Peptīdu sintēze ar ultraskaņu, izmantojot TAGGING metodi

Peptīdu sintēze ir viens no farmaceitiskās pētniecības un izstrādes stūrakmeņiem, tomēr tradicionālās metodes – peptīdu cietfāzes sintēze (SPPS) un klasiskā kondensēšana šķīdumā – joprojām ir darbietilpīgas, rada lielu reaģentu patēriņu un ir grūti mērogojamas. Efektīvāka alternatīva ir radusies, apvienojot divas savstarpēji neatkarīgas stratēģijas: TAGGING (pagaidu piesaistes grupas) metodi peptīdu ķēdes veidošanai šķīdumā un apstrādi ar ultraskaņu (sonoķīmisko apstrādi), lai paātrinātu kondensēšanas, aizsarggrupu noņemšanas un reakcijas maisījuma pēcapstrādes posmus. Kopā tās ļauj ražot terapeitiskus peptīdus – piemēram, lipopeptīdu lipobaktīnu ar antibiotisku un pretvēža iedarbību – no gramu daudzumiem līdz lielapjoma ražošanai, nodrošinot augstu tīrību, mazāku attīrīšanas slodzi un ievērojami mazāk manuālu darbību.

Kādas priekšrocības sniedz peptīdu sintēze ar ultraskaņu?

Sintēzes šķīdumā ekonomiskās priekšrocības: Reakcijas norisinās šķīdumā ar ievērojami mazāku aminoskābju patēriņu nekā peptīdu cietfāzes sintēzē
Attīrīšana ar filtrēšanu: Ar TAG saistītais peptīds izgulsnējas polāros šķīdinātājos, tāpēc starpproduktus izolē ar vienkāršu filtrēšanu – nav nepieciešama kolonnu hromatogrāfija vai raksturošana katrā posmā.
Ievērojams darba ietaupījums: Atteikšanās no starpproduktu attīrīšanas un spektrālajām pārbaudēm ļauj ietaupīt ievērojamu darba stundu skaitu visā sintēzes ciklā.
Sonoķīmiskā paātrināšana: Apstrāde ar ultraskaņu saīsina katru būtisko posmu – Fmoc aizsarggrupas noņemšanu, sānu ķēžu kondensēšanu, ciklizāciju un visu aizsarggrupu noņemšanu –, nemazinot selektivitāti.
Augsts iznākums, augsta tīrība: Katra fragmentu kondensēšana un lipobaktīna ķēdes galīgā izveide norisinās ar augstu iznākumu; visu aizsarggrupu noņemšana nodrošina mērķproduktu ar ~83 % iznākumu.
Gatavība lielapjoma ražošanai: TAGGING metode ir nepārprotami aprakstīta kā metode, kas ļauj iegūt peptīdus lielā apjomā ar visaugstāko tīrību, padarot to par praktisku paņēmienu terapeitiski nozīmīgu lipopeptīdu iegūšanai gramu un kilogramu daudzumos.
Pilnīga metožu saderība: Šī pieeja ir pilnībā saderīga ar tradicionālo SPPS un ķīmiskajām metodēm šķīdumā, tāpēc esošās aizsarggrupu stratēģijas (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) un kondensēšanas reaģentus (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) var izmantot bez izmaiņām.

Bez kolonnām, bez atkritumiem: uzlabojiet peptīdu sintēzi ar apstrādi ar ultraskaņu + TAGGING!
Pastāstiet mums par izaicinājumiem jūsu peptīdu sintēzes procesā. Mūsu ultraskaņas apstrādes eksperti ieteiks ideālu ultraskaņas iekārtas konfigurāciju jūsu peptīdu ražošanas mērķiem!

Rūpnieciskās klases ultraskaņas apstrādes ierīce UIP2000hdT ar farmaceitisku periodiskas darbības reaktoru peptīdu sintēzei kilogramu mērogā, izmantojot TAGGING metodi. Apstrādi ar ultraskaņu izmanto dažādu peptīdu fragmentu sintēzei un fragmentu kondensācijai, Alloc aizsarggrupas atšķelšanai, trimēra saistīšanai, TAG atšķelšanai, ciklizācijai un visu aizsarggrupu atšķelšanai.

Rūpnieciskā ultraskaņas iekārta UIP2000hdT ar farmaceitisko periodiskas darbības reaktoru uzlabotai peptīdu sintēzei

Kas ir TAGGING metode?

