Ultrazvučna sinteza peptida primjenom TAGGING tehnike

Sinteza peptida je kamen temeljac farmaceutskog istraživanja i razvoja (R+D), no konvencionalne metode – sinteza peptida na čvrstoj fazi (SPPS) i klasično povezivanje u otopini – i dalje zahtijevaju puno rada, troše previše reagensa i teško ih je skalirati. Efikasnija alternativa pojavila se kombinacijom dviju ortogonalnih strategija: TAGGING tehnike (privremena sidrena grupa) za sastavljanje peptida u otopini i ultrazvučne (sonohemijske) obrade za ubrzavanje koraka povezivanja, deprotekcije i izolacije. Zajedno omogućavaju proizvodnju terapijskih peptida u količinama od grama do velikih razmjera – kao što je antibiotski/antikancerogeni lipopeptid lipobaktin – uz visoku čistoću, manje napora pri pročišćavanju i dramatično manje ručnih operacija.

Koje prednosti donosi ultrazvučna sinteza peptida?

Ekonomičnost sinteze u otopini: Reakcije se odvijaju u otopini uz znatno manju potrošnju aminokiselina nego kod sinteze peptida na čvrstoj fazi
Pročišćavanje filtracijom: Peptid vezan za TAG taloži se u polarnim otapalima, pa se intermedijeri izoluju jednostavnom filtracijom – bez kolonske hromatografije i bez karakterizacije svakog pojedinačnog koraka.
Ogromne uštede rada: Izostavljanje pročišćavanja intermedijera i spektralnih provjera štedi znatan broj radnih sati tokom cijele sintetske kampanje.
Sonohemijsko ubrzanje: Ultrazvučna obrada (sonikacija) skraćuje svaki kritični korak – Fmoc deprotekciju, povezivanje bočnih lanaca, ciklizaciju i globalnu deprotekciju – bez ugrožavanja selektivnosti.
Visoki prinosi, visoka čistoća: Svako povezivanje fragmenata i završno sastavljanje lipobaktina odvijaju se uz visok prinos; globalnom deprotekcijom ciljni proizvod se dobija s prinosom od ~83 %.
Spremnost za proizvodnju velikih razmjera: TAGGING tehnika izričito je opisana kao tehnika koja omogućava pripremu peptida najviše čistoće u velikim razmjerima, što je čini praktičnim putem do količina terapijski važnih lipopeptida od grama do kilograma.
Potpuna kompatibilnost metoda: Pristup je potpuno kompatibilan s konvencionalnom SPPS i hemijom u otopini, pa se postojeće strategije zaštitnih grupa (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) i reagensi za povezivanje (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) mogu primijeniti bez izmjena.

Bez kolona, bez otpada: unaprijedite sintezu peptida pomoću ultrazvučne obrade + TAGGING tehnike!
Recite nam o izazovima u vašem procesu sinteze peptida. Naši stručnjaci za ultrazvučnu obradu preporučit će vam idealnu konfiguraciju sonikatora za vaše ciljeve proizvodnje peptida!

Sonikator industrijske klase UIP2000hdT s farmaceutskim šaržnim reaktorom za sintezu peptida u kilogramskim razmjerima putem TAGGING tehnike. Ultrazvučna obrada koristi se za sintezu različitih peptidnih fragmenata i kondenzaciju fragmenata, deprotekciju Alloc grupe, povezivanje trimera, cijepanje TAG-a, ciklizaciju i globalnu deprotekciju.

Industrijski sonikator UIP2000hdT s farmaceutskim šaržnim reaktorom za unaprijeđenu sintezu peptida

Šta je TAGGING tehnika?

Kod TAG pristupa peptidni fragment je kovalentno vezan za uklonjivu sidrenu (TAG) grupu nalik smoli, koja ostaje u otopini. Tako se rastući lanac može rukovati kao peptid na čvrstoj fazi, ali u tečnoj fazi:

Nakon svakog povezivanja ili deprotekcije, peptid vezan za TAG izdvaja se kao čvrsta tvar jednostavnom filtracijom ili taloženjem u polarnim medijima/medijima s antiotapalom, dok se rastvorljive nečistoće i nusproizvodi ispiru.
Budući da peptid ostaje vezan za linker, kolonska hromatografija i potpuna karakterizacija svakog intermedijera uglavnom se eliminišu, što štedi znatno vrijeme i ljudski napor.
Reakcije se mogu izvoditi u fazi otopine, uz mnogo manju potrošnju aminokiselina nego kod SPPS, a konačni proizvod se oslobađa cijepanjem TAG grupe pri kraju sinteze.

Za lipobaktin su u retrosintezi korištena tri fragmenta – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH i lipidni fragment C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – povezana strategijom kondenzacije fragmenata kako bi se dugi peptid dobio uz vrlo visoke prinose. (usp. Ramya et al., 2025)

Potpuna sinteza peptida lipobaktina uz pomoć TAG-a ubrzana je ultrazvučnom obradom. Ultrazvučna obrada koristi se za sintezu različitih peptidnih fragmenata i kondenzaciju fragmenata, deprotekciju Alloc grupe, povezivanje trimera, cijepanje TAG-a, ciklizaciju i globalnu deprotekciju. Ova ultrazvučna tehnika sinteze lipopeptida vrlo je ekonomična i daje visoku čistoću peptida. Postiže odlične prinose u poređenju s uobičajenom sintezom u otopini kao i sintezom peptida na čvrstoj fazi.

