סינתזה אולטראסונית של פפטידים באמצעות טכניקת ה-TAGGING
סינתזת פפטידים היא אבן יסוד במחקר ופיתוח בתחום התרופות, אך השיטות המקובלות – סינתזת פפטידים בשלב מוצק (SPPS) וצימוד קלאסי בשלב תמיסה – נשאר תהליך עתיר עבודה, מבזבז ריאגנטים וקשה להרחבה. חלופה יעילה יותר התפתחה בשילוב של שתי אסטרטגיות אורתוגונליות: טכניקת ה-TAGGING (קבוצת עיגון זמנית) להרכבת פפטידים בשלב התמיסה, ועיבוד אולטראסוני (סונוכימי) להאצת שלבי הצימוד, הסרת ההגנה והעיבוד. יחד, הן מאפשרות ייצור של פפטידים טיפוליים בקנה מידה של גרם ועד קנה מידה תעשייתי. – כגון הליפופפטיד "ליפובקטין", המשמש כאנטיביוטיקה וכחומר נגד סרטן – בעל רמת טוהר גבוהה, עומס טיהור מופחת, ומספר פעולות ידניות נמוך באופן משמעותי.
אילו יתרונות טמונים בסינתזה אולטראסונית של פפטידים?
- כלכלת שלב הפתרון: התגובות מתבצעות בתמיסה עם צריכת חומצות אמינו נמוכה משמעותית בהשוואה לסינתזת פפטידים בשלב מוצק
- טיהור באמצעות סינון: הפפטיד הקשור ל-TAG משקע בממסים קוטביים, ולכן מבודדים את התוצרים הביניים באמצעות סינון פשוט – אין צורך בכרומטוגרפיה עמודית או באפיון בכל שלב.
- חיסכון עצום בכוח אדם: ביטול תהליכי הטיהור הביניים ובדיקות הספקטרום חוסך שעות עבודה רבות לאורך כל תהליך הסינתזה.
- האצה סונוכימית: השימוש באולטרסאונד מקצר כל שלב קריטי – הסרת ההגנה של Fmoc, צימוד שרשראות צדדיות, ציקליזציה והסרת הגנה כוללת – מבלי לפגוע בסלקטיביות.
- תפוקה גבוהה, טוהר גבוה: כל תהליך צימוד של קטעים וההרכבה הסופית של הליובקטין מתבצעים בתפוקה גבוהה; הסרת ההגנה הכוללת מניבה את התוצר הסופי בתפוקה של כ-83%.
- מוכנות בקנה מידה נרחב: טכניקת ה-TAGGING מתוארת במפורש כטכניקה המאפשרת הכנה בקנה מידה גדול של פפטידים בעלי טוהר מרבי, מה שהופך אותה לדרך מעשית להפקת כמויות של גרמים וקילוגרמים של ליפופפטידים בעלי חשיבות טיפולית.
- תאימות מלאה של השיטות: הגישה תואמת לחלוטין את שיטת ה-SPPS המקובלת ואת הכימיה בשלב התמיסה, ולכן ניתן להמשיך ולהשתמש באסטרטגיות הקיימות של קבוצות מגן (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) ובחומרי צימוד (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) ללא שינוי.
ספר לנו על האתגרים בתהליך סינתזת הפפטידים שלכם. המומחים שלנו בתחום האולטרסאונד ממליצים לכם על תצורת מכשיר האולטרסאונד האידיאלית עבור יעדי ייצור הפפטידים שלכם!
סוניקטור תעשייתי UIP2000hdT עם כור לייצור תרופות בסדרות לייצור פפטידים משופר
מהי טכניקת ה-TAGGING?
בגישת ה-TAG, מקטע פפטיד מעוגן בקשר קוולנטי לקבוצת עוגן (TAG) הניתנת להסרה, הדומה לשרף, אשר נשארת בתמיסה. הדבר מאפשר לטפל בשרשרת ההולכת ומתארכת כאל פפטיד בשלב מוצק, אך בשלב הנוזלי:
- לאחר כל תהליך צימוד או הסרת הגנה, הפפטיד הקשור ל-TAG מופרד כמצב מוצק באמצעות סינון פשוט או משקעים במדיום קוטבי או במדיום אנטי-ממס, בעוד שהזיהומים והתוצרים הלווים המסיסים נשטפים החוצה.
- מכיוון שהפפטיד נשאר מחובר למקשר, אין צורך כמעט בכרומטוגרפיה עמודית ובאפיון מלא של כל חומר ביניים, מה שמאפשר חיסכון משמעותי בזמן ובמאמץ אנושי.
