Peptiidide süntees ultraheli abil, kasutades TAGGING-meetodit

Peptiidide süntees on farmaatsiaalase teadus- ja arendustegevuse nurgakivi, kuid tavapärased meetodid – peptiidide tahkfaasisüntees (SPPS) ja klassikaline lahusfaasis ühendamine – on endiselt töömahukad, raiskavad palju reagente ja neid on raske mastaapselt rakendada. Tõhusam alternatiiv on tekkinud kahe ortogonaalse strateegia kombinatsioonist: TAGGING-tehnika (temporary anchoring group) lahusfaasis peptiidide kokkupanekuks ja ultrahelipõhine (sonokeemiline) töötlemine, et kiirendada ühendamist, kaitsegrupi eemaldamist ja järel töötlemist. Koos võimaldavad need ravipeptiidide tootmist grammi- kuni masstootmise ulatuses – nagu näiteks antibiootikum ja vähivastane lipopeptiid lipobaktin – kõrge puhtusastmega, väiksema puhastamiskoormusega ja märkimisväärselt vähemate käsitsitoimingutega.

Millised on ultrahelilise peptiidisünteesi eelised?

Lahusfaasi ökonoomika: Reaktsioonid toimuvad lahuses, kus aminohapete kulu on märkimisväärselt väiksem kui tahkfaasi peptiidisünteesi puhul
Filtratsioonil põhinev puhastamine: TAG-ga seotud peptiid sadestub polaarsetes lahustites, mistõttu eraldatakse vaheühendid lihtsa filtreerimise teel – kolonnkromatograafiat ega iga etapi iseloomustamist ei ole vaja.
Tööjõukulude märkimisväärne kokkuhoid: Vahepealsete puhastamisetappide ja spektraalsete kontrollide väljajätmine säästab kogu sünteesiprotsessi vältel märkimisväärselt tööaega.
Sonokeemiline kiirendamine: Ultrahelitöötlus lühendab iga olulist etappi – Fmoc-kaitsegrupi eemaldamine, külgahela ühendamine, tsükliseerimine ja üldine kaitsegrupi eemaldamine – ilma selektiivsust ohustamata.
Kõrge saagikus, kõrge puhtusaste: Iga fragmentide ühendamine ja lipobaktiini lõplik kokkupanek toimuvad suure saagisega; üldine kaitsegrupi eemaldamine annab sihtühendi saagisega ~83 %.
Valmisolek suuremahulisteks tegevusteks: TAGGING-meetodit kirjeldatakse selgesõnaliselt kui meetodit, mis võimaldab valmistada väga suurel hulgal äärmiselt puhtaid peptiide, mistõttu on see praktiline viis terapeutiliselt oluliste lipopeptiidide tootmiseks grammi- ja kilogrammi-kogustes.
Täielik meetodite ühilduvus: See meetod on täielikult ühilduv tavapärase SPPS-meetodi ja lahusfaasi keemiaga, mistõttu saab olemasolevaid kaitserühmade strateegiaid (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) ja sidumisaineid (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) kasutada muutmata kujul.

Ilma kolonnideta, ilma raiskamiseta: parandage peptiidide sünteesi ultraheliga ja märgistamisega!
Rääkige meile oma peptiidide sünteesiprotsessi väljakutsetest. Meie ultraheli-eksperdid soovitavad teile teie peptiidide tootmise eesmärkide jaoks ideaalset ultraheliseadme konfiguratsiooni!

Tööstuslik sonikaator UIP2000hdT koos farmaatsia-partii reaktoriga peptiidide kilogrammi-mõõtmeliseks sünteesiks TAGGING-meetodi abil. Sonikatsiooni kasutatakse erinevate peptiidifragmentide sünteesiks ja fragmentide kondenseerimiseks, Alloc-i deprotektsiooniks, trimeri ühendamiseks, TAG-i lõhustamiseks, tsükliseerimiseks ja globaalseks deprotektsiooniks.

Tööstuslik sonikaator UIP2000hdT koos farmaatsia-partiireaktoriga peptiidide sünteesi tõhustamiseks

Mis on TAGGING-meetod?

