Ультразвуковой синтез пептидов с использованием техники TAGGING
Синтез пептидов является краеугольным камнем фармацевтических исследований и разработок, однако традиционные методы – твердофазный синтез пептидов (SPPS) и классическое сочетание в растворе – остаются трудоёмкими, сопряжены с неэкономным расходованием реагентов и трудно поддаются масштабированию. Более эффективная альтернатива появилась благодаря сочетанию двух независимых стратегий: техники TAGGING (временная якорная группа) для сборки пептидов в растворе и ультразвуковой (сонохимической) обработки для ускорения стадий сочетания, снятия защитных групп и обработки реакционной смеси. Вместе они позволяют производить терапевтические пептиды – такие как липопептид липобактин с антибиотическим и противоопухолевым действием – в количествах от граммов до крупномасштабных объёмов, обеспечивая высокую чистоту, снижение объёма работ по очистке и резкое сокращение числа ручных операций.
Какие преимущества даёт ультразвуковой синтез пептидов?
- Экономичность синтеза в растворе: Реакции протекают в растворе со значительно меньшим расходом аминокислот, чем при твердофазном синтезе пептидов
- Очистка посредством фильтрации: Связанный с TAG пептид осаждается в полярных растворителях, поэтому промежуточные продукты выделяют простой фильтрацией – колоночная хроматография и определение характеристик на каждой стадии не требуются.
- Огромная экономия трудозатрат: Исключение очистки промежуточных продуктов и спектральных проверок позволяет существенно сократить затраты рабочего времени в ходе полного цикла синтеза.
- Сонохимическое ускорение: Обработка ультразвуком сокращает продолжительность каждой ключевой стадии – снятия защитной группы Fmoc, сочетания по боковой цепи, циклизации и полного снятия защитных групп – без ущерба для селективности.
- Высокие выходы, высокая чистота: Каждое сочетание фрагментов и окончательная сборка липобактина протекают с высоким выходом; полное снятие защитных групп даёт целевой продукт с выходом ~83 %.
- Готовность к крупномасштабному производству: Техника TAGGING прямо описывается как позволяющая получать пептиды в крупных масштабах с высочайшей чистотой, что делает её практичным способом получения терапевтически важных липопептидов в граммовых и килограммовых количествах.
- Полная совместимость методов: Подход полностью совместим с традиционным SPPS и химическими методами синтеза в растворе, поэтому существующие стратегии использования защитных групп (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) и реагенты сочетания (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) применяются без изменений.
Расскажите нам о трудностях в вашем процессе синтеза пептидов. Наши специалисты по обработке ультразвуком порекомендуют вам идеальную конфигурацию ультразвукового аппарата для ваших целей производства пептидов!
Промышленный ультразвуковой аппарат UIP2000hdT с фармацевтическим реактором периодического действия для улучшенного синтеза пептидов
Что представляет собой техника TAGGING?
В подходе TAG пептидный фрагмент ковалентно закрепляют на удаляемой якорной группе (TAG), подобной полимерной смоле, которая остаётся в растворе. Это позволяет обращаться с растущей цепью как с пептидом при твердофазном синтезе, но в жидкой фазе:
- После каждого сочетания или снятия защитных групп связанный с TAG пептид выделяют в виде твёрдого вещества простой фильтрацией или осаждением в полярных средах либо средах с антирастворителем, а растворимые примеси и побочные продукты удаляют промывкой.
- Поскольку пептид остаётся связанным с линкером, колоночная хроматография и полное определение характеристик каждого промежуточного продукта в значительной степени исключаются, что существенно экономит время и трудозатраты.
- Реакции можно проводить в растворе, используя гораздо меньше аминокислот, чем при SPPS, а конечный продукт высвобождают путём отщепления группы TAG ближе к завершению синтеза.
Для липобактина в ретросинтезе использовали три фрагмента – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH и липидный фрагмент C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – которые соединяли по стратегии конденсации фрагментов для получения длинного пептида с очень высокими выходами. (См. Ramya et al., 2025)
Полный синтез пептида липобактина с использованием TAG ускоряется обработкой ультразвуком.
(Исследование: Ramya et al., 2025)
Как обработка ультразвуком улучшает синтез пептидов в растворе
Обработка ультразвуком используется для интенсификации и сокращения продолжительности ключевых стадий в растворе. В синтезе липобактина, описанном Ramya et al. (2025), обработка ультразвуком применяется для следующих стадий:
Поскольку химический подход TAG уже обеспечивает получение промежуточных продуктов в виде твёрдых веществ, пригодных для фильтрации, обработка ультразвуком и TAGGING взаимно дополняют друг друга: ультразвук ускоряет массоперенос, перемешивание и кинетику реакций, а якорная группа удерживает пептид в виде выделяемого твёрдого вещества, обеспечивая чистый процесс с минимальным использованием хроматографии.
Ультразвуковой аппарат UP200St: Реактор с ультразвуковым перемешиванием для ускоренного синтеза пептидов.
Простое масштабирование получения пептидов высокой чистоты с помощью обработки ультразвуком
Частая проблема при переходе от лабораторных процессов получения пептидов и пептидных лекарственных средств к производству – сохранение сонохимического эффекта при больших объёмах и в непрерывном потоке. Hielscher решает эту задачу с помощью непрерывного модельного ряда ультразвуковых процессоров от лабораторного до полномасштабного промышленного уровня, обеспечивающих подтверждённую, воспроизводимую мощность и документированный контроль процесса.
