تخليق الببتيدات بالموجات فوق الصوتية باستخدام تقنية TAGGING

يُعد تخليق الببتيدات حجر أساس في البحث والتطوير الدوائي، إلا أن الطرق التقليدية – تخليق الببتيدات في الطور الصلب (SPPS) والاقتران الكلاسيكي في طور المحلول – لا تزال كثيفة العمل، ومهدرة للكواشف، وصعبة التوسيع. وقد ظهر بديل أكثر كفاءة يجمع بين استراتيجيتين مستقلتين: تقنية TAGGING (مجموعة التثبيت المؤقتة) لتجميع الببتيدات في طور المحلول، والمعالجة بالموجات فوق الصوتية (الكيمياء الصوتية) لتسريع خطوات الاقتران وإزالة الحماية والمعالجة اللاحقة للتفاعل. وتتيح هاتان الاستراتيجيتان معًا إنتاج ببتيدات علاجية – مثل الببتيد الشحمي lipobactin ذي الفعالية المضادة للبكتيريا والسرطان – بدءًا من نطاق الغرامات وصولًا إلى الإنتاج بكميات كبيرة، بنقاوة عالية، وعبء تنقية أقل، وعدد أقل بكثير من العمليات اليدوية.

ما مزايا تخليق الببتيدات بالموجات فوق الصوتية؟

• اقتصاديات طور المحلول: تُجرى التفاعلات في المحلول باستهلاك أقل بكثير من الأحماض الأمينية مقارنةً بتخليق الببتيدات في الطور الصلب
• التنقية القائمة على الترشيح: يترسب الببتيد المرتبط بمجموعة TAG في المذيبات القطبية، ولذلك تُعزل المركبات الوسيطة بالترشيح البسيط – دون الحاجة إلى كروماتوغرافيا الأعمدة أو توصيف المركبات في كل خطوة.
• توفير هائل في العمل: يؤدي الاستغناء عن تنقية المركبات الوسيطة والفحوص الطيفية إلى توفير كبير في ساعات العمل البشري على امتداد دورة التخليق الكاملة.
• التسريع بالكيمياء الصوتية: تُقصّر المعالجة بالموجات فوق الصوتية كل خطوة أساسية – إزالة حماية Fmoc، واقتران السلسلة الجانبية، والتكوين الحلقي، والإزالة الشاملة للحماية – دون المساس بالانتقائية.
• مردود مرتفع ونقاوة عالية: يجري كل اقتران بين الشظايا والتجميع النهائي لـ lipobactin بمردود مرتفع؛ وتُنتج الإزالة الشاملة للحماية المركب المستهدف بمردود ~83 %.
• الجاهزية للإنتاج بكميات كبيرة: تُوصَف تقنية TAGGING صراحةً بأنها تتيح تحضير الببتيدات بكميات كبيرة وبأعلى درجات النقاوة، مما يجعلها مسارًا عمليًا لإنتاج كميات بالغرامات والكيلوغرامات من الببتيدات الشحمية ذات الأهمية العلاجية.
• التوافق الكامل مع الطرق: يتوافق هذا النهج تمامًا مع التخليق التقليدي في الطور الصلب SPPS وكيمياء طور المحلول، ولذلك تظل استراتيجيات مجموعات الحماية الحالية (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) وعوامل الاقتران (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) قابلة للاستخدام دون تغيير.

ما تقنية TAGGING؟

في نهج TAG، تُثبَّت شظية ببتيدية تساهميًا بمجموعة تثبيت قابلة للإزالة وشبيهة بالراتنج (TAG)، تبقى في المحلول. ويتيح ذلك التعامل مع السلسلة النامية كما يُتعامل مع ببتيد في الطور الصلب، ولكن في الطور السائل:

• بعد كل اقتران أو إزالة للحماية، يُسترجَع الببتيد المرتبط بمجموعة TAG في صورة مادة صلبة بالترشيح البسيط أو بالترسيب في أوساط قطبية/مضادة للمذيب، بينما تُزال الشوائب والنواتج الثانوية القابلة للذوبان بالغسل.
• لأن الببتيد يظل مرتبطًا بمجموعة الربط، يُستغنى إلى حد كبير عن كروماتوغرافيا الأعمدة والتوصيف الكامل لكل مركب وسيط، مما يوفر وقتًا وجهدًا بشريًا كبيرين.
• يمكن إجراء التفاعلات في طور المحلول باستخدام كمية أقل بكثير من الأحماض الأمينية مقارنةً بـ SPPS، ويُحرَّر الناتج النهائي بشطر مجموعة TAG قرب نهاية التخليق.

