosyntézy ...............................................60
(uzávěrka: 24.11.2023) 1/2024 – Tepelné procesy (uzávěrka: 26.1.2024)
CHEMAGAZÍN – pořadatel veletrhů LABOREXPO a PROCESEXPO, Konference pro vývoj, výrobu a kontrolu léčiv a Konference pigmenty a pojiva
5
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
EDITORSKÝ SLOUPEK
PROČ DIVNÝ PODZIM, VŽDYŤ PŘECE STÁLE KRÁSNĚ SVÍTÍ SLUNCE?
• Několik článků se společným jmenovatelem „Ramanovo zobrazování“: společnost WITec představuje korelativní Ramanovo zobrazování a rastrovací elektronovou mikroskopii využitel- né ve farmaceutických studiích a alphaCART, přenosný konfokální Ramanův systém; novou generaci přenosných a ručních Ramanových spektrometrů představuje společnost Metrohm: mají velký potenciál v průmyslových aplikacích a budou hrát hlavní roli v blízké budoucnosti na rozdíl od velkých stolních laboratorních spektrometrů, které nelze snadno využít v „on-line“ nebo „at-line“ analýze v reálném čase; společnost Nicolet představuje Ramanovy spektrometry TimeGate, jež v podstatě fungují jako dva přístroje v jednom: Ramanův spekt- rometr a fluorometr. • MUNI BioPharma Hub – unikátní spojení mo- derních výukových prostor a špičkové výzkumné infrastruktury v nové budově Univerzitního kampusu Bohunice Farmaceutické fakulty brněnské Masarykovy univerzity. O přínosech projektu pohovořil David Vetchý, děkan FF, který bude detaily tohoto projektu prezentovat také v rámci naší redakcí pořádané konference VVKL 2023. • Příspěvcek o nástrojích firmy Agilent pro ana- lýzu a purifikaci syntetických nukleotidů. • Představení unikátní technologie použité v no- vém hmotnostním spektrometru Orbitrap Astral nebo výhody v Česku vyráběného lyofilizátoru AMARU. • Zprávu o tom, že vědci z olomouckého centra CATRIN a ostravských center CEET a IT4Innovations (při VŠB-TU) nalezli cestu pro přeměnu odpadního glycerolu (z výroby bionafty) na chemickou formu, kterou bude možné znovu využít v oblasti biopaliv. Vyvinuli uhlíkový materiál na bázi grafenu chemicky upravený pomocí přírodní aminokyseliny. • Úspěšný 90 let dlouhý příběh zrodu a rozvoje společnosti Memmert, norimberského lídra na trhu sterilizátorů, zařízení regulujících vnitřní klima a teplotu. • A další krátké články představující novinky na poli přístrojů či techniky a vybavení vašich laboratoří nebo výroby a další objevy na poli vědy a výzkumu z domova i zahraničí. I když, jak poznamenala paní u popelnic, léto stále není pryč, u nás v Chemagazínu již máme podzim v plném proudu. Dolaďujeme totiž pří- pravy námi pořádaných podzimních konferencí. Potkat se tedy můžeme počátkem listopadu na Konferenci pigmenty a pojiva na Seči u Chrudimi a nebo na prvním ročníku Konference pro vývoj, výrobu a kontrolu léčiv v pražských Vysočanech. Mnoho inspirativního čtení v tomto vydání Chemagazínu vám přeje, Květa STEJSKALOVÁ, Vaše šéfredaktorka kvetoslava.stejskalova@chemagazin.cz.
S desítkou pedagogů chemie, takových těch nadšenců, co se žáky experimentují a navíc jsou ochotni a schopni o tom sepsat projekt a přihlásit jej do soutěže, jsem se potkala v polovině září. Sedím v komisi, jež projekty vyhodnocuje, a pak také mám tu čest jedno z ocenění předat (viz obr.). 14. září uspořádal Svaz chemického průmyslu ČR v Autoklubu v Praze tradiční Večer s českou chemií. Kromě ocenění již zmíněných pedagogů (vítězové soutěže Učme chemii atraktivně) oceňují i chemické firmy (certifikáty Responsible Care a Cena udržitelného rozvoje). Čestné uznání dostávají i vybrané osobnosti české chemie. I když z krátkých projevů vyzvaných hostů byla cítit i skepse a obava o osud chemie, stále více svazované legislativou, doufám, že své místo v lidské společnosti chemické obory neztratí, a dokonce i některé posílí. Velký potenciál totiž máme u nás například v nanotechnologiích či biotechnologiích. Praha má dnes šanci stát se evropským lídrem v oblasti biotechnologií díky intenzivnější spolupráci vědeckovýzkumných institucí a komerčních partnerů. Nedávno založené oborové sdružení Prague.bio plánuje propojit vědu a byznys s cílem urychlit vývoj nových léčiv, diagnostiky a jiných úspěšných projektů, které pomohou při financování české vědy. A blýská se i na lepší časy právě ve financování – Česká spořitelna totiž vstupuje jako první banka v Česku do investičního fondu i&i Biotech Fund, který působí při Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Fond bude podporovat vývoj nových léčiv, diagnostických metod a medicínských technologií. A o farmacii a biotechnologiích je toto vydání Chemagazínu, ve kterém najdete mimo jiné např.: • Program SYNTHIA™ Lite, který nabízí jedi- nečnou příležitost vkročit již nyní do nové éry retrosyntézy, představuje v článku o roli AI ve službách retrosyntézy společnost Merck Life Science.
