Ultraljudsbaserad peptidsyntes med hjälp av TAGGING-tekniken

Peptidsyntes är en hörnsten i läkemedelsbranschens forskning och utveckling, men konventionella metoder – peptidsyntes i fast fas (SPPS) och klassisk koppling i lösningsfas – är fortfarande arbetskrävande, medför stort slöseri med reagenser och är svåra att skala upp. Ett mer effektivt alternativ har uppstått genom kombinationen av två ortogonala strategier: TAGGING-tekniken (temporary anchoring group) för peptidsammansättning i lösningsfas och ultraljudsbehandling (sonokemisk bearbetning) för att påskynda kopplings-, avskydds- och upparbetningsstegen. Tillsammans möjliggör de produktion av terapeutiska peptider i skala från gram till bulk. – såsom det antibiotika- och cancerbekämpande lipopeptidet lipobactin – med hög renhet, minskad reningsbörda och betydligt färre manuella arbetsmoment.

Vilka fördelar medför peptidsyntes med ultraljud?

Ekonomi i lösningsfasen: Reaktionerna genomförs i lösning med en betydligt lägre aminosyraförbrukning än vid peptidsyntes i fast fas
Rening genom filtrering: Den TAG-bundna peptiden fälls ut i polära lösningsmedel, varför mellanprodukterna isoleras genom enkel filtrering – Ingen kolonnkromatografi eller karakterisering vid varje steg krävs.
Enorma besparingar i arbetsinsats: Genom att undvika mellanliggande reningssteg och spektralkontroller sparas betydande arbetsinsatser under hela synteskampanjen.
Sonokemisk acceleration: Ultraljudsbehandling förkortar varje avgörande steg – Avskyddning av Fmoc, koppling av sidokedjor, cyklisering och global avskyddning – utan att selektiviteten påverkas.
Hög avkastning, hög renhet: Varje fragmentkoppling och den slutliga sammanfogningen av lipobaktin sker med hög utbyte; den totala avskyddningen ger målsubstansen med ett utbyte på cirka 83 %.
Beredskap i stor skala: TAGGING-tekniken beskrivs uttryckligen som en metod som möjliggör framställning i stor skala av peptider med högsta möjliga renhet, vilket gör den till en praktisk väg att framställa gram- och kilogramkvantiteter av terapeutiskt viktiga lipopeptider.
Fullständig metodkompatibilitet: Metoden är fullt kompatibel med konventionell SPPS och lösningsfas-kemi, vilket innebär att befintliga strategier för skyddsgrupper (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) och kopplingsmedel (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) kan användas oförändrade.

Inga kolonner, inget spill: Förbättra peptidsyntesen med ultraljud + TAGGING!
Berätta om utmaningarna i er peptidsyntesprocess. Våra experter på ultraljudsbehandling rekommenderar den optimala ultraljudsutrustningskonfigurationen för era mål inom peptidproduktion!

Ultraljudsapparat av industriell kvalitet, UIP2000hdT, med reaktor av läkemedelskvalitet för syntes av peptider i kilogramskala med hjälp av TAGGING-tekniken. Ultraljudsbehandling används för syntes av olika peptidfragment och kondensation av fragment, avskyddning av Alloc, koppling av trimer, klyvning av TAG, cyklisering och global avskyddning.

Industriell sonikator UIP2000hdT med en reaktor för läkemedelsbatcher för förbättrad peptidsyntes

Vad är TAGGING-tekniken?

I TAG-metoden fästs ett peptidfragment kovalent vid en avlägsningsbar, hartsliknande förankringsgrupp (TAG) som förblir i lösningen. Detta gör att den växande kedjan kan hanteras som en fastfaspeptid, men i vätskefas:

Efter varje koppling eller avskyddning återvinns den TAG-bundna peptiden i fast form genom enkel filtrering eller utfällning i polära medier eller antisolventer, medan lösliga föroreningar och biprodukter sköljs bort.
Eftersom peptiden förblir bunden till länken kan kolonnkromatografi och fullständig karakterisering av varje mellanprodukt i stort sett undvikas, vilket sparar betydligt med tid och arbete.
Reaktionerna kan genomföras i lösningsfas, vilket kräver betydligt mindre mängd aminosyra än vid SPPS, och slutprodukten frigörs genom klyvning av TAG-gruppen mot slutet av syntesen.