TAG-meetodi puhul kinnitatakse peptiidifragment kovalentselt eemaldatavale, vaigutaolisele ankurrühmale (TAG), mis jääb lahustesse. See võimaldab kasvavat ahelat käsitleda nagu tahkefaasi peptiidi, kuid vedelafaasis:

Pärast iga sidumist või kaitsegrupi eemaldamist eraldatakse TAG-ga seotud peptiid tahke ainena lihtsa filtreerimise või sadestamise teel polaarses/antisolventkeskkonnas, samal ajal kui lahustuvad lisandid ja kõrvalsaadused pestakse ära.
Kuna peptiid jääb sidujaga seotuks, ei ole enam vaja teha kolonnkromatograafiat ega iga vaheühendi täielikku iseloomustamist, mis säästab märkimisväärselt aega ja tööjõudu.
Reaktsioone saab läbi viia lahusfaasis, kasutades selleks märksa vähem aminohappeid kui SPPS-meetodi puhul, ning lõppsaadus vabaneb TAG-rühma lõhustumise teel sünteesi lõpus.

Lipobaktiini puhul kasutati retrosünteesis kolme fragmenti – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH ja lipiidifragment C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – koos fragmendi kondensatsiooni strateegiaga, et saada pikk peptiid väga suure saagisega. (vt Ramya jt., 2025)

Peptiidi lipobaktiini TAG-abistatud täielikku sünteesi kiirendab ultrahelitöötlus. Ultrahelitöötlust kasutatakse mitmesuguste peptiidifragmentide sünteesiks ja fragmentide kondenseerimiseks, Alloc’i kaitsegruppide eemaldamiseks, trimeri ühendamiseks, TAG-i lõhustamiseks, tsükliseerimiseks ja üldiseks kaitsegruppide eemaldamiseks. See lipopeptiidide sünteesi ultrahelitehnika on väga ökonoomne ja tagab peptiidide kõrge puhtuse. Sellega saavutatakse suurepärased saagised võrreldes nii tavalise lahuses kui ka tahkes faasis toimuva peptiidide sünteesiga.

Peptiidi lipobaktiini TAG-meetodil toimuvat täielikku sünteesi kiirendab ultrahelitöötlus.
(Uuring: Ramya jt., 2025)

Kui ühendada eemaldatav orgaaniline ankur (TAG) fokuseeritud ultrahelienergiaga, saadakse peptiidide tootmisprotsess, mis on üheaegselt kiirem, puhtam ja paremini skaleeritav – lahustijäätmete vähendamine, korduvate kolonnide töötlemiste vältimine ning realistliku tee avamine selliste keeruliste tsükliliste lipopeptiidide nagu lipobaktiin tööstuslikuks tootmiseks.

Kuidas ultrahelitöötlus parandab peptiidide lahusfaasisünteesi

Ultraheli kasutatakse lahusefaasi peamiste etappide intensiivistamiseks ja lühendamiseks. Ramya jt (2025) kirjeldatud lipobaktiini sünteesis kasutatakse ultraheli järgmistel eesmärkidel:

Aktiveerimine/esterifitseerimine – nt Alloc-Thr-OH kaitse pMB-Cl-ga (DIPEA, DCM) 1 tunni jooksul ultraheli töötlemisel temperatuuril 2–8 °C.

Kaitsetükk – Fmoc-rühma eemaldamine TAG-ga seotud Ala-Arg-lt, kasutades piperidiini/DBU-d THF-is, sonikeerides 30 minutit.

Kõrvalketi ja fragmendi seostumine – nt Fmoc-Ile-OH ühendamine H₂N-Ser(OᵗBu)-OMe-ga HATU/TEA abil, sonikeeriti 30 minutit.

TAG-lõhustumine – ankru eemaldamine DCM:TFE:TFA segu abil temperatuuril 0 °C, millele järgnes 45-minutiline ultraheli töötlemine.

tsüklilisus – HATU/DIPEA vahendatud tsükliseerimine DCM-is, ultraheliga töödeldud 1 tunni jooksul.

Ülemaailmne kaitsest vabastamine – tBu ja Pbf kaitsegruppide eemaldamine TFA:TIPS:H₂O (95:2,5:2,5) lahusega 1-tunnise ultrahelitöötluse käigus, mille tulemusena saadi lõppprodukt saagisega ~83%.