„Ten podzim je letos ale divný, takový nepama- tuji,“ pronesla paní přede mnou, když odhazovala igelitku s plasty do žlutého kontejneru. Otočila se na mne, co já na to. Nešlo neodpovědět. Místo mne si vzal ale rychle slovo starší muž, co přispěchal za námi a pečlivě složené krabice cpal již tak dost plným otvorem do modrého kontejneru. Věkově si byli blíže, a tak paní nečekala, co já na to, a s mužem se dala živě do řeči. Oddechla jsem si, do šedého kontejneru nasypala sešlápnuté hliníkové plechovky, víčka a pár plechovek od rybiček a odešla jsem svým směrem. Na nedělní ranní diskusi jsem neměla dost nabito. Neodolala jsem však a ohlédla se za odcházející diskutující dvojicí. Podzim vystřídala diskuse nad výsledky voleb na Slovensku. Léto jako by stále nechtělo uvolnit místo podzimu, který již má svůj astrono- mický ale i ten náš, „lidský“, čas. Ale on přijde, brzy i s celou svou barevnou krásou. Léto bylo letos opravdu dlouhé, teplé a pro mne hlavně „horký“ srpen plný aktivit a programů popularizujících chemii: dvě týdenní letní školy pro středoškoláky, vědecký campík pro děti vědců a vědkyň z našeho ústavu a taky jednodenní workshop pro pedagogy. V projektu Akademie věd Otevřená věda docela pravidelně o prázdni- nách zajíždím na kurz pro pedagogy a učím je celý den formou našich chemických workshopů. Letos jsem za učiteli jela až do Olomouce, do prostor bývalého jezuitského konviktu, kde jsou dnes úžasné univerzitní posluchárny. Výuce pedagogů se nebráním, ráda jim předávám své postřehy a návody, jak u nás učíme chemii expe- rimentováním. Zabalit a převézt několik krabic napěchovaných pomůckami je o dost pracnější než spustit pár videí, ale je to stále moje volba, které se držím. Na tyto kurzy jezdí ti, kteří chtějí učit přes experimentování a nejen zařazovat k teorii video- ukázky. Teď se nám do toho ještě míchá AI, takže kdo ví, jak bude vypadat výuka chemie za čas.
Obr.: Fotografie z Večeru české chemie pořádaného SCHP ČR, kde K. Stejskalová předala oce- nění Mgr. E. Rečkové ze ZŠ Příbor za Oceněný projekt roku 2023 – Učme chemii atraktivně
6
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
TECHNICKÉ NOVINKY
navázala nejnovější studie, která poskytla další užitečné poznatky důležité pro dodržování před- pisů v oblasti EM. Aktualizovaná zpráva o studii „ Comparative analysis of Petri dish variation in flow rate for air sampling “ se hlouběji zabývá změnami průtoku v připravených miskách s médii, které byly po- zorovány v původní studii. Analyzuje potenciální přispívající faktory, jako je objem náplně, velikost Petriho misek a výška agaru, a poskytuje doporu- čení pro zajištění konzistentního a přesného od- běru vzorků vzduchu. Slouží také jako prostředek pro sdílení zjištění a podnět k dalšímu zkoumání v oblasti odběru vzorků vzduchu a variací Petriho misek, které mohou mít dopad na shodu s pří- lohou 1 a bezpečnou výrobu sterilních léčivých přípravků. Srovnávací šetření Petriho misek od šesti růz- ných dodavatelů médií identifikovalo faktory, které přispívají k odchylkám při odběru vzorků, provedením dodatečných měření ze všech mi- sek. Zdůrazňuje, že předem nalité Petriho misky, které se odchylují od doporučených standardů používaných pro odběr vzorků vzduchu, mo- hou způsobit kolísání průtoku. Pokud tyto od- chylky nejsou zohledněny, může dojít k nedosta- tečnému nebo nadměrnému odběru vzorků, což vede k nespolehlivým údajům. Zpráva o studii dochází k závěru, že pro dodr- žení průmyslových pokynů, zejména revidované přílohy 1, musí organizace zajistit pečlivý výběr vhodných Petriho misek a vzorkovačů vzduchu, aby