Ультразвуковой синтез пептидов с использованием метода TAGGING
Синтез пептидов является основой научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в фармацевтической отрасли, однако традиционные методы – твердофазный синтез пептидов (SPPS) и классическое соединение в растворе – остаются трудоемкими, сопровождаются большим расходом реагентов и затрудняются масштабированием. Более эффективная альтернатива появилась благодаря сочетанию двух ортогональных стратегий: метода TAGGING (temporary anchoring group) для сборки пептидов в растворе и ультразвуковой (сонохимической) обработки для ускорения этапов соединения, депротекции и последующей очистки. В совокупности они позволяют производить терапевтические пептиды в масштабах от граммов до промышленных объемов. – такие как липопептид липобактин, обладающий антибиотическим и противораковым действием – с высокой степенью чистоты, сниженной нагрузкой на процессы очистки и значительно меньшим количеством ручных операций.
Какие преимущества дает ультразвуковой синтез пептидов?
- Экономика растворной фазы: Реакции, протекающие в растворе, характеризуются значительно меньшим расходом аминокислот, чем при твердофазном синтезе пептидов
- Очистка методом фильтрации: Пептид, связанный с TAG, осаждается в полярных растворителях, поэтому промежуточные соединения выделяют простым фильтрованием – не требуется ни колонная хроматография, ни поэтапная характеристика.
- Значительная экономия трудозатрат: Отказ от промежуточных этапов очистки и спектральных проверок позволяет значительно сократить трудозатраты на протяжении всего цикла синтеза.
- Сонохимическое ускорение: Ультразвуковая обработка сокращает время выполнения каждого критически важного этапа – Депротекция Fmoc, соединение боковых цепей, циклизация и полная депротекция – без ущерба для селективности.
- Высокая урожайность, высокая чистота: Каждый этап соединения фрагментов и окончательная сборка липобактина протекают с высоким выходом; в результате общей депротекции целевое соединение получается с выходом ~83 %.
- Готовность к массовому применению: Метод TAGGING явно описывается как позволяющий осуществлять массовое получение пептидов с максимальной чистотой, что делает его практичным способом получения терапевтически важных липопептидов в количествах, измеряемых в граммах и килограммах.
- Полная совместимость методов: Данный подход полностью совместим с традиционными методами SPPS и химией в растворе, поэтому существующие стратегии использования защитных групп (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) и соединителей (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) остаются неизменными.
Расскажите нам о трудностях, с которыми вы сталкиваетесь в процессе синтеза пептидов. Наши эксперты по ультразвуковой обработке подберут для вас оптимальную конфигурацию ультразвукового аппарата, соответствующую вашим задачам по производству пептидов!
Промышленный ультразвуковой аппарат UIP2000hdT с реактором для фармацевтического производства, предназначенным для усовершенствованного синтеза пептидов
Что такое метод TAGGING?
В подходе TAG пептидный фрагмент ковалентно присоединяется к удаляемой смолоподобной анкерной группе (TAG), которая остается в растворе. Это позволяет работать с растущей цепью так же, как с пептидом в твердой фазе, но в жидкой фазе:
- После каждого соединения или снятия защиты пептид, связанный с TAG, извлекается в виде твердого вещества путем простой фильтрации или осаждения в полярной среде или антирастворителе, при этом растворимые примеси и побочные продукты вымываются.
- Поскольку пептид остается присоединенным к линкеру, отпадает необходимость в колонной хроматографии и полной характеристике каждого промежуточного продукта, что позволяет значительно сэкономить время и трудозатраты.
- Реакции можно проводить в растворной фазе, используя гораздо меньшее количество аминокислот, чем при SPPS, а конечный продукт высвобождается в результате отщепления группы TAG ближе к завершению синтеза.
При ретросинтезе липобактина использовались три фрагмента – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH и липидный фрагмент C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – в сочетании со стратегией конденсации фрагментов, позволяющей получить длинный пептид с очень высоким выходом. (см. Ramya et al., 2025)
Полный синтез пептида липобактина с использованием технологии TAG ускоряется под действием ультразвука.
(Исследование: Рамия и др., 2025)
Как ультразвуковая обработка улучшает синтез пептидов в растворе
Ультразвуковая обработка используется для интенсификации и сокращения времени выполнения ключевых этапов в растворной фазе. При синтезе липобактина, как описано в работе Рамия и др. (2025), ультразвуковая обработка применяется для:
Поскольку в технологии TAG промежуточные продукты уже получаются в виде фильтруемых твердых веществ, ультразвуковая обработка и TAGGING дополняют друг друга: ультразвук ускоряет массоперенос, перемешивание и кинетику реакции, а анкер удерживает пептид в виде извлекаемого твердого вещества, что обеспечивает чистый рабочий процесс с минимальным использованием хроматографии.
Sonicator UP200St: Реактор с ультразвуковой перемешиванием для ускоренного синтеза пептидов.
Простое масштабирование производства пептидов высокой чистоты с помощью ультразвуковой обработки
Одной из частых проблем при переносе технологических процессов, связанных с пептидами и пептидными препаратами, из лаборатории в промышленное производство является сохранение сонохимического эффекта при работе с большими объёмами и в режиме непрерывного потока. Компания Hielscher решает эту задачу с помощью линейки ультразвуковых процессоров для непрерывной работы — от лабораторного до полномасштабного промышленного уровня, обеспечивая проверенную, воспроизводимую мощность и документированный контроль технологического процесса.
