Purification de peptides sans acétonitrile ni TFA avec MCSGP

@article{prestia2026countercurrent,
  title = {La chromatographie à contre-courant permet l’utilisation de solvants verts
  pour des procédés productifs de purification de peptides},
  author = {Prestia, Rosella et Hauri, Damian et Sponchioni, Mattia
  et Vogg, Sebastian et M{\"u}ller-Sp{\"a}th, Thomas},
  journal =  {Separations},
  volume =  {13},
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  pages =  {195},
  year =  {2026},
  doi = {10.3390/separations13070195}
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La chromatographie liquide préparative en phase inverse est l’une des étapes les plus gourmandes en ressources de la fabrication de peptides synthétiques, et les procédés de production reposent généralement sur l’acétonitrile (ACN) avec l’acide trifluoroacétique (TFA). Ce système d’éluant est choisi principalement pour sa haute résolution chromatographique — et c’est précisément la combinaison que la pression environnementale et de sécurité s’efforce désormais d’éliminer.

Des alternatives plus écologiques sont bien caractérisées. L’éthanol est peu toxique et biosourcé ; le carbonate de diméthyle (DMC) est un substitut biosourcé émergent de l’acétonitrile ; l’acide acétique est un candidat typique pour un contre-ion vert à la place du TFA. Ce qui a bloqué leur adoption n’est pas la chimie mais l’économie des procédés : dans la chromatographie discontinue conventionnelle, ils entraînent une résolution diminuée et une perte de produit.

Ce point fort résume l’étude, ses données et ses limites, et renvoie à l’article complet en libre accès.

1. Pourquoi cette étude est importante : le problème des solvants dans la purification des peptides

Les peptides thérapeutiques connaissent une forte augmentation de la demande. Plus de 80 médicaments peptidiques ont reçu une approbation réglementaire depuis 2023, avec plus de 200 candidats en développement clinique. Les agonistes des récepteurs GLP-1 sont devenus la classe dominante sur le marché pharmaceutique, et le segment mondial anti-obésité devrait dépasser 100 milliards de dollars d’ici 2030. Cette demande a mis en évidence des goulots d’étranglement de fabrication dans la synthèse, la purification et le remplissage-finition.

La purification supporte une part disproportionnée du fardeau. La synthèse de peptides en phase solide fonctionne déjà avec une intensité massique de processus d’environ 3 000 à 15 000 kg de matière par kg de principe actif pour les peptides de 1 000 à 5 000 Da. La chromatographie en aval ajoute ensuite plusieurs centaines à plusieurs milliers de litres d’éluant par kilogramme de peptide purifié, dont 10 à 40 % sont des modificateurs organiques.

Trois problèmes avec le système d’éluant standard

• Le TFA est un PFAS L’acide trifluoroacétique appartient aux substances per- et polyfluoroalkylées et est très persistant dans l’environnement — c’est un « produit chimique éternel » avec des risques de toxicité potentiels. La pression réglementaire et environnementale sur les PFAS dans la fabrication pharmaceutique augmente.
• L’acétonitrile est inflammable et toxique Le remplacement du modificateur organique est donc une moitié du problème, parallèlement au remplacement de l’acide. L’éthanol et le carbonate de diméthyle sont les substituts testés ici.
• La dilution empêche le recyclage Parce que le modificateur organique est si fortement dilué, l’éluant ne peut pratiquement pas être recyclé. L’article lie ce volume directement à la génération de déchets, à l’impact environnemental et aux limites du débit de processus.

L’obstacle au changement a été constant et bien documenté : le remplacement de l’ACN/TFA par des alternatives vertes réduit la résolution chromatographique, et une résolution réduite dans un procédé discontinu signifie un rendement et une productivité inférieurs. Jusqu’à présent, aucun procédé industriellement évolutif n’avait combiné une pureté élevée, un rendement élevé et une faible empreinte environnementale.

2. L’étude en bref

Des chercheurs de YMC ChromaCon et du Politecnico di Milano ont purifié deux peptides thérapeutiques en utilisant des systèmes d’éluants ne contenant ni acétonitrile ni TFA, d’abord comme procédés discontinus conventionnels, puis comme procédés continus de purification par gradient de solvant à contre-courant multi-colonnes (MCSGP). Le développement de la méthode a maintenu fixes la colonne, le volume de gradient de 10 CV et la charge de _résine de 10 g/L, de sorte que les comparaisons discontinues isolent le système d’éluant ; les procédés MCSGP ont ensuite été construits à partir de ces méthodes discontinues.