bylo dosaženo přesných a spolehlivých vý- sledků odběru vzorků vzduchu. „ Naše původní studie byla rozhodně oceněna a diskuse s delegáty na nedávných oborových konferencích vedly k dalším otázkám. Nechtěli jsme tyto otázky nechat bez odpovědi, a proto jsme provedli další šetření, která jsou podrobně popsána v naší nejnovější studii, “ řekl Hamish Hogg, produktový specialista pro mikrobiologii společnosti Cherwell. „ Tyto studie vyvolaly ta- kový zájem, že náš tým mikrobiologické labo- ratoře nyní plánuje provést další šetření podob- ného charakteru. Jsme velmi otevřeni návrhům co zkoumat, abychom mohli pokračovat ve sdí- lení užitečných poznatků, které mohou podpořit bezpečnou výrobu sterilních léčivých přípravků. “ Odkazy na studie: [1] Srovnávací analýza variability průtoku v Pe- triho misce pro odběr vzorků vzduchu. Cherwell. Zveřejněno v červenci 2023. https://www.cher- well-labs.co.uk/does-petri-dish-choice-change- -sampling-accuracy-lp [2] Mění výběr desek přesnost odběru vzorků? Cherwell. Zveřejněno v únoru 2023. www.cher- well-labs.co.uk/does-plate-choice-change-samp- ling-accuracy-lp » www.cherwell-labs.co.uk IMA LIFE: PRŮLOM V OBLASTI FARMA INOVACÍ V reakci na stále se zpřísňující předpisy týkající se výroby injekčně aplikovaných léčiv je společ- nost Ima Life průkopníkem řešení, jehož tech- nologie jsou založeny na integrovaném využití pokročilé robotiky. Evropské i severoamerické směrnice, resp. směrnice cGMP Annex 1 a FDA, si žádají větší pozornost zaměřující se na elimi- naci rizika kontaminace. Vývoj systému Injecta, řešení společnosti Ima Life pro plnicí a dokončo- vací zpracování komponent RTU, které zpraco- vává injekční materiály v aseptických podmín-
kách v izolátoru, vděčí za svůj trvalý úspěch z významné části vynikajícímu partnerství vybu- dovanému mezi týmem inženýrů společnosti Ima Life a odborníky společnosti Kawasaki Robo- tics . Zavedení manipulačních robotů, které se dů- razně doporučuje jako strategie minimalizace rizik v prostředí aseptického zpracování, bylo základem koncepce plně robotizované společ- nosti Ima Life. Robotická řešení integrovaná se systémem Injecta se skládají z několika modulů, z nichž každý je vybaven jedním nebo více ro- boty schopnými automatizovat celý výrobní pro- ces: Je vhodné je nakonfigurovat tak, aby bylo možné vytvořit uspořádání podle výrobních po- třeb a požadovaných protokolů. Proč Kawasaki Robotics přináší změnu Klíčovými faktory, které vedly k úspěšné imple- mentaci robotů MC004-V společnosti Kawasaki v rámci koncepce zahrnující tři klíčové prvky: stroj, izolátor a robot, byly přizpůsobivost, znalost farmaceutického odvětví a integrovaný přístup. Při bližším pohledu na přínos společnosti Ka- wasaki Robotics je důležité zdůraznit úsilí vynalo- žené na přizpůsobení modelu několika způsoby, aby dokonale vyhovoval prostředí aseptického zpracování. Robot má 6 stupňů volnosti, povrcho- vou úpravu odolnou proti VPHP, užitné zatížení 4 kg, optimální zdravotně nezávadnou konstrukci a má duté zápěstí s plně integrovanou kabeláží a potrubím, aby se zabránilo jejich expozici v aseptickém prostoru. Obr.: Manipulační robot MC004-V Návrh robotů vhodných pro integraci do oblasti třídy A, kde se realizují kriticky důležité farmaceu- tické procesy, bude mít radikální dopad na me- chanickou konstrukci a výkonnost antropomorf- ního systému. Společnosti Ima Life a Kawasaki Robotics provedly všechny nezbytné kroky, aby zajistily, že integrované robotické řešení úspěšně řeší všechny aspekty. Společnost Frauenhofer Ipa byla vyzvána, aby provedla laboratorní testy s cílem ověřit pou- žití