Sinteza peptidelor cu ultrasunete folosind tehnica TAGGING

Sinteza peptidelor este o piatră de temelie a activității de cercetare și dezvoltare farmaceutică, însă metodele convenționale – sinteza peptidelor în fază solidă (SPPS) și cuplarea clasică în fază de soluție – rămân laborioase, risipitoare de reactivi și greu de scalat. O alternativă mai eficientă a apărut prin combinarea a două strategii ortogonale: tehnica TAGGING (grupare de ancorare temporară) pentru asamblarea peptidelor în fază de soluție și procesarea cu ultrasunete (sonochimică) pentru accelerarea etapelor de cuplare, deprotejare și prelucrare. Împreună, acestea permit producția la scară de grame până la scară industrială a peptidelor terapeutice – cum ar fi lipopeptida antibiotică/anticanceroasă lipobactina – cu puritate ridicată, sarcină de purificare redusă și operațiuni manuale dramatic mai puține.

Ce avantaje aduce sinteza peptidelor cu ultrasunete?

• Economia fazei de soluție: Reacțiile au loc în soluție, cu un consum de aminoacizi semnificativ mai redus decât în sinteza peptidelor în fază solidă
• Purificare bazată pe filtrare: Peptida legată la TAG precipită în solvenți polari, astfel încât intermediarii sunt izolați prin simplă filtrare – fără a fi nevoie de cromatografie pe coloană sau de caracterizare la fiecare etapă.
• Economii masive de muncă: Eliminarea purificării intermediare și a verificărilor spectrale economisește un număr substanțial de ore de muncă umană pe parcursul unei campanii complete de sinteză.
• Accelerare sonochimică: Sonicarea scurtează fiecare etapă critică – deprotejarea Fmoc, cuplarea catenelor laterale, ciclizarea și deprotejarea globală – fără a compromite selectivitatea.
• Randamente ridicate, puritate ridicată: Fiecare cuplare de fragmente și asamblarea finală a lipobactinei se desfășoară cu randament ridicat; deprotejarea globală furnizează compusul țintă cu un randament de ~83 %.
• Pregătire pentru scara industrială: Tehnica TAGGING este descrisă în mod explicit ca permițând prepararea peptidelor la scară industrială cu cea mai mare puritate, ceea ce o face o cale practică spre cantități de grame și kilograme de lipopeptide importante din punct de vedere terapeutic.
• Compatibilitate metodologică completă: Abordarea este pe deplin compatibilă cu SPPS convențională și cu chimia în fază de soluție, astfel încât strategiile existente de grupări protectoare (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) și agenții de cuplare (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) se transferă nemodificați.

Ce este tehnica TAGGING?

În abordarea TAG, un fragment peptidic este ancorat covalent la o grupare de ancorare detașabilă, asemănătoare unei resine (TAG), care rămâne în soluție. Acest lucru permite ca lanțul în creștere să fie manipulat ca o peptidă în fază solidă, dar în fază lichidă:

• După fiecare cuplare sau deprotejare, peptida legată la TAG este recuperată ca solid prin simplă filtrare sau precipitare în medii polare/antisolvent, în timp ce impuritățile solubile și produșii secundari sunt îndepărtați prin spălare.
• Deoarece peptida rămâne atașată la linker, cromatografia pe coloană și caracterizarea completă a fiecărui intermediar sunt în mare măsură eliminate, economisind timp și efort uman semnificative.
• Reacțiile pot fi conduse în fază de soluție, folosind mult mai puțin aminoacid decât SPPS, iar produsul final este eliberat prin clivarea grupării TAG, aproape de finalul sintezei.

În cazul lipobactinei, retro-sinteza a utilizat trei fragmente – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH și fragmentul lipidic C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – cuplate printr-o strategie de condensare a fragmentelor, pentru a obține peptida lungă cu randamente foarte ridicate. (cf. Ramya et al., 2025)

Sinteza completă asistată de TAG a peptidei lipobactina este accelerată prin sonicare.
(Studiu: Ramya et al., 2025)

Cum îmbunătățește sonicarea sinteza peptidelor în fază de soluție

Ultrasonicarea este utilizată pentru a intensifica și a scurta etapele-cheie din faza de soluție. În sinteza lipobactinei, așa cum este descrisă de Ramya et al. (2025), sonicarea este aplicată la:

Deoarece chimia TAG furnizează deja intermediarii ca solide filtrabile, ultrasonicarea și TAGGING sunt complementare: ultrasunetele accelerează transferul de masă, amestecarea și cinetica reacției, în timp ce ancora menține peptida ca solid recuperabil, pentru un flux de lucru curat, cu puțină cromatografie.

Scalare facilă a peptidelor de puritate ridicată prin sonicare

O provocare frecventă la transferul proceselor de peptide și de medicamente peptidice de la bancul de laborator la producție este păstrarea efectului sonochimic la volume mai mari și în flux continuu. Hielscher abordează acest aspect cu o gamă continuă de procesoare cu ultrasunete, de la scara de laborator până la scara industrială completă, oferind o putere validată și reproductibilă, precum și un control documentat al procesului.

Sonicator industrial UIP4000hdT (4000W, 20kHz) pentru sinteza peptidelor îmbunătățită cu ultrasunete

Literatură / Referințe

• 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.