Les deux peptides modèles

Les deux molécules sont conventionnellement purifiées avec de l’ACN et du TFA, et les deux ont été testées par rapport à un procédé discontinu ACN/TFA optimisé comme référence. Ensemble, elles couvrent la gamme des peptides thérapeutiques — une construction moderne fortement modifiée et une séquence établie de longue date — tout en partageant les mêmes défis en aval.

3. Où va le rendement

La manière la plus claire de comprendre le résultat est d’examiner comment le pool de produit est défini dans chacun des trois procédés. Le schéma ci-dessous redessine les profils d’élution du Tirzépatide rapportés dans l’étude ; la zone ombrée est le matériau réellement collecté.

4. Le coût des solvants verts, quantifié

Les deux peptides ont d’abord été optimisés en tant que procédés discontinus conventionnels en utilisant une procédure commune de réduction du gradient, de sorte que les lots verts et conventionnels sont directement comparables. Les résultats reproduisent, avec des chiffres, le compromis qui a empêché les éluants verts d’être produits.

Tirzépatide avec éthanol/acide acétique

Sous ACN/TFA, la pureté la plus élevée est apparue le long de la queue du pic principal et une large fenêtre de collecte a satisfait la spécification de 89,0 %, récupérant 81,9 % à 5,3 g/L_résine/h. Sous éthanol/acide acétique, le pic a pris une forme de double pic, avec une pureté élevée uniquement à l’avant et une co-élution progressive avec des impuretés étroitement apparentées par la suite. La fenêtre utilisable s’est fortement rétrécie et le rendement est tombé à 43,2 %, avec une productivité réduite à 2,9 g/L_résine/h.

Tétracosactide avec carbonate de diméthyle/acide acétique

Le lot ACN/TFA a produit un pic de produit net avec des fractions supérieures à 95,0 % de pureté et un rendement maximal conforme aux spécifications de 82,8 %. Le lot DMC/AcOH a produit une fenêtre de collecte très étroite suivie d’une longue queue de haute pureté mais de faible concentration en produit. Le pool était constitué de deux fractions, donnant une pureté de pool de 92,3 % avec un rendement de 35,3 % — une réduction de 2,3 fois par rapport au lot conventionnel — et une productivité de 1,6 g/L_résine/h.

Les pénalités s’accumulent plutôt que de se compenser. Une récupération plus faible — et, pour le Tétracosactide, un temps de traitement plus long dû à l’échange de contre-ions ajouté — a réduit la productivité d’un facteur deux et trois respectivement, et la consommation de solvant a évolué dans le mauvais sens en même temps — doublant environ pour le Tirzépatide et augmentant de plus de trois fois pour le Tétracosactide. La réduction de la densité de charge permettrait de récupérer une partie du rendement, mais au prix d’une productivité encore plus faible et d’une consommation de solvant encore plus importante. En fonctionnement discontinu, il n’y a pas de réglage qui permette d’obtenir les trois.

5. Comment la MCSGP comble l’écart

La MCSGP — purification par gradient de solvant à contre-courant multi-colonnes — est une forme continue de chromatographie par gradient à deux colonnes. Elle n’améliore pas la résolution de la séparation. Elle modifie ce qui arrive aux fractions que la résolution ne parvient pas à séparer.

Le principe de fonctionnement

• Deux colonnes, une commutation répétée Pendant qu’une colonne élue, l’autre est chargée. Les rôles s’inversent à chaque commutation, de sorte qu’aucune colonne ne reste inactive et que le processus fonctionne en continu.
• Les régions de chevauchement sont recyclées, non rejetées L’élution est séparée en impuretés faiblement adsorbantes, la fraction de produit et les espèces fortement adsorbantes. Les deux régions de chevauchement entre elles — produit co-éluant avec des impuretés faibles, et produit co-éluant avec des impuretés fortes — sont renvoyées à la colonne de chargement au lieu d’être rejetées.
• La dilution en ligne maintient le matériau recyclé sur la colonne Pour le Tétracosactide, une dilution en ligne de 4,5 fois a été utilisée pour garantir que le matériau recyclé se réadsorbe complètement sur la colonne en aval. Pour le Tirzépatide, une dilution de 4 fois a servi un deuxième objectif : empêcher la précipitation ou la gélification pendant les phases de collecte et de recyclage.
• Le processus converge vers un état d’équilibre cyclique Le matériau recyclé s’accumule jusqu’à ce que le profil de concentration interne se stabilise. Ici, cela a pris trois cycles ; à partir du cycle quatre, les chromatogrammes se sont superposés presque exactement, et les cycles 4 et 5 ont été utilisés pour les calculs de performance.