robota MC004-V v aseptických podmínkách. Byly zváženy aspekty konstrukce s ohledem na mycí operace a také aerodynamika hodnocená pomocí kouřových testů prováděných při lami- nárním proudění. Byly rovněž zkoumány aspekty dekontaminace, odolnost vůči VPHP a vliv na lo- garitmické snížení mikrobiologické zátěže v čase (hodnota D). Výsledkem partnerství společností Ima Life a Kawasaki Robotics jsou dva důležité faktory: – Robotické technologie se ve farmaceutickém průmyslu vyvíjejí rychleji než kdykoli předtím díky individuálnímu přístupu společností Kawasaki Robotics a Ima Life. – Cílevědomé úsilí bylo daleko účinnější při do- sahování ambiciózních cílů uvedených v meziná- rodních pokynech upravujících výrobu sterilních léčivých přípravků. » www.kawasakirobotics.com
NOVÁ ŠPIČKA – RAMANŮV SPEKTROMETR PRO CHEMICKÉ A FARMACEUTICKÉ APLIKACE Uživatelé systému Process Guardian (PGr) od Analyticonu těží z jeho vynikající signálové produktivity. PGr je mnohonásobně rychlejší než běžné Ramanovy spektrometry. Výsledky jsou k dispozici během několika sekund tam, kde to jiným trvá minuty. Díky tomu jsou dříve nereali- zovatelné aplikace s Ramanovou spektroskopií teď možné. To platí zejména pro časově náročné purifikační procesy, například v oblasti biofarma- cie DSP. Obr.: Process Guardian nová generace procesního Ramanova spektrometru
Systém PGr je navržen jako spektrometr PAT a lze jej ovládat přímo na přístroji, ale i vzdáleně online. Vybavení procesního spektrometru je na špičkové úrovni: Komunikace OPC, až osmi- násobný multiplex, vhodnost pro zónu 0 ATEX, různé predikční motory (PEAXACT, SOLO, SIMCA, CAMO), protokoly pro dodržování farma- ceutických předpisů, robustní duplexní optické vlákno s integrovanou ochranou proti přerušení. Výjimečná je také různorodost sond: bezkon- taktní sondy s vyměnitelnými ohnisky, ponorné sondy různých rozměrů i materiálů, autoklávova- telné průtokové cely. Pro systémy Sartorius Ambr a BioSTAT jsou k dispozici speciální sondy. » www.analyticon.eu NOVÁ STUDIE: ROZMĚRY PETRIHO MISKY MOHOU OVLIVŇOVAT VÝSLEDKY Společnost Cherwell , specialista na mikrobio- logická řešení pro čisté prostory ve farmaceu- tickém, zdravotnickém a příbuzném průmyslu, zveřejnila výsledky nového nestranného šetření dopadu používání předlitých Petriho misek od různých dodavatelů pro odběr vzorků vzduchu v programech monitorování prostředí v čistých prostorách [1]. Tím se rozšiřuje původní šetření společnosti Cherwell týkající se „výběru misek“, které zjistilo, že velikost a tvarový faktor misek může ovlivnit přesnost odběru mikrobiálních vzorků vzduchu [2]. Původní studie byla na nedávných průmyslo- vých konferencích velmi dobře přijata a podnítila širší diskusi o bezpečnosti výroby sterilních lé- čivých přípravků a následných otázkách. Na ně
7
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
AI VE FARMACII
UMĚLÁ INTELIGENCE VE SLUŽBÁCH RETROSYNTÉZY KUKLA S. Merck Life Science spol. s r.o., Senior Field Marketing Manager, Science and Lab Solutions, stanislav.kukla@merckgroup.com Léky mají obrovský vliv na kvalitu našich životů a díky pokrokům v oblasti vědy a technologií se v posledních letech dramaticky mění způsob, jakým jsou účinné látky objevovány, vyvíjeny a vyráběny (obr. 1). Zvyšující se poptávka po nových terapeutikách, zajištění jejich dostatečného množství a s tím související snahy o urychlení celého procesu vývoje a zvýšení produktivity výroby, včetně uplatňo- vání nových direktiv směřujících k udržitelnějším postupům šetrným k životnímu prostředí, patří mezi výzvy, kterým musí výzkumníci a farmaceutické firmy čelit.
