Ultraheli peptiidisüntees TAGGING-tehnika abil

Peptiidisüntees on farmaatsia teadus- ja arendustegevuse (R+D) nurgakivi, kuid tavapärased meetodid – tahkefaasiline peptiidisüntees (SPPS) ja klassikaline lahusefaasiline kuplemine – on endiselt töömahukad, reagentide osas raiskavad ja raskesti skaleeritavad. Tõhusama alternatiivina on esile kerkinud kahe ortogonaalse strateegia kombinatsioon: TAGGING (ajutise ankurdusrühma) tehnika lahusefaasilise peptiidide kokkupanemise jaoks ning ultraheli (sonokeemiline) töötlus kuplemis-, kaitserühma eemaldamise ja töötlusetappide kiirendamiseks. Koos võimaldavad need toota terapeutilisi peptiide – näiteks antibakteriaalset/vähivastast lipopeptiidi lipobaktiini – grammi- kuni suurtootmismahus, saavutades kõrge puhtuse, väiksema puhastuskoormuse ja oluliselt vähem käsitsi tehtavaid operatsioone.

Millised eelised on ultraheli peptiidsünteesil?

Lahusefaasi majanduslikkus: Reaktsioonid kulgevad lahuses ning aminohappe kulu on oluliselt väiksem kui tahkefaasilises peptiidsünteesis
Filtreerimisel põhinev puhastamine: TAG-iga seotud peptiid sadeneb polaarsetes lahustites, mistõttu vaheühendid eraldatakse lihtsa filtreerimisega – kolonnkromatograafiat ega iga etapi iseloomustamist ei ole vaja.
Suur tööjõusääst: Vaheühendite puhastamise ja spektraalkontrollide ärajätmine säästab kogu sünteesikampaania jooksul märkimisväärselt inimtunde.
Sonokeemiline kiirendamine: Ultraheli töötlus (sonikeerimine) lühendab iga kriitilist etappi – Fmoc-rühma eemaldamist, külgahela kuplemist, tsükliseerimist ja globaalset kaitserühmade eemaldamist – selektiivsust kahjustamata.
Kõrge saagis, kõrge puhtus: Iga fragmendi kuplemine ja lõplik lipobaktiini kokkupanek kulgevad kõrge saagisega; globaalne kaitserühmade eemaldamine annab sihtühendi saagisega ~83 %.
Valmisolek suurtootmiseks: TAGGING-tehnikat kirjeldatakse selgesõnaliselt kui meetodit, mis võimaldab peptiide suures mahus valmistada ülima puhtusega, muutes selle praktiliseks teeks terapeutiliselt oluliste lipopeptiidide grammi- ja kilogrammikoguste saamiseks.
Täielik meetodite ühilduvus: See lähenemine on täielikult ühilduv tavapärase SPPS-i ja lahusefaasilise keemiaga, mistõttu olemasolevad kaitserühmade strateegiad (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) ja kuplemisreagendid (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) kehtivad muutumatul kujul.

Ei mingeid kolonne, ei mingit raiskamist: täiustage peptiidisünteesi ultraheli töötluse + TAGGING-iga!
Rääkige meile oma peptiidisünteesi protsessi väljakutsetest. Meie ultraheli töötluse eksperdid soovitavad teile teie peptiidide tootmiseesmärkidele ideaalset sonikaatori konfiguratsiooni!

Tööstusklassi sonikaator UIP2000hdT farmaatsia partiireaktoriga peptiidide kilogrammimahulises sünteesis TAGGING-tehnika abil. Ultraheli töötlust kasutatakse erinevate peptiidfragmentide sünteesiks ja fragmentide kondenseerimiseks, Alloc-kaitsegrupi eemaldamiseks, trimeeri sidumiseks, TAG-i lõhustamiseks, tsükliseerimiseks ja globaalseks kaitsegruppide eemaldamiseks.

Tööstuslik sonikaator UIP2000hdT koos farmaatsia-partiireaktoriga täiustatud peptiidsünteesiks

Mis on TAGGING-tehnika?

