Ultrahangos peptidszintézis a TAGGING technikával

A peptidszintézis a gyógyszeripari K+F egyik alappillére, a hagyományos módszerek – a szilárd fázisú peptidszintézis (SPPS) és a klasszikus oldatfázisú kapcsolás – azonban továbbra is munkaigényesek, pazarlóan használják a reagenseket, és nehezen méretnövelhetők. Hatékonyabb alternatívát kínál két egymástól független stratégia ötvözése: a peptidek oldatfázisú összeállítására szolgáló TAGGING (ideiglenes rögzítőcsoport) technika és a kapcsolási, védőcsoport-eltávolítási és feldolgozási lépéseket gyorsító ultrahangos (szonokémiai) kezelés. Együttesen lehetővé teszik terápiás peptidek – például az antibiotikus és rákellenes hatású lipobactin lipopeptid – előállítását a grammos léptéktől a nagy tömegű gyártásig, nagy tisztasággal, kisebb tisztítási ráfordítással és drámaian kevesebb kézi művelettel.

Milyen előnyökkel jár az ultrahangos peptidszintézis?

• Az oldatfázisú eljárás gazdaságossága: A reakciók oldatban zajlanak, a szilárd fázisú peptidszintézishez képest jelentősen kisebb aminosav-felhasználással
• Szűrésen alapuló tisztítás: A TAG-hoz kötött peptid poláris oldószerekben kicsapódik, így az intermedierek egyszerű szűréssel izolálhatók – nincs szükség oszlopkromatográfiára vagy az egyes lépések utáni jellemzésre.
• Rendkívüli munkaidő-megtakarítás: Az intermedierek tisztításának és a spektrális ellenőrzéseknek az elhagyása jelentős munkaórákat takarít meg a teljes szintézisfolyamat során.
• Szonokémiai gyorsítás: Az ultrahangos kezelés minden kritikus lépést – az Fmoc-védőcsoport eltávolítását, az oldallánc kapcsolását, a ciklizálást és az összes védőcsoport eltávolítását – lerövidít a szelektivitás romlása nélkül.
• Nagy hozamok, nagy tisztaság: Minden fragmentumkapcsolás és a lipobactin végső összeállítása nagy hozammal megy végbe; az összes védőcsoport eltávolítása ~83 % hozammal adja a célvegyületet.
• Alkalmasság nagy tömegű előállításra: A TAGGING technikát kifejezetten olyan módszerként írják le, amely lehetővé teszi a peptidek legnagyobb tisztaságú, nagy tömegű előállítását, így gyakorlati utat kínál a terápiás szempontból fontos lipopeptidek grammos és kilogrammos mennyiségű előállításához.
• Teljes módszerkompatibilitás: Az eljárás teljes mértékben kompatibilis a hagyományos SPPS-sel és az oldatfázisú kémiával, így a meglévő védőcsoport-stratégiák (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) és kapcsolóreagensek (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) változatlanul alkalmazhatók.

Mi a TAGGING technika?

A TAG-eljárásban egy peptidfragmentumot kovalensen rögzítenek egy eltávolítható, gyantaszerű rögzítőcsoporthoz (TAG), amely oldatban marad. Ez lehetővé teszi, hogy a növekvő láncot szilárd fázisú peptidhez hasonlóan, de folyadékfázisban kezeljék:

• Minden kapcsolás vagy védőcsoport-eltávolítás után a TAG-hoz kötött peptidet szilárd anyagként nyerik vissza egyszerű szűréssel vagy poláris/antiszolvens közegben történő kicsapással, miközben az oldható szennyeződéseket és melléktermékeket kimosással eltávolítják.
• Mivel a peptid a kapcsolóegységhez kötve marad, az oszlopkromatográfia és az egyes intermedierek teljes jellemzése nagyrészt elhagyható, ami jelentős időt és emberi munkát takarít meg.
• A reakciók oldatfázisban végezhetők, az SPPS-hez képest jóval kevesebb aminosav felhasználásával, a végterméket pedig a TAG-csoport lehasításával szabadítják fel a szintézis vége felé.

 
A lipobactin esetében a retroszintézis három fragmentumot használt – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH és a C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH lipidfragmentum –, amelyeket fragmentumkondenzációs stratégiával kapcsoltak össze, hogy a hosszú peptidet igen nagy hozammal kapják meg. (vö. Ramya és mtsai., 2025)

A lipobactin peptid TAG segítségével végzett teljes szintézisét ultrahangos kezelés gyorsítja.
(Tanulmány: Ramya és mtsai., 2025)

Hogyan javítja az ultrahangos kezelés a peptidek oldatfázisú szintézisét?

Az ultrahangos kezelést a kulcsfontosságú oldatfázisú lépések intenzifikálására és lerövidítésére használják. A Ramya és mtsai. (2025) által leírt lipobactinszintézisben az ultrahangos kezelést az alábbiakra alkalmazzák:

Mivel a TAG-kémia eleve szűrhető szilárd anyagként szolgáltatja az intermediereket, az ultrahangos kezelés és a TAGGING kiegészíti egymást: az ultrahang gyorsítja az anyagátadást, a keverést és a reakciókinetikát, míg a rögzítőcsoport visszanyerhető szilárd anyagként tartja a peptidet, tiszta, kevés kromatográfiát igénylő munkafolyamatot biztosítva.

Nagy tisztaságú peptidek előállításának egyszerű méretnövelése ultrahangos kezeléssel

A peptid- és peptidgyógyszer-előállítási folyamatok laboratóriumból termelésbe történő átültetésének gyakori kihívása a szonokémiai hatás megőrzése nagyobb térfogatoknál és folyamatos átáramlás esetén. A Hielscher erre a laboratóriumi léptéktől a teljes ipari léptékig terjedő ultrahangos készülékek folytonos választékával kínál megoldást, validált, reprodukálható teljesítményt és dokumentált folyamatvezérlést biztosítva.
 

UIP4000hdT ipari ultrahangos készülék (4000W, 20kHz) az ultrahanggal intenzifikált peptidszintézishez

Szakirodalom / Hivatkozások

• 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.