vedoucích od navržených komerčních látek k cílové molekule. Tímto způsobem jsou eliminovány nereálné cesty či slepé uličky. Při aplikaci retrosyntetického postupu je ve struktuře hledán tzv. retron, defino- vaný charakteristický strukturní motiv spojený se známou syntetickou přeměnou, na který může být tato aplikována. Pěkným příkladem je retro-aldolová kondenzace, pro jejíž aplikaci musí struktura obsahovat β -hydroxykarbonylovou jednotku HO-C-C-C=O nebo její obdobu ve formě α , β -nenasycené karbonylové sloučeniny C=C-C=O a která je v in- tramolekulárním provedení součástí učebnicové retrosyntézy vonné látky jasmonu (obr. 2). Těchto retronů může být ve struktuře několik, a proto nemusí retrosyntetický návrh postupovat jen jednou cestou, ale typicky se rozvětvuje do stromu. Ne neprávem je retrosyntéza považována za královskou disciplínu organické chemie, neboť klade značné nároky na znalosti a zkušenosti chemika. Pro úspěšné zvládnutí retrosyntetických analýz je vyžadována široká vědomostní základna (množství typů reakcí jdoucí daleko za osnovy základních kurzů organické syntézy), fenome- nální paměť („Ano, něco podobného jsem viděl v článku v Angewandte z roku 2012“), schopnost trojrozměrného myšlení a bezesporu i intuice, kreativita a vytrvalost. Obr. 2: Jeden z návrhů počítačem podporované retrosyntézy jasmonu, zpracovaný dále v článku diskutovaným programem SYNTHIA™. Klíčo- vým krokem je zde finální intramolekulární aldolová kondenzace.
Přes dramatický nástup tzv. biologických léčiv („biologicals“) tvoří stále většinu léčiv látky ze skupiny malých molekul s jasně definovanou, často složitou chemickou strukturou, ale stále poměrně nízkou mole- kulovou hmotností („small molecules“). To dokládá i statistika, která říká, že mezi lety 2010 a 2020 byly tři čtvrtiny nových léčiv schválených americkým regulačním úřadem FDA (Food and Drug Administration) stále z třídy malých molekul. Z pohledu organického chemika jsou v celém procesu vývoje takového nízkomolekulárního léčiva zásadní dva kroky. Prvním je dostatečně rychlá syntéza potenciálních kandidátských molekul identifikovaných na základě screeningu chemických knihoven nebo předpovězených pomocí in silico technik tzv. de novo designu. Biologické vlastnosti počítačem nebo screeningem vytipovaných struktur je totiž vždy třeba experimentálně ověřit. Pro úspěšné testování je nutné navrženou látku a její případné deriváty syntetizovat v dostatečném množství, což nemusí být triviální, a často je právě tento syntetický krok (tzv. medicinální chemie) zmiňován jako ono „úzké hrdlo“ při vývoji nových terapeutik, neboť je náročný na čas a materiálové i lidské zdroje. Stále více se proto do prioritizace struktur začíná zahrnovat i nový parametr, a to odhad jejich syntetické dostupnosti. S dostupností a syntetizovatelností souvisí i druhý klíčový krok, kterým je samotný scale-up a návrh masové průmyslové syntézy úspěšných mole- kul, budoucích léčiv. Reakce, které probíhají hladce v malých objemech, se často po převedení do procesního měřítka ukážou jako nevhodné. Použití drahých katalyzátorů, nebezpečných chemikálií nebo neobvyk- lých rozpouštědel ve větším množství, nutnost chromatografického přečištění nebo zjištění přítomnosti nadlimitních množství vedlejších produktů vedou mnohdy ke kompletní revizi výrobního postupu. V obou těchto výše popsaných krocích hraje klíčovou roli tzv. retrosyntéza. Obr. 1: Pohled do pracovny medicinálního chemika 21. století, kde se předpokládá přelomový nástup moderních technologií, jako jsou umělá inteligence (AI) nebo hybridní realita („collaborative mixed reality“)
Počítačem podporovaná retrosyntéza – stručná historie Z praktického pohledu je popsaný proces retrosyntetického plánování poměrně zdlouhavý a náročný, a snad proto je přirozené, že si chemici po dlouhou dobu pohrávali s myšlenkou začít používat počítače pro usnadnění tohoto úkolu. První programy pro počítačově podporovanou retrosyntézu (CASD „computer-assisted synthesis design“) se objevily už v polovině 60. let 20. století a jejich autory byli někteří z gigantů orga- nické chemie, jako C. Djerassi nebo sám guru retrosyntézy E. J. Corey, pozdější nositel Nobelovy ceny za chemii „za rozvoj teorie a metodologie organické syntézy“. Proč tyto programy nebyly zcela úspěšné, je zajímavá, leč spekulativní otázka. Jedna věc je ale jistá: že tehdejší stupeň vývoje počítačů a použité algoritmy nebyly na takto obrovský kombinatorický úkol, často srovnávaný s hraním šachové partie, připravené. Přestože i v následujících letech bylo do počítačového návrhu organické syntézy investováno nemálo úsilí a vzniklo mnoho algoritmů a programů, nedo- šly tyto nikdy významnějšího uplatnění, nebo dokonce komercializace. Naopak se v průběhu let rozšířilo masové využívání nejrůznějších automatizovaných placených databází, které se hodí pro vyhledávání precedentů ve formě konkrétních, již publikovaných molekul a reakcí.