TAG pieejā peptīda fragments ir kovalenti piesaistīts atšķeļamai, sveķiem līdzīgai piesaistes grupai (TAG), kas paliek šķīdumā. Tas ļauj ar augošo ķēdi rīkoties līdzīgi kā ar cietfāzes peptīdu, taču šķidrajā fāzē:

Pēc katras kondensēšanas vai aizsarggrupu noņemšanas ar TAG saistīto peptīdu atgūst cietā veidā ar vienkāršu filtrēšanu vai izgulsnēšanu polāru šķīdinātāju/antišķīdinātāju vidē, savukārt šķīstošos piemaisījumus un blakusproduktus aizskalo.
Tā kā peptīds paliek piesaistīts saistītājgrupai, lielā mērā tiek novērsta nepieciešamība pēc kolonnu hromatogrāfijas un katra starpprodukta pilnīgas raksturošanas, tādējādi ievērojami ietaupot laiku un cilvēku darbu.
Reakcijas var veikt šķīdumā, izmantojot daudz mazāk aminoskābju nekā SPPS, un galaproduktu atbrīvo, sintēzes beigu daļā atšķeļot TAG grupu.

Lipobaktīna retrosintēzē izmantoja trīs fragmentus – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH un lipīdu fragmentu C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH –, kurus savienoja, izmantojot fragmentu kondensēšanas stratēģiju, lai iegūtu garo peptīdu ar ļoti augstu iznākumu. (sal. Ramya et al., 2025)

Apstrāde ar ultraskaņu paātrina peptīda lipobaktīna pilno sintēzi ar TAG atbalstu. Apstrādi ar ultraskaņu izmanto dažādu peptīdu fragmentu sintēzei un fragmentu kondensācijai, Alloc aizsarggrupas atšķelšanai, trimēra saistīšanai, TAG atšķelšanai, ciklizācijai un visu aizsarggrupu atšķelšanai. Šī lipopeptīdu sintēzes metode ar ultraskaņu ir ļoti ekonomiska un nodrošina augstu peptīdu tīrību. Tā nodrošina izcilus iznākumus salīdzinājumā gan ar parasto šķīduma fāzes, gan cietās fāzes peptīdu sintēzi.

Ar TAG palīdzību veikto peptīda lipobaktīna pilno sintēzi paātrina apstrāde ar ultraskaņu.
(Pētījums: Ramya et al., 2025)

Apvienojot atšķeļamu organisku enkuru (TAG) ar fokusētu ultraskaņas enerģiju, iegūst peptīdu sintēzes procesu, kas vienlaikus ir ātrāks, tīrāks un vieglāk mērogojams – tas samazina šķīdinātāju atkritumu daudzumu, novērš atkārtotu attīrīšanu kolonnās un paver reālas iespējas rūpnieciski ražot sarežģītus cikliskus lipopeptīdus, piemēram, lipobaktīnu.

Kā apstrāde ar ultraskaņu uzlabo peptīdu sintēzi šķīduma fāzē

Apstrādi ar ultraskaņu izmanto, lai intensificētu un saīsinātu galvenos šķīduma fāzes sintēzes posmus. Ramya et al. (2025) aprakstītajā lipobaktīna sintēzē apstrādi ar ultraskaņu izmanto šādos posmos:

Aktivēšana/esterificēšana – piemēram, Alloc-Thr-OH aizsargāšana ar pMB-Cl (DIPEA, DCM), 1 h apstrādājot ar ultraskaņu 2–8°C temperatūrā.

Fragmentu aizsarggrupu noņemšana – Fmoc noņemšana no pie TAG piesaistītā Ala-Arg, izmantojot piperidīnu/DBU THF vidē un 30 min apstrādājot ar ultraskaņu.

Sānu ķēžu un fragmentu savienošana – piemēram, Fmoc-Ile-OH savienošana ar H₂N-Ser(OᵗBu)-OMe, izmantojot HATU/TEA un 30 min apstrādājot ar ultraskaņu.

TAG atšķelšana – enkura noņemšana ar DCM:TFE:TFA maisījumu 0 °C temperatūrā, kam seko 45 min ilga apstrāde ar ultraskaņu.

Ciklizācija – HATU/DIPEA veicināta ciklizācija DCM vidē, 1 h apstrādājot ar ultraskaņu.

Visu aizsarggrupu noņemšana – tBu un Pbf aizsarggrupu atšķelšana ar TFA:TIPS:H₂O (95:2,5:2,5), 1 h apstrādājot ar ultraskaņu un iegūstot galaproduktu ar ~83% iznākumu.