Kuna TAG-keemia annab vaheühendeid juba filtreeritavate tahkete ainete kujul, täiendavad üksteist ultrahelitöötlus ja TAGGING: ultraheli kiirendab massiülekannet, segamist ja reaktsioonikiirust, samal ajal kui ankur hoiab peptiidi taastatava tahke ainena, mis võimaldab puhtat ja kromatograafiat vähendavat töövoogu.

Ultraheli segatud reaktor peptiidide paremaks sünteesiks.

Sonicator UP200St: Ultraheliga segatav reaktor peptiidide kiirendatud sünteesiks.

Kõrge puhtusastmega peptiidide lihtne tootmise laiendamine ultraheli abil

Peptiidide ja peptiidipõhiste ravimite tootmisprotsesside laborist tootmisse viimisel on sageli väljakutseks ultraheliefekti säilitamine suuremate mahude ja pideva voolu korral. Hielscher lahendab selle probleemi pideva ultraheliprotsessorite valikuga, mis hõlmab nii laboratoorset kui ka täielikku tööstuslikku mastaapi, pakkudes valideeritud, korratavat võimsust ja dokumenteeritud protsessikontrolli.

Tööstuslik ultrahelihomogenisaator UIP4000hdT (4000 W, 20 kHz) tõhusaks in-line töötlemiseks, nt märgistusega toetatud peptiidisünteesiks (TAPS)

Tööstuslik ultraheli seade UIP4000hdT (4000 W, 20 kHz) ultraheliga tõhustatud peptiidide sünteesiks

Sonicator UIP1000hdT, 1000 vati võimas ultraheli homogeniseerija, toiduainete töötlemiseks

Sonicator UIP1000hdT – 1000-vatine võimas laua-ultrahelihomogenisaator

Seotud teemad

Korduma kippuvad küsimused ultraheliga toetatud TAG-peptiidide sünteesi kohta

Mis on vedelafaasiline peptiidisüntees (LPPS)?

Vedelafaasiline peptiidisüntees (LPPS) on meetod, mille abil ehitatakse peptiide samm-sammult lahuses, kasutades klassikalisi orgaanilise keemia vahendeid. See on üks neljast peamisest peptiidide loomise meetodist ning tuntud kui kulutõhus, skaleeritav ja peptiidisünteesi meetodite seas kõige keskkonnasõbralikum. See sobib eriti hästi lühemate peptiidide jaoks, kuigi pikemate järjestuste puhul võivad tekkida raskused, kuna on keeruline tagada reaktsioonide ühtlus, lahustuvus ja soovimatute kõrvalsaaduste eemaldamine.

Kuidas parandab ultraheli vedelafaasilist peptiidisünteesi?

Ultraheli (sonikatsioon) tõhustab LPPS-i protsessi, kiirendades nii sidumise kui ka kaitsegrupi eemaldamise etappe. Ultrahelilained parandavad massiülekannet ja reaktsioonikineetikat, mille tulemusena:

Lühemad reageerimisaegad: sidumis- ja kaitsemehhanismi vabastamise tsükleid on võimalik oluliselt lühendada
Kõrgemad saagid: iga etapis täielikum teisendus
Toorainete puhtuse paranemine: vähem mittetäielikke sidumise kõrvalsaadusi
Väiksem reagendi kulu: kiiremate ja tõhusamate reaktsioonide tõttu on vaja vähem sidumisreaktiive ja aminohappeid

Mis on TAG-põhine peptiidisüntees (TAPS)?

Märgistusega peptiidisüntees (TAPS) on vedelafaasilise peptiidisünteesi erijuhtum, mille puhul peptiide ehitatakse lahuses samm-sammult, kasutades tahke kandja asemel lahustuvaid orgaanilisi märgistusi. Need märgistused, mis on analoogsed SPPS-i tahkete kandjatega, lihtsustavad eraldamist pärast iga sünteesietappi, võimaldades eraldamist sadestamise, filtreerimise või ekstraheerimise teel. Märgistused peavad lahustuma orgaanilistes lahustites, jäädes samal ajal teistest materjalidest eristatavaks.