Retrosyntéza v kostce Retrosyntéza je myšlenkový postup v plánování organických syntéz, kterým se na základě systému daných pravidel rozštípe cílová mole- kula na jednodušší molekuly, které se stejným analytickým postupem transformují tak dlouho, až se dospěje k výchozím, většinou komerčně dostupným látkám. Při retrosyntéze se tedy postupuje proti směru vlastní syntézy, což dalo retrosyntéze název. Na závěr retrosyntetické analýzy je nutné přistoupit ke zhodnocení možných syntetických kroků
8
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
AI VE FARMACII
Obr. 3: Struktury některých z prvních látek, jejichž syntéza byla zcela autonomně naplánována pomocí umělé inteligence programu Chematica (nově SYNTHIA™) a následně úspěšně provedena v laboratoři: ( S )-4-hydroxyduloxetin (jeden z hlavních metabolitů duloxetinu, účinné látky určené k léčbě úzkosti a depresí). Před AI: pokusy o zopakování jediné publikované syntézy selhávaly. AI (SYNTHIA™): 5 kroků, výtěžek 20%.
Vše výše popsané platí až do roku 2018, kdy se v časopise Chem objevuje vůbec první článek referující o úspěšném použití počítačem podporované retrosyntézy pro návrh syntézy několika netriviálních molekul [1]. U těchto látek byla retrosyntéza plně svěřena do algorit- mů softwaru v té době v odborné literatuře známého pod označením Chematica, který byl již více než 15 let vyvíjen na akademické půdě v rámci interdisciplinárního projektu spojujícího chemiky s matematiky a informatiky [2]. Proveditelnost všech počítačem autonomně napláno- vaných syntéz byla úspěšně ověřena v laboratoři, a to byl onen zásadní průlom. V článku je vlastně vylíčen reálný experiment, během něhož byl chemikům dán jen velmi omezený čas na plánování, optimalizaci a vlastní provedení totální syntézy několika vybraných látek. Jakákoli zdlouhavá literární rešerše nepřicházela v úvahu a rychlý počítačový návrh syntetických cest sehrál zásadní úlohu. Autoři navíc poukázali na zajímavý fakt, že u všech počítačem navržených syntéz bylo prokazatelně dosaženo významného zlepšení parametrů, jako byly celkové výtěžky syntézy nebo snížení počtu nutných syntetických kroků, oproti tomu, co bylo dříve pro jednotlivé cílové molekuly publikováno. V jednom případě Chematica úspěšně navrhla postup syntézy nově izolované přírodní látky, jejíž syntéza se nikdy před tím v literatuře neobjevila, u dalších látek byl počítač využit pro nalezení alternativních cest k sloučeninám, u nichž buď předchozí pokusy o zopakování syntézy popsané v literatuře selhávaly, nebo byly tyto syntézy patentovány, případně považovány za příliš málo efektivní (obr. 3). Není divu, že takového nadějného výsledku a významného posunu si všiml komerční sektor a brzy nato byl tento první úspěšně otestovaný retrosyntetický software licencován globální vědecko-technologickou firmou Merck. Pod křídly společnosti Merck dostala původní Chematica nový, uživatelsky přívětivější facelift a je dále rozvíjena a nabízena pod novým označením SYNTHIA™ Retrosynthesis Software jako unikátní inovativní nástroj, který skvěle zapadá do dlouhodobé firemní strategie podpory digitálních a zelených řešení a tvoří logický doplněk k legen- dárnímu portfoliu chemikálií pro organickou syntézu Sigma-Aldrich ® . Tímto synergistickým spojením získává zároveň program SYNTHIA™ přístup do jedné z největších e-commerce platforem s organickými látkami a stavebními bloky na www.sigmaaldrich.com a může tak dy- namicky informace o tom, co a za jakou cenu je komerčně dostupné, v reálném čase zahrnout do retrosyntetického plánování. Krom toho má uživatel možnost do systému nahrát svůj vlastní inventář chemikálií, které budou programu nabídnuty jako další výchozí látky pro navrhované syntézy, případně tyto chemikálie prioritizovat a maximálně tak využít například chemii, kterou má již reálně v laboratoři k dispozici, nebo zahrnout unikátní, dříve nasyntetizované