Tā kā TAG ķīmija jau nodrošina starpproduktu iegūšanu filtrējamu cietvielu veidā, apstrāde ar ultraskaņu un TAGGING savstarpēji papildina viena otru: ultraskaņa paātrina masas pārnesi, sajaukšanu un reakciju kinētiku, savukārt enkurs saglabā peptīdu atgūstamas cietvielas veidā, nodrošinot tīru darbplūsmu ar nelielu vajadzību pēc hromatogrāfijas.

Ar ultraskaņu maisīts reaktors uzlabotai peptīdu sintēzei.

Ultraskaņas apstrādes ierīce UP200St: Ar ultraskaņu maisīts reaktors paātrinātai peptīdu sintēzei.

Vienkārša augstas tīrības pakāpes peptīdu ražošanas mēroga palielināšana ar apstrādi ar ultraskaņu

Pārejot no peptīdu un peptīdu zāļu iegūšanas procesiem laboratorijā uz ražošanu, bieži sastopams izaicinājums ir sonoķīmiskā efekta saglabāšana lielākos tilpumos un nepārtrauktā plūsmā. Hielscher to risina ar nepārtrauktu ultraskaņas procesoru klāstu no laboratorijas līdz pilnam rūpnieciskam mērogam, nodrošinot validētu, reproducējamu jaudu un dokumentētu procesa kontroli.

Rūpniecisks ultraskaņas homogenizators UIP4000hdT (4000W, 20kHz) efektīvai apstrādei plūsmā, piemēram, peptīdu sintēzei ar TAG atbalstu (TAPS)

Rūpnieciska ultraskaņas apstrādes ierīce UIP4000hdT (4000W, 20kHz) ar ultraskaņu uzlabotai peptīdu sintēzei

Ultraskaņas apstrādes ierīce UIP1000hdT, ultraskaņas homogenizators ar 1000 vatu jaudu pārtikas pārstrādei

Ultraskaņas apstrādes ierīce UIP1000hdT, uz laboratorijas galda novietojams ultraskaņas homogenizators ar 1000 vatu jaudu

Saistītās tēmas

Bieži uzdotie jautājumi par TAG peptīdu sintēzi ar ultraskaņas palīdzību

Kas ir peptīdu sintēze šķidrajā fāzē (LPPS)?

Peptīdu sintēze šķidrajā fāzē (LPPS) ir metode peptīdu pakāpeniskai veidošanai šķīdumā, izmantojot klasiskās organiskās ķīmijas paņēmienus. Tā ir viena no četrām galvenajām peptīdu iegūšanas metodēm un ir pazīstama ar savu ekonomiskumu, mērogojamību un to, ka tā ir videi visdraudzīgākā no peptīdu sintēzes pieejām. Tā ir īpaši piemērota īsākiem peptīdiem, taču garāku secību gadījumā var rasties grūtības nodrošināt vienmērīgu reakciju norisi un šķīdību, kā arī atdalīt nevēlamus blakusproduktus.

Kā ultraskaņa uzlabo peptīdu sintēzi šķidrajā fāzē?

Ultraskaņa (apstrāde ar ultraskaņu) uzlabo LPPS, paātrinot gan savienošanas, gan aizsarggrupu noņemšanas posmus. Ultraskaņas viļņi uzlabo masas pārnesi un reakciju kinētiku, nodrošinot šādas priekšrocības:

Īsāks reakciju laiks: savienošanas un aizsarggrupu noņemšanas ciklus var ievērojami saīsināt
Lielāks iznākums: pilnīgāka pārvēršanās katrā posmā
Uzlabota neattīrītā produkta tīrība: mazāk nepilnīgas savienošanas blakusproduktu
Mazāks reaģentu patēriņš: ātrāku un efektīvāku reakciju dēļ nepieciešams mazāk savienošanas reaģentu un aminoskābju ekvivalentu

Kas ir peptīdu sintēze ar TAG palīdzību (TAPS)?

Peptīdu sintēze ar TAG palīdzību (TAPS) ir īpašs peptīdu sintēzes šķidrajā fāzē variants, kurā peptīdus pakāpeniski veido šķīdumā, cieta nesēja vietā izmantojot šķīstošas organiskas enkura grupas. Šīs grupas, kas ir analogas SPPS izmantotajiem cietajiem nesējiem, vienkāršo izolēšanu pēc katra sintēzes posma, ļaujot veikt atdalīšanu ar izgulsnēšanu, filtrēšanu vai ekstrakciju. Enkura grupām jāšķīst organiskajos šķīdinātājos, vienlaikus paliekot atšķiramām no citiem materiāliem.

