Ultrasone peptidesynthese met de TAGGING-techniek

Peptidesynthese is een hoeksteen van farmaceutische R+D, maar conventionele methoden – peptidesynthese op vaste fase (SPPS) en klassieke koppeling in de oplossingsfase – blijven arbeidsintensief, verkwistend in het gebruik van reagentia en moeilijk op te schalen. Een efficiënter alternatief is ontstaan door de combinatie van twee orthogonale strategieën: de TAGGING-techniek (tijdelijke ankergroep) voor peptideassemblage in de oplossingsfase en ultrasone (sonochemische) verwerking om koppelingsstappen, ontschermingsstappen en opwerkingsstappen te versnellen. Samen maken ze de productie van therapeutische peptiden op gramschaal tot bulkschaal mogelijk – zoals het lipopeptide lipobactin met antibiotische en kankerbestrijdende werking – met een hoge zuiverheid, minder zuiveringswerk en aanzienlijk minder handmatige handelingen.

Welke voordelen biedt ultrasone peptidesynthese?

• Kostenefficiëntie van de oplossingsfase: Reacties vinden plaats in oplossing met een aanzienlijk lager aminozuurverbruik dan bij peptidesynthese op vaste fase
• Zuivering op basis van filtratie: Het aan TAG gebonden peptide slaat neer in polaire oplosmiddelen, zodat tussenproducten door eenvoudige filtratie worden geïsoleerd – kolomchromatografie of karakterisering na elke stap is niet nodig.
• Enorme arbeidsbesparing: Het weglaten van tussentijdse zuivering en spectrale controles bespaart gedurende een volledig synthesetraject een aanzienlijk aantal arbeidsuren.
• Sonochemische versnelling: Sonicatie verkort elke cruciale stap – Fmoc-ontscherming, zijketenkoppeling, cyclisatie en globale ontscherming – zonder de selectiviteit aan te tasten.
• Hoge opbrengsten, hoge zuiverheid: Elke fragmentkoppeling en de uiteindelijke assemblage van lipobactin verlopen met een hoge opbrengst; de globale ontscherming levert het doelproduct op met een opbrengst van ~83 %.
• Geschikt voor bulkschaal: De TAGGING-techniek wordt expliciet beschreven als een techniek die de bereiding van peptiden op bulkschaal met de allerhoogste zuiverheid mogelijk maakt, waardoor deze een praktische route biedt naar gram- en kilogramhoeveelheden van therapeutisch belangrijke lipopeptiden.
• Volledige compatibiliteit met bestaande methoden: De aanpak is volledig compatibel met conventionele SPPS en chemie in de oplossingsfase, zodat bestaande beschermingsgroepstrategieën (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) en koppelingsreagentia (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) ongewijzigd kunnen worden toegepast.

Wat is de TAGGING-techniek?

Bij de TAG-aanpak wordt een peptidefragment covalent verankerd aan een verwijderbare, harsachtige ankergroep (TAG) die in oplossing blijft. Hierdoor kan de groeiende keten worden behandeld als een peptide op vaste fase, maar dan in de vloeibare fase:

• Na elke koppeling of ontscherming wordt het aan TAG gebonden peptide als vaste stof teruggewonnen door eenvoudige filtratie of precipitatie in polaire media of media met een antioplosmiddel, terwijl oplosbare onzuiverheden en bijproducten worden weggewassen.
• Doordat het peptide aan de linker gebonden blijft, vervallen kolomchromatografie en volledige karakterisering van elk tussenproduct grotendeels, wat aanzienlijk veel tijd en menselijke inspanning bespaart.
• Reacties kunnen in de oplossingsfase worden uitgevoerd, met veel minder aminozuur dan bij SPPS, en het eindproduct wordt tegen het einde van de synthese vrijgemaakt door afsplitsing van de TAG-groep.

 
Voor lipobactin werden bij de retrosynthese drie fragmenten gebruikt – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH en het lipidefragment C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – die via een fragmentcondensatiestrategie werden gekoppeld om het lange peptide met zeer hoge opbrengsten te verkrijgen. (vgl. Ramya et al., 2025)

De volledige synthese van het peptide lipobactin met behulp van TAG wordt versneld door sonicatie.
(Studie: Ramya et al., 2025)

Hoe sonicatie de synthese van peptiden in de oplossingsfase verbetert

Ultrasone behandeling wordt gebruikt om de belangrijkste stappen in de oplossingsfase te intensiveren en te verkorten. Bij de synthese van lipobactin zoals beschreven door Ramya et al. (2025) wordt sonicatie toegepast voor:

Omdat TAG-chemie al tussenproducten als filtreerbare vaste stoffen oplevert, vullen ultrasone behandeling en TAGGING elkaar aan: ultrageluid versnelt massaoverdracht, menging en reactiekinetiek, terwijl het anker het peptide als terugwinbare vaste stof behoudt voor een schone werkwijze met weinig chromatografie.

Eenvoudige opschaling van peptiden met hoge zuiverheid met sonicatie

Een veelvoorkomende uitdaging bij het overbrengen van processen voor peptiden en peptidegeneesmiddelen van de laboratoriumwerkbank naar productie is het behouden van het sonochemische effect bij grotere volumes en continue doorstroming. Hielscher pakt dit aan met een doorlopend assortiment ultrasone processoren van laboratoriumschaal tot volledige industriële schaal, met gevalideerd, reproduceerbaar vermogen en gedocumenteerde procesregeling.
 

Industriële sonicator UIP4000hdT (4000W, 20kHz) voor ultrasoon verbeterde peptidesynthese

Literatuur / Referenties

• 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.