nebo jinak získané látky, ke kterým má přístup. SYNTHIA™ – konec začátku a začátek nové éry Počítačem podporovaná retrosyntéza pomocí programu SYNTHIA™ za- číná zadáním cílové molekuly a parametrů hledání. Chemická struktura cílové molekuly je převedena na řetezec SMILES, který se ukázal jako nejvhodnější pro použití společně s teorií grafů, na které jsou algoritmy a umělá inteligence programu postaveny. Základem softwaru je databáze organických reakcí, několik stovek tisíc ručně nakódovaných pravidel chemických přeměn známých z učebnic organické chemie a odborné literatury, které byly naprogramovány zkušenými organickými chemiky, a která nemá v této oblasti obdoby. Zcela zásadní je, že takto ručně vložená pravidla mohou zohlednit a reálně i obsahují důležité doplňující informace a nedívají se jen na místo, kde v retrosyntetickém kroku dochá- zí ke konkrétnímu rozpojování vazeb mezi jednotlivými atomy, ale berou v potaz celý kontext molekuly, jako je přítomnost jiných, potenciálně nekompatibilních funkčních skupin, nutnost chránění, stereochemie, regiochemie apod. Tím se významně zvyšuje pravděpodobnost, že počítač teoreticky nalezne a nabídne chemikovi k posouzení jen pro- věřené a robustní syntetické cesty, které budou prakticky proveditelné, a to i pro cíle, které dosud nebyly publikovány. Pouze jako doplněk pro rychlejší rozšíření databáze a pro specifické skupiny transformací je aktivně využívána technika strojového učení a automatická extrakce reakčních pravidel z publikovaných článků, případně převod reakcí z jiných zdrojů, jako například nedávno vložený soubor patentovaných
Dronedaron (účinná látka pro léčbu srdeční arytmie). Před AI: známé syntézy pod patenty. AI (SYNTHIA™): 5 kroků, obejití patentu, výtěžek 40%.
Nově studovaný inhibitor proliferace leukemických buněk. Před AI: výtěžek 1%. AI (SYNTHIA™): 6 kroků, výtěžek 60%.
Engelheptanoxid (nedávno – z pohledu roku 2018 – izolovaná nová látka z rostliny Engelhardia roxburghiana ). Před AI: nikdy nesyntetizováno. AI (SYNTHIA™): výtěžek 30% (88% e.e.)
9
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
AI VE FARMACII
Již dnes můžeme říci, že umělá inteligence ve službách retrosyntézy, reprezentovaná v tomto pojednání pokročilým softwarem SYNTHIA™, otevírá dveře pro rychlejší a levnější design syntézy molekul, tolik po- třebný například při vývoji, výrobě a pro zajištění dostatku léčiv nejen v době pandemií, pomáhá nalézat nové, často přehlédnuté, překvapivě elegantní a efektivnější cesty v řadě retrosyntetických projektů, ale má i potenciál přispět fundamentálním způsobem ke změně chápání některých souvisejících oblastí, jak si ukážeme na příkladu faktoru syntetické dostupnosti, jehož stoupající význam byl krátce zmíněn v úvodu k tomuto článku. Skóre syntetické dostupnosti Vypořádat se s popisem parametru syntetické dostupnosti je úkol zapek- litý. V klasickém chápání nejde o exaktně měřitelnou veličinu vyjádřitel- nou dokonce nějakou číselnou hodnotou, spíše o subjektivní posouzení složitosti přípravy produktu, kde může hrát roli vše od dostupnosti výchozích látek, přes počet potřebných reakčních kroků, jejich složitost, proveditelnost, výtěžnost až po stabilitu finální molekuly. Vzhledem k dynamice vývoje znalostí v celé oblasti organické chemie i jednotlivých chemiků, vzhledem k stále nově publikovaným reakcím a nově komerčně dostupným stavebním blokům je jasné, že parametr syntetizovatelnosti nebude invariantní, ale s časem i při posuzování různými experty se bude a musí měnit. Látka, kterou nelze současně známými postupy připravit v požadovaném množství či kvalitě či vůbec, může být naopak v budouc- nu syntetizována zcela rutinně a současně i ekonomicky. Naskýtá se tedy zajímavá otázka, jak využít výsledky počítačově podporované retrosyntetické analýzy pro exaktnější a konzistentnější odhad nebo dokonce výpočet faktoru syntetické