För lipobactin användes tre fragment vid retrosyntesen – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH och lipidfragmentet C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – i kombination med en strategi för fragmentkondensation för att uppnå den långa peptiden med mycket höga utbyten. (jfr. Ramya m.fl., 2025)

Den TAG-assisterade fullständiga syntesen av peptiden lipobaktin påskyndas genom ultraljudsbehandling. Ultraljudsbehandling används för syntesen av olika peptidfragment och kondenseringen av fragmenten, avskyddningen av Alloc, kopplingen av trimeren, klyvningen av TAG, cykliseringen samt den globala avskyddningen. Denna ultraljudsteknik för lipopeptidsyntes är mycket ekonomisk och ger peptider med hög renhet. Den uppnår utmärkta utbyten jämfört med både vanlig lösningssyntes och fastfassyntes av peptider.

Den TAG-assisterade fullständiga syntesen av peptiden lipobaktin påskyndas genom ultraljudsbehandling.
(Studie: Ramya m.fl., 2025)

Genom att kombinera ett avtagbart organiskt förankringsmedel (TAG) med fokuserad ultraljudsenergi får man en peptidprocess som är både snabbare, renare och mer skalbar – att minska avfallet av lösningsmedel, undvika upprepade kolonnupparbetningar och öppna en realistisk väg mot industriell produktion av komplexa cykliska lipopeptider, såsom lipobaktin.

Hur ultraljudsbehandling förbättrar syntesen av peptider i lösningsfas

Ultraljudsbehandling används för att intensifiera och förkorta de viktigaste stegen i lösningsfasen. Vid lipobaktinsyntesen, såsom den beskrivs av Ramya m.fl. (2025), används ultraljudsbehandling för att:

Aktivering/esterifiering – t.ex. genom att skydda Alloc-Thr-OH med pMB-Cl (DIPEA, DCM) under 1 timmes ultraljudsbehandling vid 2–8 °C.

Skyddsfragment – Avlägsnande av Fmoc från den TAG-bundna Ala-Arg med hjälp av piperidin/DBU i THF, ultraljudsbehandlad i 30 minuter.

Koppling mellan sidokedjor och fragment – t.ex. koppling av Fmoc-Ile-OH till H₂N-Ser(OᵗBu)-OMe med HATU/TEA, ultraljudsbehandling i 30 minuter.

TAG-klyvning – avlägsnande av ankaret med en DCM:TFE:TFA-blandning vid 0 °C, följt av 45 minuters ultraljudsbehandling.

Cykling – HATU/DIPEA-medierad cyklisering i DCM, ultraljudsbehandlad i 1 timme.

Global upphävning av skyddet – avskiljning av skyddsgrupperna tBu och Pbf med TFA:TIPS:H₂O (95:2,5:2,5) under 1 timmes ultraljudsbehandling, vilket gav slutprodukten med ett utbyte på cirka 83 %.

Eftersom TAG-kemin redan ger mellanprodukter i form av filtrerbara fasta ämnen, kompletterar ultraljudsbehandling och TAGGING varandra: ultraljudet påskyndar massöverföringen, blandningen och reaktionskinetiken, medan förankringen gör att peptiden förblir ett återvinningsbart fast ämne, vilket möjliggör ett rent arbetsflöde med minimalt behov av kromatografi.

Ultraljudsomrörd reaktor för förbättrad peptidsyntes.

Sonicator UP200St: Reaktor med ultraljudsomrörning för påskyndad peptidsyntes.

Enkel uppskalning av högrena peptider med hjälp av ultraljudsbehandling

En vanlig utmaning när man överför processer för peptider och peptidbaserade läkemedel från laboratoriet till produktion är att bibehålla den sonokemiska effekten vid större volymer och kontinuerligt flöde. Hielscher löser detta med ett komplett sortiment av ultraljudsprocessorer, från laboratorieskala till full industriell skala, som erbjuder validerad, reproducerbar effekt och dokumenterad processkontroll.

