W skrócie
- Produkcja leków GLP-1, takich jak Ozempic czy Wegovy, generuje ogromne ilości toksycznych odpadów ze względu na wykorzystanie chemicznych rozpuszczalników oraz niebiodegradowalnych nośników.
- Nowa metoda opracowana przez zespół z Uniwersytetu w Melbourne umożliwia wytwarzanie peptydów w wodzie zamiast w toksycznych rozpuszczalnikach, eliminując zużycie DMF.
- Testy potwierdziły skuteczność tej technologii, a przemysł farmaceutyczny stoi przed szansą ograniczenia wpływu na środowisko poprzez wdrożenie nowych rozwiązań na skalę przemysłową.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Leki takie jak Ozempic, Wegovy czy Rybelsus stały się w ostatnich latach jednymi z najczęściej stosowanych terapii w leczeniu cukrzycy typu 2 i otyłości. Wraz z zapowiedzią tańszych odpowiedników ich stosowanie prawdopodobnie jeszcze wzrośnie.
Choć dużo mówi się o ich skuteczności i działaniach niepożądanych, znacznie rzadziej porusza się temat środowiskowych kosztów ich produkcji. Tymczasem skala chemicznych odpadów związanych z wytwarzaniem tych leków jest bardzo duża.
Peptydy w centrum rynku wartego miliardy
Leki te należą do grupy tzw. peptydów, czyli krótkich łańcuchów aminokwasów. Aminokwasy są podstawowymi elementami budującymi białka w organizmie. W farmacji peptydy wykorzystuje się nie tylko w leczeniu cukrzycy i otyłości, lecz także w terapii nowotworów, chorób rzadkich czy w weterynarii.
W 2023 r. globalny rynek terapeutycznych peptydów był wyceniany na ponad 50 mld dol. Prognozy mówią, że do 2030 r. jego wartość przekroczy 70 mld dol., przy średnim rocznym wzroście na poziomie około 9 proc. Znaczną część tego wzrostu napędzają właśnie agoniści receptora GLP-1.
Według autorów publikacji w "Nature Sustainability" produkcja peptydów generuje znacznie więcej odpadów niż wytwarzanie klasycznych leków drobnocząsteczkowych. Wynika to z samej natury procesu, który wymaga wielokrotnego powtarzania cykli reakcji i płukania przy każdym dołączaniu kolejnego aminokwasu.
Dodatkowym problemem są wykorzystywane nośniki. W tradycyjnej metodzie stosuje się polistyrenowe żywice, które po zakończeniu syntezy stają się odpadem chemicznym. Nie ulegają biodegradacji i wymagają specjalistycznej utylizacji, co zwiększa zarówno koszty, jak i ślad środowiskowy całego procesu.
14 tysięcy kilogramów rozpuszczalnika na 1 kilogram leku
Od lat peptydy wytwarza się metodą zwaną solid phase peptide synthesis, w skrócie SPPS. W uproszczeniu polega ona na przytwierdzeniu pierwszego aminokwasu do syntetycznej żywicy, najczęściej w postaci kulek polistyrenowych. Następnie kolejne aminokwasy są dołączane etapami.
Każdy etap wymaga płukania i aktywacji z użyciem dużych ilości organicznych rozpuszczalników. Najważniejszym z nich jest dimetyloformamid, czyli DMF. To substancja toksyczna, wykorzystywana m.in. w przemyśle chemicznym jako składnik zmywaczy do farb. Jest coraz ściślej regulowana ze względu na wpływ na zdrowie i środowisko.
Skala zużycia chemikaliów jest ogromna. Wytworzenie 1 kg agonisty receptora GLP-1 może wymagać nawet 14 tys. kg toksycznego rozpuszczalnika. Dla porównania, produkcja klasycznego leku drobnocząsteczkowego to około 300 kg rozpuszczalnika na 1 kg produktu.