- ניתן לבצע את התגובות בשלב התמיסה, תוך שימוש בכמות חומצות אמינו קטנה בהרבה מזו הנדרשת בשיטת SPPS, והתוצר הסופי משתחרר באמצעות פיצול קבוצת ה-TAG לקראת סוף תהליך הסינתזה.
במקרה של ליפובקטין, הסינתזה הרטרו-סינתטית השתמשה בשלושה מקטעים – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH, ושבריר השומנים C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – בשילוב עם אסטרטגיית עיבוי מקטעים, כדי להשיג את הפפטיד הארוך בתשואות גבוהות מאוד. (ראו: Ramya et al., 2025)
הסינתזה המלאה של הפפטיד ליפובקטין, בסיוע טכנולוגיית TAG, מואצת באמצעות טיפול בקול.
(מחקר: רמיה ואח', 2025)
כיצד טיפול באולטרסאונד משפר את הסינתזה של פפטידים בשלב התמיסה
שימוש באולטרסאונד נועד להגביר את העוצמה ולקצר את השלבים המרכזיים בשלב התמיסה. בסינתזה של ליפובקטין, כפי שתוארה על ידי Ramya et al. (2025), נעשה שימוש באולטרסאונד למטרות הבאות:
מכיוון שתהליך הכימיה של TAG כבר מספק חומרים ביניים כגופים מוצקים הניתנים לסינון, השימוש באולטרסאונד וב-TAGGING משלימים זה את זה: האולטרסאונד מאיץ את העברת המסה, הערבוב וקינטיקת התגובה, בעוד שה"עוגן" שומר על הפפטיד כגוף מוצק הניתן להפקת חוזרת, ובכך מאפשר תהליך עבודה נקי הדורש מינימום כרומטוגרפיה.
Sonicator UP200St: כור עם ערבוב אולטראסוני עבור סינתזה מואצת של פפטידים.
הגדלה קלה של ייצור פפטידים בעלי טוהר גבוה באמצעות סוניקציה
אתגר נפוץ במעבר של תהליכי ייצור פפטידים ותרופות מבוססות פפטידים משלב המחקר לשלב הייצור הוא שמירה על האפקט הסונוכימי בנפחים גדולים יותר ובזרימה רציפה. חברת Hielscher מתמודדת עם אתגר זה באמצעות מגוון רציף של מעבדים אולטראסוניים, החל מקנה מידה מעבדתי ועד לקנה מידה תעשייתי מלא, המספקים עוצמה מאומתת וניתנת לשחזור, וכן בקרת תהליכים מתועדת.
מכשיר סוניקציה תעשייתי UIP4000hdT (4000 וואט, 20 קילוהרץ) לסינתזה של פפטידים המוגברת באמצעות אולטרסאונד
שאלות נפוצות בנושא סינתזה של פפטיד TAG בסיוע סוניקציה
מהו סינתזת פפטידים בשלב נוזלי (LPPS)?
סינתזת פפטידים בשלב נוזלי (LPPS) היא שיטה לבניית פפטידים שלב אחר שלב בתמיסה, תוך שימוש בכלים קלאסיים של הכימיה האורגנית. זוהי אחת מארבע השיטות העיקריות ליצירת פפטידים, והיא ידועה כשיטה חסכונית, ניתנת להרחבה, והידידותית ביותר לסביבה מבין הגישות לסינתזת פפטידים. שיטה זו מתאימה במיוחד לפפטידים קצרים, אם כי עלולה להיתקל בקשיים עם רצפים ארוכים יותר בשל האתגרים הכרוכים בשמירה על תגובות עקביות, על המסיסות ועל הסרת תוצרי לוואי לא רצויים.
כיצד משפר האולטרסאונד את סינתזת הפפטידים בשלב נוזלי?
אולטרסאונד (סוניקציה) משפר את תהליך ה-LPPS על ידי האצת שלבי הצימוד והסרת ההגנה. גלי האולטרסאונד משפרים את העברת המסה ואת קינטיקת התגובה, מה שמוביל ל:
- זמני תגובה קצרים יותר: ניתן לקצר באופן משמעותי את מחזורי החיבור והניתוק
- תשואות גבוהות יותר: המרה מלאה יותר בכל שלב
- שיפור בטוהר המוצר הגולמי: פחות תוצרי לוואי של צימוד לא מלאים
- צריכת חומרים כימיים נמוכה יותר: יש צורך בכמות קטנה יותר של חומרים מקבילים לחומרי תגובה מחברים וחומצות אמינו, בשל תגובות מהירות ויעילות יותר
מהו סינתזת פפטידים בסיוע TAG (TAPS)?
