سنتز فراصوتی پپتید با استفاده از تکنیک TAGGING
سنتز پپتید یکی از ارکان تحقیق و توسعهٔ دارویی است، اما روش‌های متداول – سنتز پپتید در فاز جامد (SPPS) و جفت‌سازی کلاسیک در فاز محلول – همچنان به نیروی کار زیادی نیاز دارند، معرف‌ها را هدر می‌دهند و افزایش مقیاس آن‌ها دشوار است. از ترکیب دو راهبرد مستقل، جایگزینی کارآمدتر پدید آمده است: تکنیک TAGGING (گروه اتصال موقت) برای ساخت پپتید در فاز محلول و پردازش فراصوتی (سونوشیمیایی) برای تسریع مراحل جفت‌سازی، محافظت‌زدایی و جداسازی و آماده‌سازی محصول واکنش. این دو در کنار هم، تولید پپتیدهای درمانی – مانند لیپوپپتید آنتی‌بیوتیکی/ضدسرطانی لیپوباکتین – را از مقیاس گرمی تا تولید انبوه، با خلوص بالا، نیاز کمتر به خالص‌سازی و تعداد بسیار کمتری عملیات دستی امکان‌پذیر می‌کنند.
سنتز فراصوتی پپتید چه مزایایی دارد؟
- صرفهٔ اقتصادی فاز محلول: واکنش‌ها در محلول و با مصرف اسیدآمینه‌ای به‌مراتب کمتر از سنتز پپتید در فاز جامد انجام می‌شوند
- خالص‌سازی مبتنی بر فیلتراسیون: پپتید متصل به TAG در حلال‌های قطبی رسوب می‌کند؛ بنابراین، حدواسط‌ها با فیلتراسیون ساده جدا می‌شوند – بدون نیاز به کروماتوگرافی ستونی یا مشخصه‌یابی در هر مرحله.
- صرفه‌جویی چشمگیر در نیروی کار: حذف خالص‌سازی حدواسط‌ها و بررسی‌های طیفی، در طول یک دورهٔ کامل سنتز، صرفه‌جویی قابل‌توجهی در نفرساعت ایجاد می‌کند.
- تسریع سونوشیمیایی: فراصوت‌دهی زمان تمام مراحل کلیدی – محافظت‌زدایی Fmoc، جفت‌سازی زنجیرهٔ جانبی، حلقوی‌سازی و محافظت‌زدایی کامل – را بدون کاهش گزینش‌پذیری کوتاه می‌کند.
- بازده بالا، خلوص بالا: هر مرحلهٔ جفت‌سازی قطعات و ساخت نهایی لیپوباکتین با بازده بالا انجام می‌شود؛ محافظت‌زدایی کامل، محصول هدف را با بازده ~83 % به دست می‌دهد.
- آمادگی برای تولید انبوه: تکنیک TAGGING صراحتاً روشی توصیف شده است که تهیهٔ پپتیدها را در مقیاس انبوه با بالاترین خلوص امکان‌پذیر می‌کند؛ ازاین‌رو، مسیری عملی برای دستیابی به مقادیر گرمی و کیلوگرمی لیپوپپتیدهای مهم از نظر درمانی است.
- سازگاری کامل روش: این رویکرد با SPPS متداول و شیمی فاز محلول کاملاً سازگار است؛ بنابراین، راهبردهای موجود گروه‌های محافظ (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) و عوامل جفت‌ساز (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) بدون تغییر قابل‌استفاده‌اند.
چالش‌های فرایند سنتز پپتید خود را با ما در میان بگذارید. متخصصان فراصوت‌دهی ما، پیکربندی ایدئال سونیکاتور را متناسب با اهداف تولید پپتید شما پیشنهاد می‌کنند!
سونیکاتور صنعتی UIP2000hdT همراه با راکتور ناپیوستهٔ دارویی برای بهبود سنتز پپتید
تکنیک TAGGING چیست؟
در رویکرد TAG، یک قطعهٔ پپتیدی از طریق پیوند کووالانسی به یک گروه اتصال جداشدنی و رزین‌مانند (TAG) متصل می‌شود که در محلول باقی می‌ماند. این امر امکان کار با زنجیرهٔ در حال رشد را مانند یک پپتید فاز جامد، اما در فاز مایع، فراهم می‌کند:
- پس از هر جفت‌سازی یا محافظت‌زدایی، پپتید متصل به TAG با فیلتراسیون ساده یا رسوب‌دهی در محیط‌های قطبی/ضدحلال، به‌صورت جامد بازیابی می‌شود؛ درحالی‌که ناخالصی‌ها و محصولات جانبی محلول با شست‌وشو حذف می‌شوند.
- ازآنجاکه پپتید به رابط متصل می‌ماند، کروماتوگرافی ستونی و مشخصه‌یابی کامل هر حدواسط تا حد زیادی حذف می‌شوند و در زمان و نیروی انسانی صرفه‌جویی قابل‌توجهی صورت می‌گیرد.
