Sinteza peptidelor prin ultrasunete folosind tehnica TAGGING

Sinteza peptidelor reprezintă o piatră de temelie a cercetării și dezvoltării farmaceutice, însă metodele convenționale – sinteza peptidică în fază solidă (SPPS) și cuplarea clasică în fază lichidă – rămân procese care necesită multă muncă, consumă multor reactivi și sunt dificil de scalabilizat. O alternativă mai eficientă a apărut prin combinarea a două strategii ortogonale: tehnica TAGGING (grup de ancorare temporară) pentru asamblarea peptidelor în fază lichidă și procesarea cu ultrasunete (sonochimică) pentru accelerarea etapelor de cuplare, deprotecție și prelucrare. Împreună, acestea permit producția de peptide terapeutice la scară de la un gram până la cantități mari. – cum ar fi lipopeptida lipobactină, cu proprietăți antibiotice și anticanceroase – cu un grad ridicat de puritate, un efort redus de purificare și un număr semnificativ mai mic de operațiuni manuale.

Care sunt avantajele sintezei peptidice prin ultrasunete?

• Economia fazei de soluție: Reacțiile se desfășoară în soluție, cu un consum de aminoacizi semnificativ mai redus decât în cazul sintezei peptidice în fază solidă
• Purificarea prin filtrare: Peptida legată de TAG se precipită în solvenți polari, astfel încât produșii intermediari sunt izolați prin simpla filtrare – nu este necesară cromatografia pe coloană sau caracterizarea la fiecare etapă.
• Reduceri semnificative ale costurilor cu forța de muncă: Eliminarea etapelor intermediare de purificare și a verificărilor spectrale permite economisirea unui număr semnificativ de ore de muncă pe parcursul unei campanii complete de sinteză.
• Accelerarea sonochimică: Tratamentul cu ultrasunete scurtează fiecare etapă critică – Deprotejarea Fmoc, cuplarea lanțurilor laterale, ciclizarea și deprotejarea globală – fără a compromite selectivitatea.
• Randamente ridicate, puritate ridicată: Fiecare reacție de cuplare a fragmentelor și asamblarea finală a lipobactinei se desfășoară cu un randament ridicat; deprotejarea globală duce la obținerea substanței țintă cu un randament de aproximativ 83 %.
• Gradul de pregătire la scară largă: Tehnica TAGGING este descrisă în mod explicit ca permițând prepararea la scară largă a peptidelor cu o puritate maximă, ceea ce o transformă într-o metodă practică pentru obținerea unor cantități de ordinul gramului și kilogramului de lipopeptide importante din punct de vedere terapeutic.
• Compatibilitate completă a metodelor: Această abordare este pe deplin compatibilă cu SPPS-ul convențional și cu chimia în fază lichidă, astfel încât strategiile existente privind grupările protectoare (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) și agenții de cuplare (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) pot fi utilizate fără modificări.

Ce este tehnica TAGGING?

În cadrul abordării TAG, un fragment peptidic este ancorat covalent la un grup de ancorare (TAG) detașabil, de tip rășină, care rămâne în soluție. Acest lucru permite ca lanțul în curs de sinteză să fie tratat ca o peptidă în fază solidă, dar în fază lichidă:

• După fiecare cuplare sau îndepărtare a grupării protectoare, peptida legată de TAG este recuperată sub formă solidă prin simpla filtrare sau precipitare în medii polare/antisolvente, în timp ce impuritățile solubile și produsele secundare sunt îndepărtate prin spălare.
• Deoarece peptida rămâne atașată de legătură, cromatografia pe coloană și caracterizarea completă a fiecărui produs intermediar sunt în mare măsură eliminate, ceea ce permite economisirea unui timp și a unui efort uman considerabile.
• Reacțiile pot fi realizate în fază de soluție, utilizând o cantitate mult mai mică de aminoacizi decât în cazul SPPS, iar produsul final este eliberat prin scindarea grupării TAG spre finalul sintezei.

 
În cazul lipobactinei, retrosinteza a utilizat trei fragmente – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH și fragmentul lipidic C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – însoțită de 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 lipobactină este accelerată prin sonicare.
(Studiu: Ramya și col., 2025)

Cum îmbunătățește sonicația sinteza peptidelor în fază lichidă

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 pentru:

Deoarece procesul chimic TAG produce deja intermediari sub formă de solide filtrabile, tratamentul cu ultrasunete și tehnologia TAGGING sunt complementare: ultrasunetele accelerează transferul de masă, omogenizarea și cinetica reacției, în timp ce ancora menține peptida sub formă de solid recuperabil, asigurând un flux de lucru curat, cu un nivel redus de cromatografie.

Scalarea ușoară a peptidelor de înaltă puritate prin sonicare

O provocare frecventă în transferul proceselor care implică peptide și medicamente pe bază de peptide de la nivelul de laborator la cel de producție este menținerea efectului sonochimic la volume mai mari și în regim de flux continuu. Hielscher răspunde acestei provocări cu o gamă completă de procesoare cu ultrasunete, de la nivel de laborator până la scară industrială deplină, oferind o putere validată și reproductibilă, precum și un control documentat al procesului.
 

Aparat industrial de sonicare UIP4000hdT (4000 W, 20 kHz) pentru sinteza peptidelor asistată de ultrasunete

Literatură / Referințe