TAGGING તકનીકનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસોનિક પેપ્ટાઇડ સંશ્લેષણ

પેપ્ટાઇડ સંશ્લેષણ ઔષધીય સંશોધન અને વિકાસનો પાયાનો આધાર છે, છતાં પરંપરાગત પદ્ધતિઓ – ઘન-અવસ્થા પેપ્ટાઇડ સંશ્લેષણ (SPPS) અને પરંપરાગત દ્રાવણ-અવસ્થા યુગ્મન – હજી પણ શ્રમસઘન છે, અભિકારકોનો વ્યય કરે છે અને મોટા પાયે અમલમાં મૂકવી મુશ્કેલ છે. બે સ્વતંત્ર વ્યૂહરચનાઓના સંયોજનથી વધુ કાર્યક્ષમ વિકલ્પ ઊભો થયો છે: દ્રાવણ-અવસ્થામાં પેપ્ટાઇડના નિર્માણ માટે TAGGING (કામચલાઉ આધારક સમૂહ) તકનીક અને યુગ્મન, રક્ષણાત્મક સમૂહો દૂર કરવા તથા પ્રતિક્રિયા પછીની પ્રક્રિયાનાં પગલાંને વેગ આપવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક (સોનોકેમિકલ) પ્રક્રિયા. આ બંને મળીને પ્રતિજૈવિક/કેન્સરવિરોધી લિપોપેપ્ટાઇડ લિપોબેક્ટિન જેવા ઉપચારાત્મક પેપ્ટાઇડનું ગ્રામથી લઈને મોટા પાયા સુધી ઉત્પાદન શક્ય બનાવે છે, જેમાં ઉચ્ચ શુદ્ધતા મળે છે, શુદ્ધિકરણનો બોજ ઘટે છે અને હાથેથી કરવી પડતી કામગીરીમાં ધરખમ ઘટાડો થાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક પેપ્ટાઇડ સંશ્લેષણથી કયા લાભો મળે છે?

• દ્રાવણ-અવસ્થાની આર્થિક કાર્યક્ષમતા: પ્રતિક્રિયાઓ દ્રાવણમાં થાય છે અને તેમાં ઘન-અવસ્થા પેપ્ટાઇડ સંશ્લેષણની સરખામણીમાં એમિનો ઍસિડનો વપરાશ નોંધપાત્ર રીતે ઓછો થાય છે.
• ગાળણ-આધારિત શુદ્ધિકરણ: TAG સાથે બંધાયેલો પેપ્ટાઇડ ધ્રુવીય દ્રાવકોમાં અવક્ષેપિત થાય છે, તેથી મધ્યવર્તી પદાર્થોને સરળ ગાળણ દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે – કૉલમ ક્રોમેટોગ્રાફી કે દરેક પગલે લક્ષણનિર્ધારણની જરૂર પડતી નથી.
• શ્રમમાં મોટા પ્રમાણમાં બચત: મધ્યવર્તી શુદ્ધિકરણ અને વર્ણપટીય તપાસો દૂર કરવાથી સમગ્ર સંશ્લેષણ અભિયાન દરમિયાન માનવશ્રમના નોંધપાત્ર કલાકોની બચત થાય છે.
• સોનોકેમિકલ પ્રવેગ: સોનિકેશન પસંદગીક્ષમતા સાથે સમાધાન કર્યા વિના દરેક નિર્ણાયક પગલાનો સમય ઘટાડે છે – Fmoc રક્ષણાત્મક સમૂહ દૂર કરવો, પાર્શ્વ-શૃંખલાનું યુગ્મન, ચક્રીકરણ અને તમામ રક્ષણાત્મક સમૂહો દૂર કરવા.
• ઊંચી ઉપજ, ઉચ્ચ શુદ્ધતા: દરેક ખંડનું યુગ્મન અને લિપોબેક્ટિનનું અંતિમ નિર્માણ ઊંચી ઉપજ સાથે થાય છે; તમામ રક્ષણાત્મક સમૂહો દૂર કરવાથી લક્ષિત પદાર્થ ~83 % ઉપજમાં મળે છે.
• મોટા પાયે ઉત્પાદન માટેની સજ્જતા: TAGGING તકનીકને સર્વોચ્ચ શુદ્ધતા સાથે મોટા પાયે પેપ્ટાઇડ તૈયાર કરવાનું શક્ય બનાવતી તકનીક તરીકે સ્પષ્ટપણે વર્ણવવામાં આવી છે, તેથી તે ઉપચારાત્મક રીતે મહત્વપૂર્ણ લિપોપેપ્ટાઇડને ગ્રામ અને કિલોગ્રામ જથ્થામાં મેળવવાનો વ્યવહારુ માર્ગ બને છે.
• પદ્ધતિઓ સાથે સંપૂર્ણ સુસંગતતા: આ અભિગમ પરંપરાગત SPPS અને દ્રાવણ-અવસ્થા રસાયણશાસ્ત્ર સાથે સંપૂર્ણપણે સુસંગત છે, તેથી હાલની રક્ષણાત્મક સમૂહોની વ્યૂહરચનાઓ (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) અને યુગ્મન અભિકારકો (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) કોઈ ફેરફાર વિના ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે.