Промышленный ультразвуковой аппарат UIP4000hdT (4000W, 20kHz) для синтеза пептидов, интенсифицированного ультразвуком
Часто задаваемые вопросы о синтезе пептидов с использованием TAG и обработки ультразвуком
Что такое жидкофазный синтез пептидов (LPPS)?
Жидкофазный синтез пептидов (LPPS) – это метод пошагового построения пептидов в растворе с использованием классических инструментов органической химии. Это один из четырёх основных методов получения пептидов, известный своей экономичностью, масштабируемостью и наибольшей экологичностью среди подходов к синтезу пептидов. Он особенно хорошо подходит для более коротких пептидов, хотя при работе с более длинными последовательностями могут возникать трудности из-за проблем с обеспечением стабильного протекания реакций, поддержанием растворимости и удалением нежелательных побочных продуктов.
Как ультразвук улучшает жидкофазный синтез пептидов?
Ультразвук (обработка ультразвуком) улучшает LPPS, ускоряя как стадии сочетания, так и стадии снятия защитных групп. Ультразвуковые волны улучшают массоперенос и кинетику реакций, что обеспечивает:
- Сокращение времени реакций: продолжительность циклов сочетания и снятия защитных групп может быть значительно сокращена
- Более высокие выходы: более полное превращение на каждой стадии
- Повышение чистоты неочищенного продукта: меньше побочных продуктов неполного сочетания
- Снижение расхода реагентов: благодаря более быстрым и эффективным реакциям требуется меньше эквивалентов реагентов сочетания и аминокислот
Что такое синтез пептидов с использованием TAG (TAPS)?
Синтез пептидов с использованием TAG (TAPS) – это частный случай жидкофазного синтеза пептидов, при котором пептиды пошагово строят в растворе с использованием растворимых органических меток вместо твёрдого носителя. Эти метки, аналогичные твёрдым носителям в SPPS, упрощают выделение после каждой стадии синтеза, обеспечивая разделение посредством осаждения, фильтрации или экстракции. Метки должны растворяться в органических растворителях, оставаясь при этом отличимыми от других материалов.
Как ультразвук улучшает процесс TAGGING?
При сочетании обработки ультразвуком с синтезом с использованием TAG достигаются следующие преимущества:
- Более быстрые циклы сочетания и снятия защитных групп – ультразвук ускоряет реакции в растворе, сокращая время каждой стадии
- Улучшение растворимости и массопереноса – ультразвуковая кавитация помогает поддерживать однородность раствора пептида с меткой, что имеет решающее значение, поскольку растворимость является ключевым преимуществом TAPS перед SPPS
- Снижение загрузки реагентов – более высокая эффективность реакций означает, что требуется меньше эквивалентов аминокислот и реагентов сочетания
- Более полное протекание реакций – уменьшение количества побочных продуктов неполного сочетания, что повышает чистоту неочищенного продукта и упрощает последующую очистку
Примечательный пример – полный синтез липобактина с использованием TAG и обработки ультразвуком, который показал, что техника TAGGING полностью совместима с методами синтеза в растворе и что обработка ультразвуком обеспечивает высокие выходы на каждой стадии. (См. Ramya et al., 2025)
Пептиды какой длины можно получать методом TAPS с ультразвуковой обработкой?
Короткие пептиды и пептиды средней длины (~5–20 остатков) представляют собой оптимальную область применения, в которой TAPS обеспечивает высокую чистоту и надёжные результаты.
Более длинные пептиды можно получать с помощью стратегии конденсации фрагментов: меньшие фрагменты (6–10-меры) синтезируют на метке, а затем соединяют для построения полноразмерного целевого продукта.
Для очень длинных или сложных целевых продуктов можно применять гибридный подход SPPS/TAPS.
Узнайте, как обработка ультразвуком улучшила твердофазный синтез пептидов (SPPS)!
Можно ли масштабировать жидкофазный синтез пептидов с ультразвуковой обработкой до промышленного производства?
Да, промышленные ультразвуковые аппараты – такие как модели Hielscher UIP2000hdT или UIP4000hdT – можно интегрировать в реакторы периодического действия и проточные ячейки, что позволяет производить пептиды в крупных масштабах. Дооснащение существующих реакторов позволяет улучшить действующие процессы синтеза пептидов.
Каковы основные преимущества ультразвукового LPPS перед традиционным LPPS?
- Скорость: время реакций резко сокращается на каждой стадии сочетания и снятия защитных групп.
- Эффективность: более высокие выходы на каждой стадии приводят к более высокому общему выходу пептидов, состоящих из нескольких остатков.
- Экологичность: меньше эквивалентов реагентов и потенциально меньший расход растворителя благодаря более быстрым реакциям.
- Доступность: требуется только стандартная ультразвуковая ванна, без специализированного оборудования.
- Совместимость: работает со стандартными реагентами сочетания (DIC, HATU, TBTU, Oxyma и т. д.) и стратегиями использования защитных групп (Boc, Fmoc).
Литература / Ссылки
- 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.
Ультразвуковой CupHorn для интенсивной обработки ультразвуком закрытых пробирок и флаконов с целью стерильной обработки пептидов ультразвуком.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторных до промышленных размеров.