Промышленный ультразвуковой аппарат UIP4000hdT (4000 Вт, 20 кГц) для синтеза пептидов с использованием ультразвука
Часто задаваемые вопросы о синтезе пептидов TAG с использованием ультразвука
Что такое жидкофазный синтез пептидов (LPPS)?
Синтез пептидов в жидкой фазе (LPPS) — это метод пошагового построения пептидов в растворе с использованием классических инструментов органической химии. Это один из четырёх основных методов синтеза пептидов, который отличается экономичностью, масштабируемостью и является наиболее экологичным среди всех подходов к синтезу пептидов. Он особенно хорошо подходит для коротких пептидов, хотя при работе с более длинными последовательностями могут возникать трудности, связанные с обеспечением стабильности реакций, растворимостью и удалением нежелательных побочных продуктов.
Как ультразвук способствует синтезу пептидов в жидкой фазе?
Ультразвук (соникация) повышает эффективность LPPS за счет ускорения как этапа соединения, так и этапа дезамещения. Ультразвуковые волны улучшают массообмен и кинетику реакции, что приводит к:
- Сокращение времени реакции: циклы включения и отключения защиты можно значительно сократить
- Более высокая урожайность: более полное преобразование на каждом этапе
- Повышение чистоты нефтепродуктов: меньшее количество неполных побочных продуктов соединения
- Снижение расхода реагентов: благодаря более быстрым и эффективным реакциям требуется меньшее количество эквивалентов соединительных реагентов и аминокислот
Что такое синтез пептидов с использованием технологии TAG (TAPS)?
Синтез пептидов с использованием меток (TAPS) представляет собой частный случай жидкофазного синтеза пептидов, при котором пептиды пошагово синтезируются в растворе с использованием растворимых органических меток вместо твёрдой подложки. Эти метки, аналогичные твёрдым носителям в SPPS, упрощают выделение после каждого этапа синтеза, позволяя осуществлять отделение путём осаждения, фильтрации или экстракции. Метки должны растворяться в органических растворителях, оставаясь при этом отличными от других веществ.
Как ультразвук способствует процессу МАРКИРОВКИ?
При сочетании ультразвуковой обработки с синтезом с использованием TAG можно отметить следующие преимущества:
- Более быстрые циклы соединения и снятия защиты – ультразвук ускоряет реакции в растворной фазе, сокращая время выполнения каждого этапа
- Повышение растворимости и интенсивности массообмена – ультразвуковая кавитация способствует поддержанию однородности меченного пептида в растворе, что имеет решающее значение, поскольку растворимость является ключевым преимуществом метода TAPS по сравнению с методом SPPS
- Уменьшение количества используемых реагентов – более высокая эффективность реакции означает, что требуется меньшее количество эквивалентов аминокислот и соединительных реагентов
- Более полные реакции – снижение количества побочных продуктов неполного соединения, что приводит к повышению чистоты сырого продукта и упрощению последующей очистки
Ярким примером служит полный синтез липобактина с использованием технологии TAG и ультразвукового воздействия, который продемонстрировал, что метод TAGGING полностью совместим с методами в растворной фазе и что ультразвуковое воздействие способствует получению высоких выходов на каждом этапе. (см. Ramya et al., 2025)
Какие длины пептидов можно получить с помощью метода TAPS с ультразвуковым содействием?
Короткие и средней длины пептиды (~5–20 аминокислотных остатков) представляют собой оптимальный диапазон, в котором система TAPS обеспечивает высокую степень очистки и надежные результаты.
Получить более длинные пептиды можно с помощью стратегии конденсации фрагментов: сначала синтезируются более короткие фрагменты (6–10-меры) с присоединенным маркером, а затем они соединяются друг с другом для получения целевого пептида полной длины.
В случае очень длинных или сложных целей можно использовать гибридный подход SPPS/TAPS.
Узнайте, как ультразвуковая обработка улучшила процесс твердофазного синтеза пептидов (SPPS)!
Можно ли масштабировать ультразвуковой синтез пептидов в жидкой фазе до уровня промышленного производства?
Да, промышленные ультразвуковые аппараты – такие как модели Hielscher UIP2000hdT или UIP4000hdT – могут быть интегрированы в реакторы периодического действия и проточные ячейки, что позволяет наладить производство пептидов в промышленных масштабах. Модернизация существующих реакторов позволяет усовершенствовать налаженные технологические процессы синтеза пептидов.
В чём заключаются основные преимущества ультразвуковой системы LPPS по сравнению с традиционной системой LPPS?
- Скорость: Время реакции значительно сокращается на каждом этапе соединения и депротекции.
- Эффективность: Более высокие выходы на каждом этапе приводят к более высокому общему выходу пептидов с несколькими остатками.
- Экологичность: меньшее количество эквивалентов реагентов и, возможно, меньший объем растворителя благодаря более быстрым реакциям.
- Доступность: Для этого требуется лишь стандартная ультразвуковая ванна, никакого специального оборудования.
- Совместимость: совместима со стандартными соединяющими реагентами (DIC, HATU, TBTU, Oxyma и др.) и методами использования защитных групп (Boc, Fmoc).
Литература / Литература
- 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 чашечный рожок для интенсивной ультразвуковой обработки закрытых пробирок и флаконов при стерильной ультразвуковой обработке пептидов.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.