Roczna produkcja semaglutydu, czyli substancji czynnej m.in. Ozempicu, zbliża się do 4 tys. kg. Oznacza to co najmniej 56 mln kg odpadów rozpuszczalnikowych rocznie. Inne wyliczenia wskazują na ponad 55 mln kg w przypadku samego semaglutydu. A to tylko jeden z ponad 80 leków peptydowych dostępnych obecnie na rynku.
Dlaczego nie używać po prostu wody
Profesor John Wade z Uniwersytetu w Melbourne, główny autor pracy opublikowanej w "Nature Sustainability", zwraca uwagę na paradoks tej sytuacji: "Dlaczego wciąż produkujemy ratujące życie leki przy użyciu procesów chemicznych, które generują góry toksycznych odpadów, i czy woda, najczystszy i najbardziej oczywisty rozpuszczalnik, może być wyjściem z tej sytuacji?".
Odpowiedź przez lata brzmiała: nie, ponieważ kluczowe składniki nie rozpuszczają się w wodzie.
W syntezie peptydów wykorzystuje się tzw. aminokwasy chronione grupą Fmoc. To zmodyfikowane chemicznie aminokwasy, które pozwalają kontrolować kolejność reakcji. Problem w tym, że w standardowej formie nie rozpuszczają się w wodzie. Bez rozpuszczenia nie zachodzi reakcja chemiczna, dlatego przemysł był zmuszony korzystać z organicznych rozpuszczalników takich jak DMF.
Nowa metoda: synteza w środowisku wodnym
Zespół Wade'a, we współpracy z dr. Donaldem Wellingsem z brytyjskiej firmy SpheriTech Ltd oraz prof. Mortenem Meldalem z Uniwersytetu Kopenhaskiego, laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 2022 r., opracował rozwiązanie tego problemu.
Naukowcy wykazali, że aminokwasy chronione grupą Fmoc można sparować z odpowiednimi solami, dzięki czemu stają się rozpuszczalne w wodzie w wysokich stężeniach i zachowują pełną reaktywność. To zmienia podstawowe założenia całego procesu.
Opracowano także rozpuszczalny w wodzie czynnik aktywujący oraz nowy, biodegradowalny nośnik wykonany z materiału hydrofilowego, czyli przyciągającego wodę. Zastępuje on klasyczne, nieulegające rozkładowi żywice polistyrenowe.
W ramach testów badacze zsyntetyzowali trzy wymagające peptydy jako dowód słuszności ich koncepcji. Uzyskane wydajności i czystość były porównywalne, a w niektórych przypadkach wyższe niż w tradycyjnej metodzie SPPS. Zużycie DMF spadło do zera.
Jak podkreśla Wade: "To, co zaczęło się jako wspólna obawa trzech wieloletnich współpracowników, stało się ekscytującą technologią, która ma potencjał przekształcić sposób wytwarzania niektórych z najważniejszych leków naszych czasów. Czysto, odpowiedzialnie i z myślą o przyszłości".
Presja na przemysł farmaceutyczny
Przemysł farmaceutyczny coraz silniej odczuwa presję regulacyjną i społeczną, by ograniczać zużycie niebezpiecznych rozpuszczalników i ilość generowanych odpadów. Utylizacja DMF i innych chemikaliów jest kosztowna, a przepisy w wielu krajach stają się coraz bardziej restrykcyjne.
Wraz z rosnącym popytem na leki GLP-1 problem będzie się pogłębiał. Nowa metoda wymaga jeszcze przetestowania na skalę przemysłową oraz dostosowania do zautomatyzowanych linii produkcyjnych. Zespół z Melbourne zapowiada współpracę z partnerami z branży, by sprawdzić, czy technologia sprawdzi się w warunkach masowej produkcji.
Jeśli tak się stanie, możliwe będzie znaczące ograniczenie ilości toksycznych odpadów powstających przy wytwarzaniu nie tylko leków GLP-1, lecz także wielu innych terapii peptydowych. W kontekście rynku wartego dziesiątki miliardów dolarów rocznie zmiana sposobu produkcji może mieć realny wpływ na środowisko.