סינתזת פפטידים בסיוע תגים (TAPS) היא מקרה מיוחד של סינתזת פפטידים בשלב נוזלי, שבו הפפטידים נבנים שלב אחר שלב בתמיסה באמצעות תגים אורגניים מסיסים, במקום תומך מוצק. תגיות אלה, בדומה למצע המוצק בשיטת SPPS, מפשטות את תהליך הבידוד לאחר כל שלב בסינתזה, בכך שהן מאפשרות הפרדה באמצעות משקעים, סינון או מיצוי. על התגיות להתמוסס בממסים אורגניים, תוך שהן נותרות נבדלות מחומרים אחרים.
כיצד האולטרסאונד משפר את תהליך התיוג?
כאשר משלבים טיפול באולטראסאונד עם סינתזה בסיוע TAG, היתרונות כוללים:
- מחזורי צימוד והסרת הגנה מהירים יותר – האולטרסאונד מאיץ את התגובות בשלב התמיסה, ובכך מקצר את הזמן הנדרש לכל שלב
- מסיסות משופרת והעברת מסה – קוויטציה אולטראסונית מסייעת בשמירה על ההומוגניות של הפפטיד המסומן בתמיסה, דבר שהוא קריטי שכן המסיסות היא יתרון מרכזי של שיטת TAPS על פני שיטת SPPS
- הפחתת כמות החומרים הכימיים – יעילות תגובה גבוהה יותר פירושה שיש צורך במספר קטן יותר של אקוויוולנטים של חומצות אמינו וחומרי תגובה לצימוד
- תגובות מפורטות יותר – הפחתת תוצרי לוואי של צימוד חלקי, מה שמביא לטוהר גבוה יותר של התוצר הגולמי ולתהליך טיהור פשוט יותר בשלבים הבאים
דוגמה בולטת לכך היא הסינתזה המלאה של ליפובקטין, שבוצעה בסיוע TAG ובתיווך אולטרסוניקה, אשר הוכיחה כי טכניקת ה-TAGGING תואמת באופן מלא לשיטות בשלב התמיסה וכי האולטרסוניקה תורמת לתשואות גבוהות בכל שלב ושלב. (ראו: Ramya et al., 2025)
אילו אורכי פפטידים ניתן להשיג באמצעות שיטת TAPS בסיוע אולטראסוניקה?
פפטידים קצרים עד בינוניים (~5–20 שאריות) הם הטווח האופטימלי, שבו TAPS מספקת טוהר גבוה ותוצאות אמינות.
ניתן לייצר פפטידים ארוכים יותר באמצעות אסטרטגיית עיבוי מקטעים: מקטעים קטנים יותר (6–10-מרים) מסונתזים על גבי תווית, ולאחר מכן מחוברים זה לזה כדי לבנות את היעד במלוא אורכו.
במקרה של מטרות ארוכות מאוד או מורכבות, ניתן להשתמש בגישה היברידית המשלבת SPPS ו-TAPS.
גלו כיצד השימוש באולטרסאונד שיפר את סינתזת הפפטידים בשלב מוצק (SPPS)!
האם ניתן להרחיב את סינתזת הפפטידים בשלב נוזלי בסיוע אולטראסוניקה לייצור תעשייתי?
כן, מכשירי סוניקציה תעשייתיים – כגון דגמי Hielscher UIP2000hdT או UIP4000hdT – ניתן לשלב את המערכת בכורים לתהליכים אצוותיים ובתאי זרימה, דבר המאפשר ייצור פפטידים בקנה מידה גדול. התאמת המערכת לכורים קיימים מאפשרת לשפר את תהליכי סינתזת הפפטידים הקיימים.
מהם היתרונות העיקריים של LPPS אולטראסוני על פני LPPS קונבנציונלי?
- מהירות: זמני התגובה מתקצרים באופן דרמטי בכל שלב של צימוד והסרת ההגנה.
- יעילות: תשואות גבוהות יותר בכל שלב מובילות לתשואה כוללת גבוהה יותר עבור פפטידים המכילים שאריות מרובות.
- קיימות: כמות קטנה יותר של שווי ערך של ריאגנטים, ואולי גם פחות ממס, בשל תגובות מהירות יותר.
- נגישות: נדרש רק אמבטיה אולטראסונית סטנדרטית, ללא ציוד מיוחד.
- תאימות: מתאים לשימוש עם ריאגנטים לצימוד סטנדרטיים (DIC, HATU, TBTU, Oxyma וכו') ועם אסטרטגיות של קבוצות מגן (Boc, Fmoc).
ספרות / מקורות
- 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.
כוסית אולטראסונית לצורך טיפול קולי אינטנסיבי בצינורות ובבקבוקונים סגורים, לצורך טיפול קולי בפפטידים סטריליים.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.