Ultralydsbaseret peptidsyntese med TAGGING-teknikken

Peptidsyntese er en hjørnesten i farmaceutisk forskning og udvikling, men konventionelle metoder – fastfasepeptidsyntese (SPPS) og klassisk kobling i opløsningsfase – er fortsat arbejdskrævende, medfører et stort reagensspild og er vanskelige at opskalere. Et mere effektivt alternativ er opstået gennem kombinationen af to ortogonale strategier: TAGGING-teknikken (midlertidig forankringsgruppe) til opbygning af peptider i opløsningsfase og ultralydsbaseret (sonokemisk) behandling, der accelererer kobling, afbeskyttelse og oparbejdning. Tilsammen muliggør de produktion af terapeutiske peptider fra gramskala til storskalaproduktion – såsom lipopeptidet lipobactin med antibiotisk og kræftbekæmpende virkning – med høj renhed, mindre oprensningsarbejde og markant færre manuelle arbejdsgange.

Hvilke fordele giver ultralydsbaseret peptidsyntese?

• Økonomiske fordele ved opløsningsfasen: Reaktionerne foregår i opløsning med et betydeligt lavere aminosyreforbrug end ved fastfasepeptidsyntese
• Filtreringsbaseret oprensning: Det TAG-bundne peptid udfældes i polære opløsningsmidler, så mellemprodukter isoleres ved simpel filtrering – uden behov for kolonnekromatografi eller karakterisering efter hvert trin.
• Store arbejdsbesparelser: Ved at eliminere oprensning af mellemprodukter og spektroskopiske kontroller spares et betydeligt antal arbejdstimer gennem et helt synteseforløb.
• Sonokemisk acceleration: Sonikering forkorter alle kritiske trin – Fmoc-afbeskyttelse, sidekædekobling, cyklisering og global afbeskyttelse – uden at kompromittere selektiviteten.
• Høje udbytter, høj renhed: Hver fragmentkobling og den endelige opbygning af lipobactin forløber med højt udbytte; den globale afbeskyttelse giver målproduktet i et udbytte på ~83 %.
• Klar til storskalaproduktion: TAGGING-teknikken beskrives udtrykkeligt som en metode, der muliggør fremstilling af peptider med den allerhøjeste renhed i stor skala, hvilket gør den til en praktisk vej til gram- og kilogrammængder af terapeutisk vigtige lipopeptider.
• Fuld metodekompatibilitet: Fremgangsmåden er fuldt kompatibel med konventionel SPPS og kemi i opløsningsfase, så eksisterende strategier for beskyttelsesgrupper (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) og koblingsreagenser (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) kan anvendes uændret.

Hvad er TAGGING-teknikken?

I TAG-metoden forankres et peptidfragment kovalent til en aftagelig, harpikslignende forankringsgruppe (TAG), som forbliver i opløsning. Det gør det muligt at håndtere den voksende kæde som et fastfasepeptid, men i væskefasen:

• Efter hver kobling eller afbeskyttelse genvindes det TAG-bundne peptid som et fast stof ved simpel filtrering eller udfældning i polære medier eller antiopløsningsmidler, mens opløselige urenheder og biprodukter vaskes væk.
• Fordi peptidet forbliver bundet til linkeren, elimineres kolonnekromatografi og fuld karakterisering af hvert mellemprodukt i vid udstrækning, hvilket sparer betydelig tid og arbejdsindsats.
• Reaktionerne kan udføres i opløsningsfase med langt mindre aminosyre end ved SPPS, og slutproduktet frigives ved spaltning af TAG-gruppen mod slutningen af syntesen.

 
Til lipobactin anvendte retrosyntesen tre fragmenter – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH og lipidfragmentet C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – som blev koblet ved hjælp af en fragmentkondensationsstrategi for at opnå det lange peptid med meget høje udbytter. (jf. Ramya et al., 2025)

Den TAG-assisterede fuldstændige syntese af peptidet lipobactin accelereres ved sonikering.
(Studie: Ramya et al., 2025)

Hvordan sonikering forbedrer syntesen af peptider i opløsningsfase

Ultralydsbehandling anvendes til at intensivere og forkorte de centrale trin i opløsningsfasen. I lipobactinsyntesen som beskrevet af Ramya et al. (2025) anvendes sonikering til:

Fordi TAG-kemien allerede leverer mellemprodukter som filtrerbare faste stoffer, supplerer ultralydsbehandling og TAGGING hinanden: Ultralyd accelererer masseoverførsel, blanding og reaktionskinetik, mens ankeret holder peptidet som et fast stof, der kan genvindes, og dermed muliggør en ren arbejdsgang med begrænset brug af kromatografi.

Nem opskalering af peptider med høj renhed ved hjælp af sonikering

En hyppig udfordring ved at overføre processer for peptider og peptidlægemidler fra laboratoriebænken til produktion er at bevare den sonokemiske effekt ved større volumener og kontinuerligt flow. Hielscher løser dette med et sammenhængende sortiment af ultralydsprocessorer fra laboratorieskala til fuld industriel skala, som leverer valideret, reproducerbar effekt og dokumenteret processtyring.
 

Industriel sonikator UIP4000hdT (4000W, 20kHz) til ultralydsforbedret peptidsyntese

Litteratur / Referencer

• 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.