Kā ultraskaņa uzlabo TAGGING procesu?

Apvienojot apstrādi ar ultraskaņu ar TAG atbalstītu sintēzi, ieguvumi ir šādi:

Ātrāki saistīšanas un aizsarggrupu atšķelšanas cikli – ultraskaņa paātrina reakcijas šķīduma fāzē, samazinot katram posmam nepieciešamo laiku
Uzlabota šķīdība un masas pārnese – ultraskaņas kavitācija palīdz uzturēt ar enkura grupu saistītā peptīda viendabīgumu šķīdumā, kas ir būtiski, jo šķīdība ir viena no galvenajām TAPS priekšrocībām salīdzinājumā ar SPPS
Samazināts reaģentu daudzums – augstāka reakcijas efektivitāte nozīmē, ka nepieciešams mazāk aminoskābju un saistīšanas reaģentu ekvivalentu
Pilnīgāka reakciju norise – mazāk nepilnīgas saistīšanas blakusproduktu, tādējādi palielinot neattīrītā produkta tīrību un vienkāršojot turpmāko attīrīšanu

Ievērības cienīgs piemērs ir lipobaktīna pilnā sintēze ar TAG atbalstu un ultraskaņas starpniecību, kas parādīja, ka TAGGING metode ir pilnībā savietojama ar šķīduma fāzes metodēm un ka apstrāde ar ultraskaņu nodrošina augstus iznākumus katrā posmā. (sal. Ramya et al., 2025)

Kāda garuma peptīdus var iegūt ar ultraskaņas atbalstītu TAPS?

Īsi un vidēja garuma peptīdi (~5–20 atlikumi) ir optimālā izvēle, kurai TAPS nodrošina augstu tīrību un uzticamus rezultātus.
Garākus peptīdus var iegūt, izmantojot fragmentu kondensācijas stratēģiju: mazākus fragmentus (6–10 atlikumu oligomērus) sintezē uz enkura grupas un pēc tam savieno, lai iegūtu pilna garuma mērķa peptīdu.
Ļoti gariem vai sarežģītiem mērķa peptīdiem var izmantot hibrīdu SPPS/TAPS pieeju.
Uzziniet, kā apstrāde ar ultraskaņu uzlaboja cietās fāzes peptīdu sintēzi (SPPS)!

Vai ultraskaņas atbalstītu šķidrās fāzes peptīdu sintēzi var mērogot līdz rūpnieciskai ražošanai?

Jā, rūpnieciskās ultraskaņas apstrādes ierīces – piemēram, Hielscher modeļus UIP2000hdT vai UIP4000hdT – var integrēt periodiskas darbības reaktoros un plūsmas šūnās, nodrošinot peptīdu ražošanu lielā mērogā. Esošo reaktoru modernizēšana ļauj uzlabot jau ieviestos peptīdu sintēzes procesus.

Kādas ir galvenās ultraskaņas LPPS priekšrocības salīdzinājumā ar parasto LPPS?

Ātrums: reakciju laiks tiek krasi samazināts katrā saistīšanas un aizsarggrupu atšķelšanas posmā.
Efektivitāte: augstāks iznākums katrā posmā nodrošina augstāku kopējo iznākumu peptīdiem ar vairākiem atlikumiem.
Ilgtspēja: ātrāku reakciju dēļ nepieciešams mazāk reaģentu ekvivalentu un, iespējams, mazāk šķīdinātāja.
Pieejamība: nepieciešama tikai standarta ultraskaņas vanna, specializēta aparatūra nav vajadzīga.
Savietojamība: ir savietojama ar standarta saistīšanas reaģentiem (DIC, HATU, TBTU, Oxyma u. c.) un aizsarggrupu izmantošanas stratēģijām (Boc, Fmoc).

Literatūra / Atsauces

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.

Ultraskaņas kausveida sonotrode vienmērīgai un intensīvai līdz pat 5 slēgtu mēģeņu un flakonu apstrādei ar ultraskaņu, nodrošinot vienmērīgu un ātru sterilu peptīdu sintēzi.

Ultrasonic CupHorn intensīvai slēgtu mēģeņu un flakonu apstrādei ar ultraskaņu, lai sterili apstrādātu peptīdus ar ultraskaņu.

No īstenojamības pārbaudēm līdz procesa optimizācijai un uzstādīšanai rūpniecībā ar labāko ultraskaņas apstrādes iekārtu – Hielscher Ultrasonics ir jūsu partneris veiksmīgu ultraskaņas procesu īstenošanā!

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciskam mērogam.