TAG-lähenemises ankurdatakse peptiidifragment kovalentselt eemaldatava vaigutaolise ankurrühma (TAG) külge, mis jääb lahusesse. See võimaldab kasvavat ahelat käsitseda nagu tahkefaasilist peptiidi, kuid vedelfaasis:

Pärast iga kuplemist või kaitserühma eemaldamist saadakse TAG-iga seotud peptiid tahke ainena kätte lihtsa filtreerimise või sadestamise teel polaarses/antilahusti keskkonnas, samal ajal kui lahustuvad lisandid ja kõrvalsaadused pestakse välja.
Kuna peptiid jääb linkeri külge seotuks, on kolonnkromatograafia ja iga vaheühendi täielik iseloomustamine suures osas välistatud, mis säästab märkimisväärselt aega ja inimtööd.
Reaktsioone saab läbi viia lahusefaasis, kasutades palju vähem aminohapet kui SPPS-is, ning lõppsaadus vabastatakse TAG-rühma lõhustamisega sünteesi lõpu lähedal.

Lipobaktiini puhul kasutati retrosünteesis kolme fragmenti – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH ja lipiidifragment C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH –, mis kuplati fragmentide kondensatsiooni strateegia abil, et saada pikk peptiid väga kõrge saagisega. (vrd Ramya et al., 2025)

Peptiidi lipobaktiini TAG-abistatud täissünteesi kiirendatakse ultraheli töötlusega. Ultraheli töötlust kasutatakse erinevate peptiidfragmentide sünteesiks ja fragmentide kondenseerimiseks, Alloc-kaitsegrupi eemaldamiseks, trimeeri sidumiseks, TAG-i lõhustamiseks, tsükliseerimiseks ja globaalseks kaitsegruppide eemaldamiseks. See lipopeptiidide sünteesi ultraheli tehnika on väga ökonoomne ja annab kõrge peptiidi puhtuse. See saavutab suurepärased saagised võrreldes nii tavapärase lahusefaasilise kui ka tahkefaasilise peptiidsünteesiga.

TAG-abil läbi viidud lipobaktiini peptiidi täissünteesi kiirendab ultraheli töötlus (sonikeerimine).
(Uuring: Ramya et al., 2025)

Kombineerige eemaldatav orgaaniline ankur (TAG) fokuseeritud ultrahelienergiaga ja saate peptiidiprotsessi, mis on üheaegselt kiirem, puhtam ja paremini skaleeritav – see vähendab lahustijäätmeid, välistab korduvad kolonnipuhastused ning avab realistliku tee keerukate tsükliliste lipopeptiidide, näiteks lipobaktiini, tööstuslikuks tootmiseks.

Kuidas ultraheli töötlus parandab peptiidide lahusefaasilist sünteesi

Ultraheli töötlust kasutatakse lahusefaasi võtmeetappide intensiivistamiseks ja lühendamiseks. Ramya et al. (2025) kirjeldatud lipobaktiini sünteesis rakendatakse sonikeerimist järgmistel etappidel:

Aktiveerimine/esterdamine – nt Alloc-Thr-OH kaitsmine pMB-Cl-ga (DIPEA, DCM) 1 h sonikeerimisel temperatuuril 2–8°C.

Fragmendi kaitse eemaldamine – Fmoc-rühma eemaldamine TAG-ga seotud Ala-Arg-ilt piperidiini/DBU abil THF-is, sonikeerimine 30 min.

Külgahela ja fragmentide sidumine – nt Fmoc-Ile-OH sidumine H₂N-Ser(OᵗBu)-OMe-ga HATU/TEA abil, sonikeerimine 30 min.

TAG-i lõhustamine – ankru eemaldamine DCM:TFE:TFA segu abil temperatuuril 0 °C, millele järgneb 45 min sonikeerimist.

Tsükliseerimine – HATU/DIPEA vahendatud tsükliseerimine DCM-is, sonikeerimine 1 h.

Üldine kaitse eemaldamine – tBu ja Pbf kaitserühmade lõhustamine TFA:TIPS:H₂O seguga (95:2,5:2,5) 1 h sonikeerimisel, andes lõpptoote saagisega ~83%.

