Peptidszintézis ultrahanggal a TAGGING-technikával
A peptidszintézis a gyógyszeripari kutatás és fejlesztés egyik alapköve, ám a hagyományos módszerek – szilárd fázisú peptidszintézis (SPPS) és klasszikus oldatfázisú kapcsolás – továbbra is munkaigényesek, sok reagenset fogyasztanak, és nehezen skálázhatók. Két egymást kiegészítő stratégia kombinációjában egy hatékonyabb alternatíva jelent meg: a TAGGING (temporary anchoring group) technika az oldatfázisú peptid-összeállításhoz, valamint az ultrahangos (szonokémiai) feldolgozás a kapcsolódás, a védőcsoportok eltávolítása és az utómunkálatok felgyorsításához. Ezek együttesen lehetővé teszik a terápiás peptidek gramm-tól tömeges méretű előállítását. – például a lipobaktin nevű antibiotikumként és rákellenes szerként is ható lipopeptid – magas tisztasággal, csökkentett tisztítási terheléssel és jelentősen kevesebb kézi művelettel.
Milyen előnyökkel jár az ultrahangos peptidszintézis?
- A megoldás-fázis gazdaságtana: Az oldatban végzett reakciók során az aminosav-fogyasztás jelentősen alacsonyabb, mint a szilárd fázisú peptidszintézis esetén
- Szűrésen alapuló tisztítás: A TAG-hez kötődő peptid poláros oldószerekben kicsapódik, ezért a köztitermékeket egyszerű szűréssel izolálják – nincs szükség oszlopkromatográfiára vagy lépésenkénti jellemzésre.
- Jelentős munkaerő-megtakarítás: A köztes tisztítási lépések és a spektrális ellenőrzések kiküszöbölése jelentős munkaidő-megtakarítást jelent egy teljes szintézisprogram során.
- Szono-kémiai gyorsítás: Az ultrahangkezelés lerövidíti az összes kritikus lépést – Fmoc-védőcsoport eltávolítása, oldallánc-kapcsolás, ciklizáció és teljes védőcsoport-eltávolítás – anélkül, hogy a szelektivitás csorbát szenvedne.
- Magas hozam, magas tisztaság: Minden egyes fragmens összekapcsolása és a lipobaktin végső összeállítása nagy hozammal zajlik; a teljes védőcsoport-eltávolítás után a célvegyület ~83 %-os hozammal keletkezik.
- Készültség nagy léptékű műveletekre: A TAGGING technikát kifejezetten úgy írják le, hogy lehetővé teszi a peptidek rendkívül nagy tisztaságú, nagy mennyiségű előállítását, ami gyakorlati módszert jelent a terápiás szempontból fontos lipopeptidek gramm- és kilogramm-mennyiségű előállításához.
- Teljes módszerkompatibilitás: A módszer teljes mértékben összeegyeztethető a hagyományos SPPS-sel és az oldatfázisú kémiával, így a meglévő védőcsoport-stratégiák (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) és kapcsolószerek (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) változatlanul alkalmazhatók.
Meséljen nekünk a peptidszintézis-folyamat során felmerülő kihívásokról! Ultrahangkezelési szakértőink ajánlják Önnek a peptidgyártási céljaihoz legmegfelelőbb ultrahangkezelő konfigurációt!
Ipari sonicator UIP2000hdT gyógyszeripari tételreaktorral a peptidszintézis hatékonyságának növelése érdekében
Mi az a TAGGING technika?
A TAG-módszerben egy peptidfragmentumot kovalens kötéssel rögzítenek egy eltávolítható, gyantaszerű rögzítő (TAG) csoporthoz, amely az oldatban marad. Ez lehetővé teszi, hogy a növekvő láncot úgy kezeljük, mintha szilárd fázisú peptid lenne, csakhogy folyékony fázisban:
- Minden kapcsolási vagy védőcsoport eltávolítási lépés után a TAG-hoz kötődött peptidet egyszerű szűréssel vagy poláros/antisolvent közegben történő kicsapással szilárd anyagként nyerjük vissza, miközben az oldható szennyeződéseket és melléktermékeket kiöblítjük.
- Mivel a peptid a kapcsolószálhoz kötött marad, így nagyrészt elkerülhető az oszlopkromatográfia és az egyes köztes termékek teljes jellemzése, ami jelentős idő- és munkaerő-megtakarítást jelent.