- واکنش‌ها را می‌توان در فاز محلول و با مصرف اسیدآمینه‌ای بسیار کمتر از SPPS انجام داد و محصول نهایی با گسستن گروه TAG در اواخر سنتز آزاد می‌شود.
برای لیپوباکتین، در تحلیل سنتز معکوس از سه قطعه – Fmoc-Ala-Arg-TAG، Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH و قطعهٔ لیپیدی C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – استفاده شد که با راهبرد تراکم قطعات به هم جفت شدند تا پپتید بلند با بازده بسیار بالا به دست آید. (ر.ک. Ramya et al., 2025)
سنتز کامل پپتید لیپوباکتین به کمک TAG با فراصوت‌دهی تسریع می‌شود.
(مطالعه: Ramya et al., 2025)
فراصوت‌دهی چگونه سنتز پپتیدها در فاز محلول را بهبود می‌دهد
فراصوت‌دهی برای تشدید و کوتاه‌کردن مراحل کلیدی فاز محلول به کار می‌رود. در سنتز لیپوباکتین طبق شرح Ramya et al. (2025)، فراصوت‌دهی در موارد زیر اعمال می‌شود:
ازآنجاکه شیمی TAG از همان ابتدا حدواسط‌ها را به‌صورت جامدات قابل‌فیلتراسیون فراهم می‌کند، فراصوت‌دهی و TAGGING مکمل یکدیگرند: فراصوت، انتقال جرم، اختلاط و سینتیک واکنش را تسریع می‌کند، درحالی‌که گروه اتصال، پپتید را به‌صورت جامدی قابل‌بازیابی نگه می‌دارد تا روند کاری پاک و با نیاز اندک به کروماتوگرافی فراهم شود.
سونیکاتور UP200St: راکتور با هم‌زدن فراصوتی برای تسریع سنتز پپتید.
افزایش آسان مقیاس تولید پپتیدهای با خلوص بالا به کمک فراصوت‌دهی
یکی از چالش‌های رایج در انتقال فرایندهای تولید پپتید و داروهای پپتیدی از میز آزمایشگاه به تولید، حفظ اثر سونوشیمیایی در حجم‌های بزرگ‌تر و جریان پیوسته است. Hielscher با ارائهٔ طیفی پیوسته از پردازشگرهای فراصوتی، از مقیاس آزمایشگاهی تا مقیاس کاملاً صنعتی، با توان اعتبارسنجی‌شده و تکرارپذیر و کنترل فرایند مستند، این چالش را برطرف می‌کند.
سونیکاتور صنعتی UIP4000hdT (4000W, 20kHz) برای سنتز پپتید بهبودیافته با فراصوت
پرسش‌های متداول دربارهٔ سنتز پپتید با TAG به کمک فراصوت‌دهی
سنتز پپتید در فاز مایع (LPPS) چیست؟
سنتز پپتید در فاز مایع (LPPS) روشی برای ساخت گام‌به‌گام پپتیدها در محلول با استفاده از ابزارهای کلاسیک شیمی آلی است. این روش یکی از چهار روش اصلی ساخت پپتیدهاست و به‌عنوان روشی مقرون‌به‌صرفه، مقیاس‌پذیر و سازگارترین رویکرد سنتز پپتید با محیط‌زیست شناخته می‌شود. این روش به‌ویژه برای پپتیدهای کوتاه‌تر مناسب است، هرچند ممکن است در توالی‌های بلندتر به‌دلیل چالش‌های حفظ یکنواختی واکنش‌ها و حلالیت و حذف محصولات جانبی ناخواسته با مشکلاتی روبه‌رو شود.
فراصوت چگونه سنتز پپتید در فاز مایع را بهبود می‌دهد؟
فراصوت (فراصوت‌دهی) با تسریع هر دو مرحلهٔ جفت‌سازی و محافظت‌زدایی، LPPS را بهبود می‌دهد. امواج فراصوتی، انتقال جرم و سینتیک واکنش را بهبود می‌بخشند و به نتایج زیر منجر می‌شوند:
- کاهش زمان واکنش: چرخه‌های جفت‌سازی و محافظت‌زدایی را می‌توان به‌طور قابل‌توجهی کوتاه کرد
- بازده بالاتر: تبدیل کامل‌تر در هر مرحله
- بهبود خلوص محصول خام: محصولات جانبی کمتر ناشی از جفت‌سازی ناقص
- مصرف کمتر معرف: به‌دلیل واکنش‌های سریع‌تر و کارآمدتر، اکی‌والان‌های کمتری از معرف‌های جفت‌ساز و اسیدهای آمینه لازم است
سنتز پپتید به کمک TAG (TAPS) چیست؟
سنتز پپتید به کمک تگ (TAPS) حالت خاصی از سنتز پپتید در فاز مایع است که در آن پپتیدها به‌صورت گام‌به‌گام در محلول، با استفاده از تگ‌های آلی محلول به‌جای تکیه‌گاه جامد، ساخته می‌شوند. این تگ‌ها، همانند تکیه‌گاه‌های جامد در SPPS، با فراهم‌کردن امکان جداسازی از طریق رسوب‌دهی، فیلتراسیون یا استخراج، جداسازی پس از هر مرحلهٔ سنتز را ساده می‌کنند. تگ‌ها باید در حلال‌های آلی حل شوند و درعین‌حال از سایر مواد متمایز بمانند.