dostupnosti. Kombinací moderního modelu hlubokého strojového učení, konvoluční neuronové sítě a dat shromážděných pomocí programu SYNTHIA™ Retrosynthesis Software jsme dospěli k parametru SYNTHIA™ Synthetic Accessibi- lity Score (SAS). Jde o číslo v intervalu 0–10, přiřazené každé zadané molekule. Nejnižší čísla (hodnoty blízké 0) jsou vráceny chemikáliím, u kterých počítač předpokládá, že budou snadno vyrobitelné (nebo mohou být dokonce již komerčně dostupné). Skóre blízko maximální hodnoty (10) značí, že syntéza bude buď extrémně složitá (mnoho reakčních kroků), nebo zhola neproveditelná, např. kvůli exotickým strukturním motivům v molekule. Obecně platí, že čím nižší skóre, tím snazší a prakticky proveditelnější by měla být syntéza dané molekuly. V případě, že některé ze zadaných molekul jsou chemicky nesmyslné (např. hypervalentní, obsahující neúplné kruhy, mající nesprávnou protonaci aromatických atomů, atp.), bude i tak požadavek na výpočet
reakcí z USPTO databáze z let 1976 až 2016 nebo nově zařazená velmi žádaná poddatabáze enzymaticky katalyzovaných organických reakcí. Nahlédnutím do informací o poslední verzi programu SYNTHIA™ zjistíme, že kromě popsané unikátní reakční databáze software pracuje i s knihovnou molekul, která aktuálně čítá 20 199 288 publikovaných struktur, z toho 9 936 589 komerčně dostupných přes www.sigmaaldrich. com a od dalších smluvních partnerů Merck v rámci služeb známých jako Building Block Explorer nebo Aldrich Market Select. Umělá inteligence programu SYNTHIA™ vlastně retrosyntetickou analýzu provádí podobně, jako tradičně postupuje organický chemik při manuální retrosyntéze. Krok po kroku aplikuje vložená pravidla, hledá přítomné retrony, zkouší, co je možné, a vyřazuje ze hry, co se zdá jako nevýhodné nebo prostě chemicky nemožné. Zajímavým zjištěním byla skutečnost, že umělá inteligence softwaru SYNTHIA™ začala prakticky intuitivně do retrosyntetického plánování vkládat strategicky výhodné kombinace sousledných tandemových reakcí, které často vedou ke značnému zjednodušení celkového postupu retrosyntézy (obr. 4). To je možné díky použitým pokročilým algoritmům, které neanalyzují jen proveditelnost jednotlivých transformací samostatně, ale hodnotí a porovnávají parametry výhodnosti celkové navržené retrosyntézy [3,4]. Výsledkem analýzy je retrosyntetický strom (obr. 5), jednotlivé navržené syntetické cesty lze dále zkoumat a filtrovat podle různých kriterií a zohlednit tak požadavky konkrétního projektu i chemikův vlastní syntetický styl. Obr. 5: Interface programu SYNTHIA™ s vyobrazením retrosynteti- ckého stromu, typického výsledku retrosyntetické analýzy
Obr. 4: Příklad strategického plánování: krátká elegantní syntéza ramelteonu navržená s použitím pokročilých algoritmů programu SYNTHIA™ (zelené šipky). Klíčovým prvkem je zde strategie založená na Robinsonově annulaci následované dehydrogenací vzniklého cyklického enonu (v retrosyntetickém směru, při plánování cesty, program strategizuje a nejprve provádí zdánlivě nevýkonnou dearomatizaci fenolu, což pak ale umožňuje Robinsonovu annulaci a syntézu pro ni potřebných stavebních bloků přímo z komerčně dostupných látek). Na vloženém obrázku je ukázka MOL.STRAIN/3D modelování jednoho z meziproduktů pomocí SYNTHIA™ kvantově chemického modulu.
10
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
Page 1 Page 2 Page 3 Page 4 Page 5 Page 6 Page 7 Page 8 Page 9 Page 10 Page 11 Page 12 Page 13 Page 14 Page 15 Page 16 Page 17 Page 18 Page 19 Page 20 Page 21 Page 22 Page 23 Page 24 Page 25 Page 26 Page 27 Page 28 Page 29 Page 30 Page 31 Page 32 Page 33 Page 34 Page 35 Page 36 Page 37 Page 38 Page 39 Page 40 Page 41 Page 42 Page 43 Page 44 Page 45 Page 46 Page 47 Page 48 Page 49 Page 50 Page 51 Page 52 Page 53 Page 54 Page 55 Page 56 Page 57 Page 58 Page 59 Page 60Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online