Kuna TAG-keemia annab vaheühendid juba filtreeritavate tahkete ainetena, täiendavad ultraheli töötlus ja TAGGING teineteist: ultraheli kiirendab massiülekannet, segunemist ja reaktsioonikineetikat, samal ajal kui ankur hoiab peptiidi taaskasutatava tahke ainena puhta ja kromatograafiavaese töövoo jaoks.

Ultraheliga segatav reaktor täiustatud peptiidsünteesiks.

Sonikaator UP200St: ultrahelisegamisega reaktor kiirendatud peptiidsünteesiks.

Kõrge puhtusastmega peptiidide lihtne skaleerimine ultraheli töötlusega

Sage väljakutse peptiidi- ja peptiidravimiprotsesside viimisel laborist tootmisse on sonokeemilise efekti säilitamine suuremate mahtude ja pideva vooluhulga korral. Hielscher lahendab selle pideva ultraheliprotsessorite valikuga laborist täismahulise tööstusliku skaalani, pakkudes valideeritud, reprodutseeritavat võimsust ja dokumenteeritud protsessijuhtimist.

Tööstuslik ultraheli homogenisaator UIP4000hdT (4000W, 20kHz) efektiivseks inline-töötluseks, nt TAG-abistatud peptiidsünteesiks (TAPS)

Tööstuslik sonikaator UIP4000hdT (4000W, 20kHz) ultraheliga tõhustatud peptiidsünteesiks

Sonikaator UIP1000hdT, 1000-vatine võimas ultraheli homogenisaator toiduainete töötlemiseks

Sonikaator UIP1000hdT, 1000-vatine võimas ultraheli laua-homogenisaator

Seotud teemad

Korduma kippuvad küsimused ultraheliga toetatud TAG-peptiidsünteesi kohta

Mis on vedelfaasiline peptiidsüntees (LPPS)?

Vedelfaasiline peptiidsüntees (LPPS) on meetod peptiidide sammhaaval ehitamiseks lahuses klassikaliste orgaanilise keemia vahendite abil. See on üks neljast peamisest peptiidide valmistamise meetodist ning on tuntud kulutõhususe, skaleeritavuse ja selle poolest, et on peptiidisünteesi lähenemistest kõige keskkonnasõbralikum. See sobib eriti hästi lühemate peptiidide jaoks, kuigi pikemate järjestuste puhul võib esineda raskusi, mis tulenevad ühtlaste reaktsioonide säilitamise, lahustuvuse ja soovimatute kõrvalproduktide eemaldamise keerukusest.

Kuidas ultraheli parandab vedelfaasilist peptiidsünteesi?

Ultraheli (sonikeerimine) parandab LPPS-i, kiirendades nii sidumis- kui ka kaitse eemaldamise etappe. Ultraheli lained parandavad massiülekannet ja reaktsioonikineetikat, mis viib järgmiseni:

Lühemad reaktsiooniajad: sidumis- ja kaitse eemaldamise tsükleid on võimalik oluliselt lühendada
Suuremad saagised: täielikum muundumine igal etapil
Parem toorprodukti puhtus: vähem mittetäieliku sidumise kõrvalsaadusi
Väiksem reagentide tarbimine: kiiremate ja tõhusamate reaktsioonide tõttu on vaja vähem ekvivalente sidumisreagente ja aminohappeid

Mis on TAG-toetatud peptiidsüntees (TAPS)?

TAG-toetatud peptiidsüntees (Tag-Assisted Peptide Synthesis, TAPS) on vedelfaasilise peptiidsünteesi erijuht, kus peptiide ehitatakse sammhaaval lahuses, kasutades tahke kandja asemel lahustuvaid orgaanilisi märgiseid. Need märgised, mis on analoogsed SPPS-i tahkete kandjatega, lihtsustavad isoleerimist pärast iga sünteesietappi, võimaldades eraldamist sadestamise, filtreerimise või ekstraheerimise teel. Märgised peavad lahustuma orgaanilistes lahustites, jäädes samal ajal teistest materjalidest eristatavaks.