Potpuna sinteza peptida lipobaktina uz pomoć TAG-a ubrzana je ultrazvučnom obradom.
(Studija: Ramya et al., 2025)

Kombinirajte uklonjivo organsko sidro (TAG) s fokusiranom ultrazvučnom energijom i dobit ćete peptidni proces koji je istovremeno brži, čistiji i lakše skalabilan – smanjuje otpad otapala, eliminiše ponavljane izolacije na kolonama i otvara realan put ka industrijskoj proizvodnji složenih cikličnih lipopeptida kao što je lipobaktin.

Kako ultrazvučna obrada poboljšava sintezu peptida u otopini

Ultrazvučna obrada koristi se za intenziviranje i skraćivanje ključnih koraka u otopini. U sintezi lipobaktina koju su opisali Ramya et al. (2025), ultrazvučna obrada primjenjuje se za:

Aktivaciju/esterifikaciju – npr. zaštitu Alloc-Thr-OH pomoću pMB-Cl (DIPEA, DCM) uz 1 h ultrazvučne obrade na 2–8°C.

Deprotekciju fragmenata – uklanjanje Fmoc grupe s Ala-Arg vezanog za TAG pomoću piperidina/DBU u THF-u, uz 30 min ultrazvučne obrade.

Povezivanje bočnih lanaca i fragmenata – npr. povezivanje Fmoc-Ile-OH s H₂N-Ser(OᵗBu)-OMe pomoću HATU/TEA, uz 30 min ultrazvučne obrade.

Cijepanje TAG-a – uklanjanje sidra koktelom DCM:TFE:TFA na 0 °C, nakon čega slijedi 45 min ultrazvučne obrade.

Ciklizaciju – ciklizaciju posredovanu HATU/DIPEA u DCM-u, uz 1 h ultrazvučne obrade.

Globalnu deprotekciju – cijepanje zaštitnih grupa tBu i Pbf pomoću TFA:TIPS:H₂O (95:2,5:2,5) uz 1 h ultrazvučne obrade, čime se konačni proizvod dobija s prinosom od ~83%.

Budući da TAG hemija već daje intermedijere kao čvrste tvari pogodne za filtraciju, ultrazvučna obrada i TAGGING se nadopunjuju: ultrazvuk ubrzava prijenos mase, miješanje i kinetiku reakcije, dok sidro zadržava peptid kao čvrstu tvar koja se može izdvojiti, za čist radni tok s malo hromatografije.

Ultrazvučno miješani reaktor za unaprijeđenu sintezu peptida.

Sonikator UP200St: Ultrazvučno miješani reaktor za ubrzanu sintezu peptida.

Jednostavno skaliranje visokočistih peptida pomoću ultrazvučne obrade

Čest izazov pri prelasku procesa s peptidima i peptidnim lijekovima iz laboratorije u proizvodnju jeste očuvanje sonohemijskog efekta pri većim zapreminama i kontinuiranom protoku. Hielscher to rješava kontinuiranim asortimanom ultrazvučnih procesora od laboratorijske do pune industrijske skale, koji pružaju provjerenu, ponovljivu snagu i dokumentiranu kontrolu procesa.

Industrijski ultrazvučni homogenizator UIP4000hdT (4000W, 20kHz) za efikasnu inline obradu, npr. sintezu peptida uz pomoć TAG-a (TAPS)

Industrijski sonikator UIP4000hdT (4000W, 20kHz) za ultrazvučno unaprijeđenu sintezu peptida

Sonikator UIP1000hdT, snažan ultrazvučni homogenizator od 1000 vati, za preradu hrane

Sonikator UIP1000hdT, snažan ultrazvučni stolni homogenizator od 1000 vati

Povezane teme

Često postavljana pitanja o sintezi peptida pomoću TAG-a uz ultrazvučnu obradu

Šta je sinteza peptida u tečnoj fazi (LPPS)?

Sinteza peptida u tečnoj fazi (LPPS) je metoda izgradnje peptida korak po korak u otopini pomoću klasičnih alata organske hemije. To je jedna od četiri glavne metode za dobijanje peptida i poznata je kao isplativa, skalabilna i najekološki prihvatljivija među pristupima sintezi peptida. Posebno je pogodna za kraće peptide, iako kod dužih sekvenci može naići na poteškoće zbog izazova u održavanju ujednačenih reakcija, rastvorljivosti i uklanjanju neželjenih nusproizvoda.

Kako ultrazvuk poboljšava sintezu peptida u tečnoj fazi?