Maintien des points de coupure : contrôle dynamique basé sur l’UV

Les points de commutation ont été définis à partir du signal UV en direct plutôt qu’à partir du temps écoulé, en utilisant le contrôle de processus AutoPeak. Pour le processus de Tirzépatide, un premier seuil à 15 mAU a ouvert le recyclage côté faible, un second à 200 mAU a démarré la collecte de produit, et une chute à 75 % du maximum du pic — plus un délai de 20 secondes — a initié le recyclage côté fort. Parce que les points de coupure suivent le pic réel, le processus a maintenu un fonctionnement reproductible à l’état d’équilibre cyclique malgré les variations des profils d’élution.

Appliqué aux systèmes d’éluants verts, ce mécanisme a récupéré ce que les procédés discontinus avaient rejeté. Le procédé MCSGP éthanol/acide acétique a atteint 88,1 % de rendement à la spécification de pureté de 89,0 % et 6,3 g/L_résine/h — un rendement et une productivité supérieurs à ceux du lot ACN/TFA conventionnel, en utilisant 3,4 L/g de solvant au lieu de 4,3 L/g. Le procédé MCSGP DMC/AcOH pour le Tétracosactide, qui n’utilisait que le recyclage côté faible, a atteint 93,8 % de rendement à 94,0 % de pureté, dépassant le lot conventionnel sur les deux aspects.

6. Résultats complets : Comparaison des procédés

Le tableau ci-dessous reproduit la comparaison des procédés de l’étude. Pour les procédés discontinus, le pool avec le rendement maximal réalisable dans les spécifications est rapporté ; pour la MCSGP, les valeurs sont des moyennes des cycles 4 et 5 à l’état d’équilibre.

Faites glisser le tableau latéralement pour voir la pureté, le rendement, la productivité et l’utilisation du solvant.

Source : Tableau 3, Prestia et al., Separations 2026, 13, 195 (CC BY). Les valeurs vertes améliorent la référence discontinue ACN/TFA conventionnelle ; les valeurs rouges sont inférieures.

Conditions expérimentales

7. Ce que cela signifie pour la fabrication de peptides

La durabilité et la performance des processus ont généralement été traitées comme un compromis dans le traitement en aval des peptides. La contribution pratique de cette étude est de les séparer en deux leviers indépendants — la chimie de l’éluant et le mode de fonctionnement — et de montrer que le second peut compenser le premier.

Pour le Tirzépatide, le procédé continu vert était simplement le meilleur procédé sur tous les axes mesurés : rendement plus élevé, productivité plus élevée et consommation de solvant plus faible que le lot conventionnel, tout en éliminant à la fois le TFA et l’acétonitrile. Pour cette molécule au moins, l’élimination d’un PFAS de l’étape de purification n’a pas eu à être échangée contre la performance du processus. Parce que la consommation d’éluant est directement associée aux déchets globaux de l’étape, et que la dilution du solvant organique empêche le recyclage, une consommation plus faible signifie moins de déchets.

Les auteurs soutiennent également que l’évolutivité et la robustesse opérationnelle de la MCSGP avec AutoPeak soutiennent la mise en œuvre à l’échelle de la fabrication, comme cela a été démontré précédemment pour des produits biopharmaceutiques complexes tels que les oligonucléotides, et que la technique a été caractérisée pour la qualification des processus. Dans ce contexte, ils identifient la viscosité du solvant et la chute de pression associée comme la principale considération supplémentaire lors de l’utilisation d’éluants verts.

Pour une vue d’ensemble — où la MCSGP s’inscrit dans un flux de travail de purification de peptides et ce qu’elle a apporté à l’échelle commerciale — voir la purification de peptides avec MCSGP. L’aspect réglementaire de la même question est abordé dans une autre étude de cette série, qui traite de la caractérisation des processus et de la qualification des performances des processus sur un peptide commercial.

8. Termes clés de cette étude (Glossaire)

9. Foire aux questions