Kuidas aitab ultraheli kaasa märgistamisprotsessile?

Kui ultrahelitöötlust kombineeritakse TAG-toetatud sünteesiga, on selle eelised järgmised:

Kiiremad ühendamis- ja kaitsest vabastamise tsüklid – ultraheli kiirendab lahusfaasi reaktsioone, lühendades iga etapi kestust
Parem lahustuvus ja aineülekande tõhusus – ultrahelikavitatatsioon aitab säilitada märgistatud peptiidi homogeensust lahuses, mis on äärmiselt oluline, kuna lahustuvus on TAPS-i peamine eelis võrreldes SPPS-iga
Reaktiivi koguse vähendamine – suurem reaktsiooniefektiivsus tähendab, et vaja on vähem aminohappeid ja ühendamisreaktiive
Täielikumad reaktsioonid – vähem puuduliku ühendamise kõrvalsaadusi, mis tagab tooraine suurema puhtuse ja lihtsustab järgnevat puhastamist

Märkimisväärne näide on lipobaktiini TAG-meetodil toetatud ja ultraheliga vahendatud täielik süntees, mis näitas, et TAGGING-meetod on täielikult ühildatav lahusfaasi meetoditega ning et ultraheli tagab kõrge saagise igas etapis. (vt Ramya jt., 2025)

Milliseid peptiidipikkusi on võimalik saavutada ultraheli abil toimiva TAPS-meetodiga?

Lühikesed ja keskmise pikkusega peptiidid (~5–20 aminohapet) on just see valdkond, kus TAPS tagab kõrge puhtusastme ja usaldusväärsed tulemused.
Pikemaid peptiide on võimalik saada fragmentide kondensatsiooni meetodil: sünteesitakse väiksemad fragmendid (6–10-meerid) märgistusega, mis seejärel ühendatakse omavahel, et moodustada täispikk sihtmolekul.
Väga pikkade või keeruliste sihtmärkide puhul võib kasutada SPPS/TAPS-hübriidmeetodit.
Avasta, kuidas ultraheli parandas tahkfaasi peptiidisünteesi (SPPS)!

Kas ultraheli abil toimuvat vedelafaasilist peptiidisünteesi on võimalik viia tööstuslikule tootmistasemele?

Jah, tööstuslikud ultraheli-seadmed – näiteks Hielscheri mudelid UIP2000hdT või UIP4000hdT – neid saab integreerida partiireaktoritesse ja voolukambritesse, mis võimaldab peptiidide tootmist suures mahus. Olemasolevatesse reaktoritesse paigaldamine võimaldab täiustada väljakujunenud peptiidisünteesi protsessi.

Millised on ultraheli-LPPS-i peamised eelised võrreldes tavapärase LPPS-iga?

Kiirus: reaktsiooniajad lühenevad märkimisväärselt igas sidumis- ja deprotektsioonietapis.
Tõhusust: Suuremad saagised ühe etapi kohta suurendavad mitme jäägiga peptiidide kogusaaki.
Jätkusuutlikkus: kiiremate reaktsioonide tõttu kulub vähem reagendi ekvivalente ja potentsiaalselt ka vähem lahustit.
Juurdepääsetavus: Selleks on vaja vaid tavalist ultraheli-vanni, spetsiaalseid seadmeid ei ole vaja.
Ühilduvus: sobib kasutamiseks tavaliste sidumisreaktiividega (DIC, HATU, TBTU, Oxyma jne) ja kaitsegruppide strateegiatega (Boc, Fmoc).

Kirjandus / Viited

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.

Ultraheli-cuphorn kuni 5 suletud toru ja viaali ühtlaseks ja intensiivseks ultrahelitöötluseks, et tagada ühtlane ja kiire steriilne peptiidide süntees.

Ultraheli CupHorn suletud torude ja viaalide intensiivseks ultrahelitöötluseks, et tagada peptiidide steriilsus.

Alates teostatavuse testimisest kuni protsessi optimeerimise ja tööstusliku paigaldamiseni parima sonikaatoriga - Hielscher Ultrasonics on teie partner edukate ultraheli protsesside jaoks!

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.