Sintesis Peptida Ultrasonik Menggunakan Teknik TAGGING

Sintesis peptida merupakan landasan penelitian dan pengembangan farmasi, tetapi metode konvensional – sintesis peptida fase padat (SPPS) dan penggandengan klasik dalam fase larutan – masih membutuhkan banyak tenaga kerja, boros reagen, dan sulit ditingkatkan skalanya. Alternatif yang lebih efisien telah muncul melalui kombinasi dua strategi ortogonal: teknik TAGGING (gugus penambat sementara) untuk perakitan peptida dalam fase larutan dan pemrosesan ultrasonik (sonokimia) untuk mempercepat tahap penggandengan, deproteksi, dan penanganan pascareaksi. Keduanya memungkinkan produksi peptida terapeutik dari skala gram hingga skala besar – seperti lipopeptida antibiotik/antikanker lipobactin – dengan kemurnian tinggi, beban pemurnian yang lebih rendah, dan jauh lebih sedikit operasi manual.

Apa Keuntungan Sintesis Peptida Ultrasonik?

• Efisiensi biaya fase larutan: Reaksi berlangsung dalam larutan dengan konsumsi asam amino yang jauh lebih rendah dibandingkan sintesis peptida fase padat
• Pemurnian berbasis filtrasi: Peptida yang terikat pada TAG mengendap dalam pelarut polar, sehingga zat antara diisolasi melalui filtrasi sederhana – tanpa memerlukan kromatografi kolom atau karakterisasi pada setiap tahap.
• Penghematan tenaga kerja yang besar: Menghilangkan pemurnian zat antara dan pemeriksaan spektral menghemat banyak jam kerja manusia sepanjang keseluruhan rangkaian sintesis.
• Percepatan sonokimia: Sonikasi mempersingkat setiap tahap penting – deproteksi Fmoc, penggandengan rantai samping, siklisasi, dan deproteksi menyeluruh – tanpa mengorbankan selektivitas.
• Rendemen tinggi, kemurnian tinggi: Setiap penggandengan fragmen dan perakitan akhir lipobactin berlangsung dengan rendemen tinggi; deproteksi menyeluruh menghasilkan senyawa target dengan rendemen ~83 %.
• Kesiapan untuk skala besar: Teknik TAGGING secara eksplisit dijelaskan sebagai teknik yang memungkinkan preparasi peptida berskala besar dengan kemurnian tertinggi, sehingga menjadi jalur praktis untuk menghasilkan lipopeptida penting secara terapeutik dalam jumlah gram dan kilogram.
• Kompatibilitas metode sepenuhnya: Pendekatan ini sepenuhnya kompatibel dengan SPPS konvensional dan kimia fase larutan, sehingga strategi gugus pelindung yang ada (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) dan agen penggandeng (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) dapat tetap digunakan tanpa perubahan.

Apa itu teknik TAGGING?

Dalam pendekatan TAG, fragmen peptida ditambatkan secara kovalen pada gugus penambat (TAG) menyerupai resin yang dapat dilepas dan tetap berada dalam larutan. Hal ini memungkinkan rantai yang sedang tumbuh ditangani seperti peptida fase padat, tetapi dalam fase cair:

• Setelah setiap penggandengan atau deproteksi, peptida yang terikat pada TAG diperoleh kembali sebagai padatan melalui filtrasi sederhana atau pengendapan dalam media polar/antipelarut, sementara pengotor dan produk samping yang larut dihilangkan melalui pencucian.
• Karena peptida tetap terikat pada penghubung, kromatografi kolom dan karakterisasi lengkap setiap zat antara sebagian besar dapat dihilangkan, sehingga menghemat banyak waktu dan tenaga manusia.
• Reaksi dapat dijalankan dalam fase larutan dengan penggunaan asam amino yang jauh lebih sedikit dibandingkan SPPS, dan produk akhir dilepaskan melalui pemutusan gugus TAG menjelang akhir sintesis.

 
Untuk lipobactin, retrosintesis menggunakan tiga fragmen – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH, dan fragmen lipid C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – yang digandengkan melalui strategi kondensasi fragmen untuk menghasilkan peptida panjang dengan rendemen yang sangat tinggi. (bandingkan Ramya et al., 2025)

Sintesis lengkap peptida lipobactin berbantuan TAG dipercepat oleh sonikasi.
(Studi: Ramya et al., 2025)

Bagaimana Sonikasi Meningkatkan Sintesis Peptida dalam Fase Larutan

Ultrasonikasi digunakan untuk mengintensifkan dan mempersingkat tahap utama dalam fase larutan. Dalam sintesis lipobactin sebagaimana dijelaskan oleh Ramya et al. (2025), sonikasi diterapkan pada:

Karena kimia TAG sudah menghasilkan zat antara berupa padatan yang dapat difiltrasi, ultrasonikasi dan TAGGING saling melengkapi: ultrasonik mempercepat perpindahan massa, pencampuran, dan kinetika reaksi, sementara penambat mempertahankan peptida sebagai padatan yang dapat diperoleh kembali untuk alur kerja yang bersih dengan sedikit penggunaan kromatografi.

Peningkatan Skala Peptida Berkemurnian Tinggi dengan Mudah Menggunakan Sonikasi

Tantangan yang sering dihadapi saat memindahkan proses peptida dan obat peptida dari meja laboratorium ke produksi adalah mempertahankan efek sonokimia pada volume yang lebih besar dan aliran kontinu. Hielscher mengatasinya dengan rangkaian prosesor ultrasonik yang mencakup skala laboratorium hingga skala industri penuh, menyediakan daya yang tervalidasi dan dapat direproduksi serta kontrol proses yang terdokumentasi.
 

Sonikator industri UIP4000hdT (4000W, 20kHz) untuk sintesis peptida yang ditingkatkan secara ultrasonik

Literatur / Referensi

• 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.