فراصوت چگونه فرایند TAGGING را بهبود می‌دهد؟
ترکیب فراصوت‌دهی با سنتز به کمک TAG مزایای زیر را دارد:
- چرخه‌های سریع‌تر جفت‌سازی و محافظت‌زدایی – فراصوت واکنش‌های فاز محلول را تسریع می‌کند و زمان هر مرحله را کاهش می‌دهد
- بهبود حلالیت و انتقال جرم – کاویتاسیون فراصوتی به حفظ همگنی پپتید متصل به تگ در محلول کمک می‌کند؛ این موضوع حیاتی است، زیرا حلالیت یکی از مزایای کلیدی TAPS نسبت به SPPS است
- کاهش مقدار معرف مورد استفاده – کارایی بالاتر واکنش به این معناست که اکی‌والان‌های کمتری از اسیدهای آمینه و معرف‌های جفت‌ساز لازم است
- واکنش‌های کامل‌تر – کاهش محصولات جانبی ناشی از جفت‌سازی ناقص، که به خلوص بالاتر محصول خام و ساده‌ترشدن خالص‌سازی پایین‌دستی منجر می‌شود
نمونه‌ای قابل‌توجه، سنتز تام لیپوباکتین به کمک TAG و به‌واسطهٔ فراصوت‌دهی است که نشان داد تکنیک TAGGING با روش‌های فاز محلول کاملاً سازگار است و فراصوت‌دهی در تمام مراحل، بازده بالا را فراهم می‌کند. (ر.ک. Ramya et al., 2025)
با TAPS به کمک فراصوت، پپتیدهایی با چه طولی قابل‌دستیابی‌اند؟
پپتیدهای کوتاه تا متوسط (~5–20 باقی‌ماندهٔ اسیدآمینه) در محدودهٔ مطلوب قرار دارند؛ در این محدوده، TAPS خلوص بالا و نتایج قابل‌اعتماد ارائه می‌دهد.
با راهبرد تراکم قطعات می‌توان به پپتیدهای بلندتر دست یافت: قطعات کوچک‌تر (6–10 واحدی) روی تگ سنتز می‌شوند و سپس برای ساخت مولکول هدف با طول کامل، به هم جفت می‌شوند.
برای مولکول‌های هدف بسیار بلند یا پیچیده، می‌توان از رویکرد ترکیبی SPPS/TAPS استفاده کرد.
کشف کنید فراصوت‌دهی چگونه سنتز پپتید در فاز جامد (SPPS) را بهبود داده است!
آیا می‌توان مقیاس سنتز پپتید در فاز مایع به کمک فراصوت را تا تولید صنعتی افزایش داد؟
بله، سونیکاتورهای صنعتی – مانند مدل‌های UIP2000hdT یا UIP4000hdT از Hielscher – را می‌توان در راکتورهای ناپیوسته و سلول‌های جریان ادغام کرد تا تولید پپتید در مقیاس بزرگ امکان‌پذیر شود. تجهیز راکتورهای موجود به این سامانه‌ها، امکان بهبود فرایندهای جاری سنتز پپتید را فراهم می‌کند.
مزایای اصلی LPPS فراصوتی نسبت به LPPS متداول چیست؟
- سرعت: زمان واکنش در هر مرحلهٔ جفت‌سازی و محافظت‌زدایی به‌شدت کاهش می‌یابد.
- کارایی: بازده بالاتر در هر مرحله به بازده کلی بالاتر برای پپتیدهای دارای چندین باقی‌ماندهٔ اسیدآمینه منجر می‌شود.
- پایداری زیست‌محیطی: اکی‌والان‌های کمتر معرف و احتمالاً حلال کمتر به‌دلیل واکنش‌های سریع‌تر.
- دسترس‌پذیری: فقط به یک حمام فراصوتی استاندارد نیاز دارد و تجهیزات تخصصی لازم نیست.
- سازگاری: با معرف‌های جفت‌ساز استاندارد (DIC, HATU, TBTU, Oxyma و غیره) و راهبردهای گروه محافظ (Boc, Fmoc) کار می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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.
CupHorn فراصوتی برای فراصوت‌دهی شدید لوله‌ها و ویال‌های بسته جهت فراصوت‌دهی استریل پپتید.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را از مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.