Ultrazvuk (sonikacija) poboljšava LPPS ubrzavanjem koraka povezivanja i deprotekcije. Ultrazvučni talasi poboljšavaju prijenos mase i kinetiku reakcije, što dovodi do:

Kraćeg trajanja reakcija: ciklusi povezivanja i deprotekcije mogu se znatno skratiti
Viših prinosa: potpunija konverzija u svakom koraku
Poboljšane čistoće sirovog proizvoda: manje nusproizvoda nepotpunog povezivanja
Manje potrošnje reagensa: potrebno je manje ekvivalenata reagensa za povezivanje i aminokiselina zahvaljujući bržim i efikasnijim reakcijama

Šta je sinteza peptida uz pomoć TAG-a (TAPS)?

Sinteza peptida uz pomoć TAG-a (TAPS) poseban je slučaj sinteze peptida u tečnoj fazi u kojem se peptidi grade korak po korak u otopini pomoću rastvorljivih organskih oznaka (tagova) umjesto čvrstog nosača. Ove oznake, analogne čvrstim nosačima u SPPS, pojednostavljuju izolaciju nakon svakog koraka sinteze omogućavajući odvajanje taloženjem, filtracijom ili ekstrakcijom. Oznake se moraju rastvarati u organskim otapalima, a pritom ostati različite od drugih materijala.

Kako ultrazvuk poboljšava proces TAGGING-a?

Kada se ultrazvučna obrada kombinira sa sintezom uz pomoć TAG-a, prednosti uključuju:

Brže cikluse povezivanja i deprotekcije – ultrazvuk ubrzava reakcije u otopini i skraćuje vrijeme po koraku
Poboljšanu rastvorljivost i prijenos mase – ultrazvučna kavitacija pomaže u održavanju homogenosti peptida s oznakom u otopini, što je presudno jer je rastvorljivost ključna prednost TAPS-a u odnosu na SPPS
Smanjeno opterećenje reagensima – veća efikasnost reakcije znači da je potrebno manje ekvivalenata aminokiselina i reagensa za povezivanje
Potpunije reakcije – manje nusproizvoda nepotpunog povezivanja, što dovodi do veće čistoće sirovog proizvoda i jednostavnijeg naknadnog pročišćavanja

Značajan primjer je totalna sinteza lipobaktina uz pomoć TAG-a i posredovanjem ultrazvučne obrade, koja je pokazala da je TAGGING tehnika potpuno kompatibilna s metodama u otopini i da ultrazvučna obrada omogućava visoke prinose u svakom koraku. (usp. Ramya et al., 2025)

Koje su dužine peptida dostupne uz TAPS potpotpomognut ultrazvukom?

Kratki do srednje dugi peptidi (~5–20 ostataka) su idealno područje, gdje TAPS daje visoku čistoću i pouzdane rezultate.
Duži peptidi mogu se dobiti strategijom kondenzacije fragmenata: manji fragmenti (6–10-meri) sintetišu se na oznaci (tagu), a zatim se povezuju kako bi se izgradio ciljni peptid pune dužine.
Za vrlo duge ili složene ciljeve može se primijeniti hibridni pristup SPPS/TAPS.
Saznajte kako je ultrazvučna obrada poboljšala sintezu peptida na čvrstoj fazi (SPPS)!

Može li se sinteza peptida u tečnoj fazi potpomognuta ultrazvukom skalirati na industrijsku proizvodnju?

Da, industrijski sonikatori – kao što su Hielscher modeli UIP2000hdT ili UIP4000hdT – mogu se integrirati u šaržne reaktore i protočne ćelije, što omogućava proizvodnju peptida u velikim razmjerima. Naknadna ugradnja u postojeće reaktore omogućava poboljšanje uhodanih procesa sinteze peptida.

Koje su glavne prednosti ultrazvučne LPPS u odnosu na konvencionalnu LPPS?

Brzina: vrijeme reakcije dramatično je skraćeno u svakom koraku povezivanja i deprotekcije.
Efikasnost: viši prinosi po koraku dovode do višeg ukupnog prinosa za peptide s više ostataka.
Održivost: manje ekvivalenata reagensa i potencijalno manje otapala zbog bržih reakcija.
Dostupnost: zahtijeva samo standardnu ultrazvučnu kupelj, bez specijalizirane instrumentacije.
Kompatibilnost: radi sa standardnim reagensima za povezivanje (DIC, HATU, TBTU, Oxyma itd.) i strategijama zaštitnih grupa (Boc, Fmoc).

Literatura / reference

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.

Ultrazvučni cuphorn za ujednačenu i intenzivnu ultrazvučnu obradu do 5 zatvorenih epruveta i bočica za ujednačenu i brzu sterilnu sintezu peptida.

Ultrazvučni CupHorn za intenzivnu ultrazvučnu obradu zatvorenih epruveta i bočica za sterilnu ultrazvučnu obradu peptida.

Od ispitivanja izvodljivosti preko optimizacije procesa do industrijske instalacije s najboljim sonikatorom – Hielscher Ultrasonics je vaš partner za uspješne ultrazvučne procese!

Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijskih do industrijskih veličina.