ულტრაბგერითი პეპტიდური სინთეზი TAGGING ტექნიკის გამოყენებით

პეპტიდური სინთეზი ფარმაცევტული R+D-ის საფუძველია, თუმცა ტრადიციული მეთოდები – მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი (SPPS) და კლასიკური ხსნარის ფაზის შეერთება – რჩება შრომატევადი, რეაგენტების ხარჯვითი და მასშტაბირებისთვის რთული. უფრო ეფექტური ალტერნატივა ჩამოყალიბდა ორი ორთოგონალური სტრატეგიის კომბინაციით: TAGGING (დროებითი ანკორული ჯგუფი) ტექნიკა ხსნარის ფაზის პეპტიდური აგებისთვის და ულტრაბგერითი (სონოქიმიური) დამუშავება შეერთების, დეპროტექციისა და დამუშავების ეტაპების დასაჩქარებლად. ერთად, ისინი საშუალებას იძლევა თერაპიული პეპტიდების – როგორიცაა ანტიბიოტიკური/ანტიკანცეროგენული ლიპოპეპტიდი ლიპობაქტინი – გრამული რაოდენობიდან მასშტაბურ წარმოებამდე მიღებისა მაღალი სიწმინდით, შემცირებული გასუფთავების დატვირთვით და მკვეთრად ნაკლები ხელით შესრულებული ოპერაციებით.

რა უპირატესობები აქვს ულტრაბგერით პეპტიდურ სინთეზს?

• ხსნარის ფაზის ეკონომიკა: რეაქციები მიმდინარეობს ხსნარში, მნიშვნელოვნად ნაკლები ამინომჟავების ხარჯვით, ვიდრე მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზის დროს
• ფილტრაციაზე დაფუძნებული გასუფთავება: TAG-თან დაკავშირებული პეპტიდი ნალექდება პოლარულ გამხსნელებში, ამიტომ შუალედური პროდუქტები იზოლირდება მარტივი ფილტრაციით – არ არის საჭირო კოლონური ქრომატოგრაფია ან თითოეული ეტაპის დამახასიათებელი ანალიზი.
• მასშტაბური შრომის დაზოგვა: შუალედური გასუფთავებისა და სპექტრული კონტროლის გამორიცხვა მნიშვნელოვნად ამცირებს ადამიანის საათების რაოდენობას მთელი სინთეზის კამპანიის მანძილზე.
• სონოქიმიური დაჩქარება: ულტრაბგერითი დამუშავება ამცირებს ყველა კრიტიკული ეტაპის ხანგრძლივობას – Fmoc დეპროტექციის, გვერდითი ჯაჭვის შეერთების, ციკლიზაციისა და გლობალური დეპროტექციის – სელექციურობის შენარჩუნებით.
• მაღალი გამოსავლიანობა, მაღალი სიწმინდე: თითოეული ფრაგმენტის შეერთება და საბოლოო ლიპობაქტინის აგება მიმდინარეობს მაღალი გამოსავლიანობით; გლობალური დეპროტექცია იძლევა სამიზნე პროდუქტს ~83 % გამოსავლიანობით.
• მასშტაბური წარმოების მზადაყოფა: TAGGING ტექნიკა ღიად არის აღწერილი, როგორც პეპტიდების მასშტაბური მომზადების საშუალება უმაღლესი სიწმინდით, რაც მას პრაქტიკულ გზად აქცევს თერაპიულად მნიშვნელოვანი ლიპოპეპტიდების გრამული და კილოგრამული რაოდენობებისთვის.
• სრული მეთოდის თავსებადობა: მიდგომა სრულად თავსებადია ტრადიციულ SPPS-თან და ხსნარის ფაზის ქიმიასთან, ამიტომ არსებული დამცავი ჯგუფების სტრატეგიები (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) და შემაერთებელი აგენტები (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) უცვლელად გადადის.

რა არის TAGGING ტექნიკა?