- A reakciókat oldatfázisban lehet végrehajtani, az SPPS-hez képest jóval kevesebb aminosav felhasználásával, és a végtermék a szintézis vége felé a TAG-csoport leválasztásával szabadul fel.
A lipobaktin esetében a retro-szintézis során három fragmenst használtak – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH és a C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH lipidfragmentum – amelyet egy fragmens-kondenzációs stratégiával kombináltak a hosszú peptid nagyon magas hozamú előállítása érdekében. (vö. Ramya et al., 2025)
A lipobaktin peptid TAG-segítségével történő teljes szintézisét az ultrahangkezelés felgyorsítja.
(Tanulmány: Ramya és munkatársai, 2025)
Hogyan javítja az ultrahangkezelés a peptidek oldatfázisú szintézisét?
Az ultrahangkezelést a megoldásfázisban végzett legfontosabb lépések intenzívebbé tételére és lerövidítésére alkalmazzák. A Ramya és munkatársai (2025) által leírt lipobaktin-szintézis során az ultrahangkezelést a következőkre alkalmazzák:
Mivel a TAG-kémia már eleve szűrhető szilárd anyagok formájában állítja elő a köztes termékeket, az ultrahangkezelés és a TAGGING egymást kiegészítik: az ultrahang felgyorsítja a tömegátadást, az keveredést és a reakciókinetikát, míg a rögzítőelem a peptidet visszanyerhető szilárd anyagként tartja meg, így biztosítva a tiszta, minimális kromatográfiát igénylő munkafolyamatot.
Sonicator UP200St: Ultrahanggal kevert reaktor a peptidszintézis felgyorsításához.
Nagy tisztaságú peptidek egyszerű méretnövelése ultrahangos kezeléssel
A peptid- és peptid-gyógyszer-előállítási folyamatok laboratóriumi szintről a gyártási szintre történő átvitelének egyik gyakori kihívása az, hogy a nagyobb térfogatok és a folyamatos áramlás mellett is megőrizzék a szonokémiai hatást. A Hielscher ezt a problémát a laboratóriumi mérettől a teljes ipari méretig terjedő, folyamatos teljesítményű ultrahangos feldolgozók sorozatával oldja meg, amelyek validált, reprodukálható teljesítményt és dokumentált folyamatirányítást biztosítanak.
UIP4000hdT ipari ultrahangos készülék (4000 W, 20 kHz) ultrahanggal segített peptidszintézishez
Gyakran feltett kérdések az ultrahanggal támogatott TAG-peptid-szintézisről
Mi az a folyadékfázisú peptidszintézis (LPPS)?
A folyadékfázisú peptidszintézis (LPPS) egy olyan módszer, amely klasszikus szerves kémiai eszközök segítségével, oldatban, lépésről lépésre építi fel a peptideket. Ez a peptidek előállításának négy fő módszere közül az egyik, és arról ismert, hogy költséghatékony, méretezhető, valamint a peptidszintézis-módszerek közül a leginkább környezetbarát. Különösen jól alkalmazható rövidebb peptidek esetében, bár hosszabb szekvenciáknál nehézségekbe ütközhet az egyenletes reakciók fenntartása, az oldhatóság biztosítása, valamint a nem kívánt melléktermékek eltávolítása miatt.
Hogyan segíti elő az ultrahang a folyadékfázisú peptidszintézist?
Az ultrahang (szonikálás) fokozza az LPPS hatékonyságát azáltal, hogy felgyorsítja mind a kapcsolódási, mind a védőcsoport eltávolítási lépéseket. Az ultrahanghullámok javítják a tömegátvitelt és a reakciókinetikát, ami a következőket eredményezi:
- Rövidebb reakcióidők: a csatlakoztatási és leválasztási ciklusok jelentősen lerövidíthetők
- Magasabb hozamok: minden lépésben teljesebb átalakítás
- A nyerstermékek tisztaságának javítása: kevesebb hiányos kapcsolási melléktermék
- Alacsonyabb reagensfogyasztás: a gyorsabb és hatékonyabb reakcióknak köszönhetően kevesebb mennyiségű kapcsolóreagens- és aminosav-ekvivalensre van szükség
Mi az a TAG-alapú peptidszintézis (TAPS)?