 
بالنسبة إلى lipobactin، استُخدمت في التخليق الرجعي ثلاث شظايا – Fmoc-Ala-Arg-TAG، وAlloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH، والشظية الشحمية C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – واقترنت باستراتيجية تكاثف الشظايا للحصول على الببتيد الطويل بمردود مرتفع جدًا. (راجع Ramya et al., 2025)

تُسرّع المعالجة بالموجات فوق الصوتية التخليق الكامل للببتيد lipobactin بمساعدة TAG.
(الدراسة: Ramya et al., 2025)

كيف تحسّن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تخليق الببتيدات في طور المحلول

تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتكثيف الخطوات الأساسية في طور المحلول وتقليل مدتها. وفي تخليق lipobactin كما وصفه Ramya et al. (2025)، تُطبَّق المعالجة بالموجات فوق الصوتية على:

لأن كيمياء TAG تُنتج بالفعل المركبات الوسيطة في صورة مواد صلبة قابلة للترشيح، فإن المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتقنية TAGGING متكاملتان: تُسرّع الموجات فوق الصوتية انتقال الكتلة والمزج وحركية التفاعل، بينما تُبقي مجموعة التثبيت الببتيد في صورة مادة صلبة قابلة للاسترجاع، ضمن سير عمل نظيف محدود الاعتماد على الكروماتوغرافيا.

التوسيع السهل لإنتاج ببتيدات عالية النقاوة باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية

من التحديات المتكررة عند نقل عمليات إنتاج الببتيدات والأدوية الببتيدية من المنضدة المختبرية إلى الإنتاج الحفاظ على تأثير الكيمياء الصوتية في الأحجام الأكبر ومع التدفق المستمر. وتعالج Hielscher هذا التحدي بتشكيلة متدرجة ومتكاملة من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية، من النطاق المختبري إلى النطاق الصناعي الكامل، توفر قدرةً متحققًا من صحتها وقابلةً لإعادة الإنتاج، وتحكمًا موثقًا في العملية.
 

جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية صناعي UIP4000hdT (4000W, 20kHz) لتخليق الببتيدات المعزز بالموجات فوق الصوتية

المؤلفات / المراجع

• M. Ramya, Veeranjaneyulu Avula, S. Nandeesh, B. Kirankumar, G. Nagendra (2025): TAG assisted and ultrasonication mediated total synthesis of lipobactin. Results in Chemistry, Volume 18, 2025, 102842.
• Andrew M. Bray; Liana M. Lagniton; Robert M. Valerio; N.Joe Maeji (1994): Sonication-assisted cleavage of hydrophobic peptides. Application in multipin peptide synthesis. Tetrahedron Letters 35(48), 1994. 9079–9082.
• Raheem, Shvan J; Schmidt, Benjamin W; Solomon, Viswas Raja; Salih, Akam K; Price, Eric W (2020): Ultrasonic-Assisted Solid-Phase Peptide Synthesis of DOTA-TATE and DOTA-linker-TATE Derivatives as a Simple and Low-Cost Method for the Facile Synthesis of Chelator-Peptide Conjugates. ACS Bioconjugate Chemistry, 2020.
• M.V. Anuradha, B. Ravindranath (1995): Ultrasound in peptide synthesis. 4: Rapid cleavage of polymer-bound protected peptides by alkali and alkanolamines. Tetrahedron Volume 51, Issue 19, 1995. 5675-5680.