TAG მიდგომაში, პეპტიდური ფრაგმენტი კოვალენტურად არის დაკავშირებული მოსაშორებელ, ფისის მსგავს ანკორულ (TAG) ჯგუფთან, რომელიც რჩება ხსნარში. ეს საშუალებას იძლევა, მზარდი ჯაჭვი მართულ იქნას, როგორც მყარი ფაზის პეპტიდი, მაგრამ თხევად ფაზაში:

• თითოეული შეერთების ან დეპროტექციის შემდეგ, TAG-თან დაკავშირებული პეპტიდი აღდგება მყარი სახით მარტივი ფილტრაციით ან ნალექდება პოლარულ/ანტი-გამხსნელ გარემოში, ხოლო ხსნადი უსუფთაობები და გვერდითი პროდუქტები ირეცხება.
• რადგან პეპტიდი რჩება დაკავშირებული ლინკერთან, კოლონური ქრომატოგრაფია და თითოეული შუალედური პროდუქტის სრული დამახასიათებელი ანალიზი მნიშვნელოვნად გამორიცხულია, რაც დროსა და ადამიანის შრომას ზოგავს.
• რეაქციები შეიძლება მიმდინარეობდეს ხსნარის ფაზაში, SPPS-თან შედარებით ბევრად ნაკლები ამინომჟავის გამოყენებით, და საბოლოო პროდუქტი გამოიყოფა TAG ჯგუფის გახლეჩით სინთეზის დასასრულს.

ლიპობაქტინისთვის, რეტრო-სინთეზი იყენებდა სამ ფრაგმენტს – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH და ლიპიდურ ფრაგმენტს C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – რომლებიც შეერთებული იქნა ფრაგმენტული კონდენსაციის სტრატეგიით, რათა მიღებულიყო გრძელი პეპტიდი ძალიან მაღალი გამოსავლიანობით. (იხ. Ramya et al., 2025)

TAG-დახმარებითი ლიპობაქტინის პეპტიდის სრული სინთეზი ჩქარდება ულტრაბგერითი დამუშავებით.
(კვლევა: Ramya et al., 2025)

როგორ აუმჯობესებს ულტრაბგერითი დამუშავება პეპტიდების ხსნარში ფაზური სინთეზს

ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება ხსნარის ფაზის ძირითადი ეტაპების გასაძლიერებლად და შესამოკლებლად. ლიპობაქტინის სინთეზში, როგორც ეს Ramya et al. (2025)-მა აღწერა, ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება შემდეგ ეტაპებზე:

რადგან TAG ქიმია უკვე იძლევა შუალედურ პროდუქტებს გასაფილტრი მყარი ნივთიერებების სახით, ულტრაბგერითი დამუშავება და TAGGING ტექნიკა ურთიერთშესავსებელია: ულტრაბგერა აჩქარებს მასათა გადატანას, შერევას და რეაქციის კინეტიკას, ხოლო ანკერი ინარჩუნებს პეპტიდს გამოსაყოფ მყარ ნივთიერებად სუფთა, ქრომატოგრაფიის მინიმალური გამოყენების სამუშაო პროცესისთვის.

მაღალი სიწმინდის პეპტიდების მარტივი მასშტაბირება ულტრაბგერითი დამუშავებით

პეპტიდური და პეპტიდურ-წამლიანი პროცესების ლაბორატორიიდან წარმოებაზე გადატანის ხშირი გამოწვევაა ულტრაბგერითი ეფექტის შენარჩუნება უფრო დიდ მოცულობებზე და მუდმივი ნაკადის პირობებში. Hielscher ამას უპასუხებს ულტრაბგერითი პროცესორების უწყვეტი რიგით ლაბორატორიულიდან სრულ ინდუსტრიულ მასშტაბამდე, უზრუნველყოფს ვალიდირებულ, გამეორებად სიმძლავრესა და დოკუმენტირებულ პროცესის კონტროლს.

ინდუსტრიული სონიკატორი UIP4000hdT (4000W, 20kHz) ულტრაბგერითი გაძლიერებული პეპტიდების სინთეზისთვის

ლიტერატურა / წყაროები

• 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.