A címkével segített peptidszintézis (TAPS) a folyadékfázisú peptidszintézis egy speciális esete, amelynek során a peptideket oldatban, lépésről lépésre építik fel, szilárd hordozó helyett oldható szerves címkék felhasználásával. Ezek a tagek – hasonlóan az SPPS-ben használt szilárd hordozókhoz – egyszerűsítik az egyes szintézislépések utáni izolálást, mivel lehetővé teszik a kicsapás, szűrés vagy extrakció útján történő elválasztást. A tageknek szerves oldószerekben oldódniuk kell, miközben meg kell különböztetni őket a többi anyagtól.
Hogyan segíti elő az ultrahang a TAGGING-folyamatot?
Ha az ultrahangkezelést a TAG-segítségével történő szintézissel kombinálják, az alábbi előnyökkel jár:
- Gyorsabb kapcsolási és védelemfeloldási ciklusok – az ultrahang felgyorsítja az oldatfázisú reakciókat, így lerövidítve az egyes lépésekhez szükséges időt
- Jobb oldhatóság és anyagátvitel – az ultrahangos kavitáció elősegíti a jelölt peptid oldatban való homogenitásának fenntartását, ami rendkívül fontos, mivel az oldhatóság a TAPS egyik legfőbb előnye az SPPS-szel szemben
- Csökkentett reagensmennyiség – a magasabb reakcióhatékonyságnak köszönhetően kevesebb aminosav- és kapcsolóreagens-ekvivalensre van szükség
- Részletesebb reakciók – a hiányos kapcsolódásból származó melléktermékek mennyiségének csökkenése, ami a nyersanyag nagyobb tisztaságát és az azt követő tisztítási folyamatok egyszerűsítését eredményezi
Jelentős példa erre a lipobaktin TAG-segítségével és ultrahangos kezeléssel végzett teljes szintézise, amely bebizonyította, hogy a TAGGING technika teljes mértékben összeegyeztethető az oldatfázisú módszerekkel, és hogy az ultrahangos kezelés minden egyes lépés során magas hozamot biztosít. (vö. Ramya et al., 2025)
Milyen hosszúságú peptidek állíthatók elő ultrahanggal támogatott TAPS-eljárással?
A rövid és közepes hosszúságú peptidek (~5–20 aminosav) jelentik azt az ideális tartományt, ahol a TAPS-módszer kiváló tisztaságú és megbízható eredményeket biztosít.
A hosszabb peptidek fragmenkkondenzációs stratégiával állíthatók elő: kisebb fragmenseket (6–10-mer) címkével ellátva szintetizálnak, majd ezeket összekapcsolják a teljes hosszúságú célmolekula létrehozása érdekében.
Nagyon hosszú vagy összetett célpontok esetén hibrid SPPS/TAPS-megközelítés alkalmazható.
Fedezze fel, hogyan javította az ultrahangkezelés a szilárd fázisú peptidszintézist (SPPS)!
Az ultrahanggal támogatott folyadékfázisú peptidszintézis ipari méretűre bővíthető-e?
Igen, ipari ultrahangos készülékek – például a Hielscher UIP2000hdT vagy UIP4000hdT modelljei – beépíthetők kötegelt reaktorokba és áramlási cellákba, lehetővé téve a peptidek nagy léptékű előállítását. A meglévő reaktorok utólagos felszerelése lehetővé teszi a már bevált peptidszintézis-folyamatok fejlesztését.
Melyek az ultrahangos LPPS fő előnyei a hagyományos LPPS-hez képest?
- Sebesség: A reakcióidők minden kapcsolási és védőcsoport-eltávolítási lépésben jelentősen lerövidülnek.
- Hatékonyság: A lépésenkénti magasabb hozamok a több maradékot tartalmazó peptidek esetében magasabb összhozamhoz vezetnek.
- Fenntarthatóság: kevesebb reagens-ekvivalens és – a gyorsabb reakcióknak köszönhetően – potenciálisan kevesebb oldószer.
- Akadálymentesség: Ehhez csupán egy szokásos ultrahangos fürdőre van szükség, speciális műszerekre nincs szükség.
- Kompatibilitás: kompatibilis a szokásos kapcsolóreagensekkel (DIC, HATU, TBTU, Oxyma stb.) és védőcsoport-stratégiákkal (Boc, Fmoc).
Irodalom / 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.
Ultrahangos CupHorn zárt csövek és fiolák intenzív ultrahangos kezeléséhez, valamint steril peptidek ultrahangos kezeléséhez.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.