TAGGING તકનીક શું છે?

TAG અભિગમમાં, પેપ્ટાઇડના ખંડને દૂર કરી શકાય તેવા, રેઝિન જેવા આધારક (TAG) સમૂહ સાથે સહસંયોજક બંધથી જોડવામાં આવે છે, જે દ્રાવણમાં રહે છે. આથી વધતી જતી શૃંખલાને ઘન-અવસ્થાના પેપ્ટાઇડની જેમ સંભાળી શકાય છે, પરંતુ પ્રવાહી અવસ્થામાં:

• દરેક યુગ્મન અથવા રક્ષણાત્મક સમૂહ દૂર કરવાના પગલા પછી, TAG સાથે બંધાયેલા પેપ્ટાઇડને સરળ ગાળણ દ્વારા અથવા ધ્રુવીય/પ્રતિદ્રાવક માધ્યમમાં અવક્ષેપણ દ્વારા ઘન સ્વરૂપે પાછો મેળવવામાં આવે છે, જ્યારે દ્રાવ્ય અશુદ્ધિઓ અને આડપેદાશોને ધોઈને દૂર કરવામાં આવે છે.
• પેપ્ટાઇડ લિંકર સાથે જોડાયેલો રહેતો હોવાથી, કૉલમ ક્રોમેટોગ્રાફી અને દરેક મધ્યવર્તી પદાર્થના સંપૂર્ણ લક્ષણનિર્ધારણની જરૂરિયાત મોટાભાગે દૂર થાય છે, જેથી સમય અને માનવશ્રમમાં નોંધપાત્ર બચત થાય છે.
• SPPS કરતાં ઘણો ઓછો એમિનો ઍસિડ વાપરીને પ્રતિક્રિયાઓ દ્રાવણ અવસ્થામાં કરી શકાય છે, અને સંશ્લેષણના અંતની નજીક TAG સમૂહનું વિચ્છેદન કરીને અંતિમ ઉત્પાદન મુક્ત કરવામાં આવે છે.

 
લિપોબેક્ટિન માટે, પ્રતિસંશ્લેષણમાં ત્રણ ખંડોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH અને લિપિડ ખંડ C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – જેમનું ખંડ-સંઘનન વ્યૂહરચના દ્વારા યુગ્મન કરીને અત્યંત ઊંચી ઉપજમાં લાંબો પેપ્ટાઇડ મેળવવામાં આવ્યો હતો. (જુઓ Ramya et al., 2025)

પેપ્ટાઇડ લિપોબેક્ટિનના TAG-સહાયિત સંપૂર્ણ સંશ્લેષણને સોનિકેશનથી વેગ મળે છે.
(અભ્યાસ: Ramya et al., 2025)

સોનિકેશન પેપ્ટાઇડના દ્રાવણ-પ્રાવસ્થા સંશ્લેષણને કેવી રીતે સુધારે છે

મુખ્ય દ્રાવણ-પ્રાવસ્થા તબક્કાઓને વધુ સઘન બનાવવા અને તેમનો સમય ઘટાડવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ થાય છે. Ramya et al. (2025) દ્વારા વર્ણવાયેલા lipobactin સંશ્લેષણમાં સોનિકેશનનો ઉપયોગ નીચેના તબક્કાઓમાં થાય છે:

TAG રસાયણશાસ્ત્ર પહેલેથી જ ગાળી શકાય તેવા ઘન પદાર્થો તરીકે મધ્યવર્તી સંયોજનો આપે છે, તેથી અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને TAGGING એકબીજાના પૂરક છે: અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ, મિશ્રણ અને અભિક્રિયા ગતિકીને વેગ આપે છે, જ્યારે એન્કર પેપ્ટાઇડને પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય તેવા ઘન સ્વરૂપમાં જાળવે છે, જેથી સ્વચ્છ અને ક્રોમેટોગ્રાફીનો ઓછો ઉપયોગ કરતી કાર્યપ્રક્રિયા મળે છે.

સોનિકેશન વડે ઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળા પેપ્ટાઇડનું ઉત્પાદન સરળતાથી મોટા પાયે વિસ્તારી શકાય છે

પેપ્ટાઇડ અને પેપ્ટાઇડ-દવા પ્રક્રિયાઓને પ્રયોગશાળાના બેન્ચ પરથી ઉત્પાદન સુધી લઈ જવામાં વારંવાર આવતો પડકાર એ છે કે વધુ મોટા આયતન અને સતત પ્રવાહમાં સોનોકેમિકલ અસર જાળવી રાખવી. Hielscher પ્રયોગશાળાથી લઈને સંપૂર્ણ ઔદ્યોગિક પાયા સુધીના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરોની સળંગ શ્રેણી વડે આ પડકારનો ઉકેલ આપે છે, જે પ્રમાણિત, પુનરુત્પાદનક્ષમ શક્તિ અને દસ્તાવેજીકૃત પ્રક્રિયા નિયંત્રણ પૂરાં પાડે છે.
 

ઔદ્યોગિક સોનિકેટર UIP4000hdT (4000W, 20kHz) અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સુધારેલા પેપ્ટાઇડ સંશ્લેષણ માટે

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• 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.