Kuidas ultraheli parandab TAGGING-protsessi?

Kui ultraheli töötlust kombineeritakse TAG-abistatud sünteesiga, on eeliseid järgmised:

Kiiremad sidumis- ja kaitsegrupi eemaldamise tsüklid – ultraheli kiirendab lahusefaasi reaktsioone, lühendades ühele sammule kuluvat aega
Parem lahustuvus ja massiülekanne – ultraheli kavitatsioon aitab säilitada märgisega peptiidi homogeensust lahuses, mis on kriitilise tähtsusega, kuna lahustuvus on TAPS-i peamine eelis SPPS-i ees
Väiksem reagentide kasutus – suurem reaktsioonide efektiivsus tähendab, et aminohappeid ja sidumisreagente on vaja vähem ekvivalente
Täielikumad reaktsioonid – vähem mittetäieliku sidumise kõrvalsaadusi, mis toob kaasa suurema toorproduktide puhtuse ja lihtsustatud järgneva puhastamise

Tähelepanuväärne näide on lipobaktiini TAG-abistatud ja ultraheli töötlusega vahendatud totaalssüntees, mis näitas, et TAGGING-tehnika sobib täielikult kokku lahusefaasi meetoditega ning et ultraheli töötlus vahendab kõrgeid saagiseid kõigis etappides. (vt Ramya et al., 2025)

Millise pikkusega peptiide on ultraheliabistatud TAPS-iga võimalik saada?

Lühikesed kuni keskmise pikkusega peptiidid (~5–20 jääki) on optimaalne vahemik, kus TAPS tagab kõrge puhtuse ja usaldusväärsed tulemused.
Pikemaid peptiide on võimalik saada fragmentide kondensatsiooni strateegia abil: väiksemad fragmendid (6–10-meerid) sünteesitakse märgisel ja seejärel seotakse kokku, et ehitada üles täispikk sihtmolekul.
Väga pikkade või keerukate sihtmolekulide puhul võib kasutada hübriidset SPPS/TAPS-lähenemist.
Uurige, kuidas ultraheli töötlus parandas tahkefaasilist peptiidsünteesi (SPPS)!

Kas ultraheliabistatud vedelfaasilist peptiidsünteesi saab skaleerida tööstuslikuks tootmiseks?

Jah, tööstuslikke sonikaatoreid – näiteks Hielscheri mudeleid UIP2000hdT või UIP4000hdT – saab integreerida partiireaktoritesse ja läbivoolukambritesse, mis võimaldab suuremahulist peptiidide tootmist. Olemasolevatesse reaktoritesse järelpaigaldamine võimaldab täiustada väljakujunenud peptiidsünteesi protsesse.

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

Kiirus: reaktsiooniajad lühenevad iga sidumis- ja kaitsegrupi eemaldamise sammu juures drastiliselt.
Efektiivsus: suuremad saagised sammu kohta toovad mitme jäägiga peptiidide puhul kaasa suurema üldsaagise.
Jätkusuutlikkus: vähem reagentide ekvivalente ja potentsiaalselt vähem lahustit tänu kiiremetele reaktsioonidele.
Kättesaadavus: nõuab ainult tavalist ultrahelivanni, spetsiaalseid seadmeid ei ole vaja.
Ühilduvus: töötab tavapäraste sidumisreagentide (DIC, HATU, TBTU, Oksüma 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 katseklaasi ja viaali ühtlaseks ja intensiivseks sonikeerimiseks ühtlase ja kiire steriilse peptiidsünteesi jaoks.

Ultraheli CupHorn suletud katseklaaside ja viaalide intensiivseks sonikeerimiseks steriilse peptiidi ultraheli töötluse jaoks.

Teostatavusuuringutest protsessi optimeerimise ja tööstusliku paigalduseni parima sonikaatoriga – Hielscher Ultrasonics on teie partner edukate ultraheliprotsesside juures!

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborist kuni tööstusliku suuruseni.