Système technique de base pour la synthèse automatisée de peptides en phase solide fermée

La réalisation de la synthèse peptidique automatisée en phase solide fermée repose sur la collaboration de trois systèmes techniques clés : l’équipement, le procédé et le contrôle. Ces trois éléments interagissent pour former un cycle de production complet. Ce système technique, conforme aux pratiques industrielles, est décrit ci-dessous ; il assure un équilibre entre facilité d’utilisation et standardisation afin de répondre aux exigences de la production à l’échelle industrielle.

Système d'équipement à réaction fermée

Au cœur du système de production, il doit répondre aux exigences d'isolation, de résistance à la corrosion, de facilité de nettoyage et d'évolutivité. Les équipements clés comprennent des réacteurs de synthèse en phase solide fermés, des systèmes de stockage et de distribution des réactifs, des systèmes de traitement des effluents liquides et des systèmes de protection par gaz inerte. Le réacteur de synthèse en phase solide fermé est fabriqué en verre borosilicaté haute performance ou en alliage résistant à la corrosion et est équipé d'un dispositif d'agitation de haute précision. Asymchem a optimisé la structure de l'agitateur grâce à un logiciel de simulation numérique basé sur la méthode LBM, ce qui garantit une suspension et un mélange homogènes de la résine et des réactifs tout en évitant les forces de cisaillement excessives susceptibles d'endommager la résine. Ce dispositif s'adapte aux opérations d'élution, de filtration sous pression, de déchargement et autres étapes. Les réservoirs de stockage des réactifs sont de conception fermée et équipés de modules de contrôle du niveau de liquide et de la pression pour assurer une distribution quantitative automatique des réactifs et prévenir les fuites. Le système de protection par gaz inerte injecte de l'azote dans le système réactionnel afin d'isoler l'air, d'empêcher l'oxydation des acides aminés et de garantir l'efficacité de la synthèse et la pureté du produit. Le système de traitement des effluents liquides est relié hermétiquement au réacteur de synthèse afin d'assurer la collecte automatique et le traitement sans danger de ces effluents, conformément aux exigences environnementales. De plus, un système de surveillance en ligne par UV, intégré à certains équipements de pointe, permet de suivre en temps réel l'état de la réaction de couplage des acides aminés, facilitant ainsi l'ajustement rapide des paramètres de procédé et améliorant le taux de réussite de la synthèse.

Système de processus automatisé

Basé sur le procédé classique de synthèse en phase solide (méthode Fmoc ou Boc), le procédé automatisé est optimisé et comprend principalement les étapes d'activation de la résine, de couplage des acides aminés, de déprotection, de lavage, de clivage et de purification. La méthode Fmoc est devenue la méthode de référence pour la production automatisée en circuit fermé grâce à ses conditions de réaction douces et à son efficacité de déprotection élevée. Son principe consiste à protéger l'extrémité N-terminale des acides aminés par un groupe protecteur Fmoc, à activer le groupe carboxyle par un réactif de couplage, puis à réaliser une réaction de condensation avec le groupe amine de la résine pour allonger progressivement la chaîne peptidique. Après chaque étape de couplage, le groupe protecteur Fmoc est éliminé par la pipéridine, et le cycle de couplage suivant est répété jusqu'à la fin de la synthèse de la chaîne peptidique. La méthode Boc convient à la synthèse de certains peptides courts et est encore utilisée par certaines entreprises en raison de son rendement élevé. Compte tenu des caractéristiques de la production automatisée, l'optimisation du procédé repose sur la standardisation et la programmabilité. Par exemple, l'optimisation du dosage des réactifs de couplage, de la température et de la durée de la réaction permet de réduire les réactions secondaires. L'adoption d'un procédé de lavage par gradient permet d'éliminer complètement les acides aminés n'ayant pas réagi et les impuretés des réactifs. L'optimisation des conditions de clivage permet un clivage efficace des chaînes peptidiques de la résine, tout en réduisant leur dégradation et en améliorant le rendement et la pureté du produit. De plus, l'ensemble du processus, du gonflement de la résine à la précipitation des peptides, peut être standardisé grâce au langage de description chimique (χdl), permettant ainsi la synthèse automatisée de peptides modifiés complexes et levant le principal obstacle technique à la synthèse peptidique en phase solide automatisée (SPPS).

Système de contrôle intelligent

L'élément central de cette solution est la réalisation d'une production automatisée et précise. Elle intègre un système de contrôle PLC, un logiciel hôte, un système de liaison DCS et un système de surveillance en ligne afin d'assurer une intervention humaine et un contrôle total du flux de production. Le système de contrôle PLC pilote le fonctionnement de chaque équipement, régulant avec précision les paramètres clés tels que le volume de réactifs, la température de réaction, la vitesse d'agitation et la durée de la réaction, avec une marge d'erreur inférieure à ±1 %. Le logiciel hôte, développé en interne par l'équipe technique, est parfaitement intégré au système de contrôle et repose sur une commande automatique basée sur des formules. Il analyse l'interaction entre le synthétiseur et les équipements auxiliaires et détermine automatiquement le volume et la durée d'alimentation, permettant ainsi une synthèse en phase solide entièrement automatisée.

Le système de liaison DCS assure la communication entre le système DCS, l'automate programmable et le logiciel hôte de la phase solide de l'ensemble de l'usine, éliminant ainsi les silos d'information dans le processus de contrôle et permettant une interconnexion globale. Asymchem utilise ce système pour garantir une alimentation à pression constante dans la zone des réservoirs de solvants et une réception automatique dans la zone des réservoirs de déchets liquides. Le réacteur de synthèse en phase solide peut ainsi prélever automatiquement les solvants depuis les réservoirs et, lorsque le niveau de liquide dépasse le seuil critique, il se met automatiquement en veille pour assurer la sécurité de la production. Le système de surveillance en ligne contrôle en temps réel des paramètres tels que la température, la pression, le pH et la concentration de la chaîne peptidique du système réactionnel. En cas d'anomalie, le système déclenche une alarme et ajuste automatiquement les paramètres afin d'éviter les accidents de production et les produits non conformes. Parallèlement, il enregistre les données de production pour garantir la traçabilité du processus et la conformité aux BPF.