Industriell ultraljudshomogenisator UIP4000hdT (4000 W, 20 kHz) för effektiv inline-bearbetning, t.ex. TAPS (Tag-Assisted Peptide Synthesis)

Industriell ultraljudsenhet UIP4000hdT (4000 W, 20 kHz) för ultraljudsförstärkt peptidsyntes

Sonicator UIP1000hdT, en 1000 watts kraftfull ultraljudshomogenisator, för livsmedelsbearbetning

Sonicator UIP1000hdT, en kraftfull ultraljudshomogenisator för bänkbruksbruk med en effekt på 1 000 watt

Relaterade ämnen

Vanliga frågor om sonikationsassisterad TAG-peptidsyntes

Vad är peptidsyntes i vätskefas (LPPS)?

Peptidsyntes i vätskefas (LPPS) är en metod för att steg för steg bygga upp peptider i lösning med hjälp av klassiska verktyg inom organisk kemi. Det är en av de fyra huvudmetoderna för att framställa peptider och är känd för att vara kostnadseffektiv, skalbar och den mest miljövänliga av alla peptidsyntesmetoder. Den är särskilt väl lämpad för kortare peptider, även om det kan uppstå svårigheter med längre sekvenser på grund av utmaningar när det gäller att upprätthålla jämna reaktioner, löslighet och att avlägsna oönskade biprodukter.

Hur bidrar ultraljud till att förbättra peptidsyntesen i vätskefas?

Ultraljud (sonikering) förbättrar LPPS genom att påskynda både kopplings- och avskyddningsstegen. Ultraljudsvågorna förbättrar massöverföringen och reaktionskinetiken, vilket leder till:

Kortare reaktionstider: Kopplings- och avkopplingscyklerna kan förkortas avsevärt
Högre avkastning: en mer fullständig omvandling vid varje steg
Förbättrad renhet hos råoljeprodukterna: färre ofullständiga kopplingsbiprodukter
Minskad reagensförbrukning: Det krävs färre motsvarigheter av kopplingsreagenser och aminosyror tack vare snabbare och effektivare reaktioner

Vad är TAG-assisterad peptidsyntes (TAPS)?

Tag-Assisted Peptide Synthesis (TAPS) är ett specialfall av peptidsyntes i vätskefas, där peptiderna byggs upp steg för steg i lösning med hjälp av lösliga organiska taggar istället för ett fast bärarmaterial. Dessa taggar, som fungerar på samma sätt som de fasta bärarna vid SPPS, förenklar isoleringen efter varje syntessteg genom att möjliggöra separation via utfällning, filtrering eller extraktion. Taggarna måste lösa sig i organiska lösningsmedel samtidigt som de förblir åtskilda från andra ämnen.

Hur underlättar ultraljud TAGGING-processen?

När ultraljudsbehandling kombineras med TAG-assisterad syntes är fördelarna bland annat följande:

Snabbare kopplings- och avskyddningscykler – ultraljud påskyndar reaktionerna i lösningsfasen, vilket minskar tiden per steg
Förbättrad löslighet och massöverföring – Ultraljudskavitation bidrar till att upprätthålla homogeniteten hos den märkta peptiden i lösningen, vilket är avgörande eftersom lösligheten är en viktig fördel med TAPS jämfört med SPPS
Minskad mängd reagens – en högre reaktionsutbyte innebär att det krävs färre ekvivalenter av aminosyror och kopplingsreagenser
Mer utförliga reaktioner – minskad bildning av ofullständiga kopplingsbiprodukter, vilket leder till högre renhet i råprodukten och en förenklad efterföljande reningsprocess

Ett anmärkningsvärt exempel är den TAG-assisterade och ultraljudsmedierade totalsyntesen av lipobaktin, som visade att TAGGING-tekniken är fullt kompatibel med lösningsfasmetoder och att ultraljud bidrar till höga utbyten i varje steg. (jfr. Ramya m.fl., 2025)

Vilka peptidlängder kan man uppnå med ultraljudsassisterad TAPS?

Korta till medelstora peptider (~5–20 aminosyror) är det optimala området där TAPS ger hög renhet och tillförlitliga resultat.
Längre peptider kan framställas genom en fragmentkondensationsstrategi: mindre fragment (6–10-merer) syntetiseras på en tagg och kopplas sedan samman för att bilda målet i full längd.
För mycket långa eller komplexa mål kan man använda en hybridmetod som kombinerar SPPS och TAPS.
Upptäck hur ultraljudsbehandling har förbättrat peptidsyntesen i fast fas (SPPS)!

Kan ultraljudsassisterad peptidsyntes i vätskefase skalas upp till industriell produktion?

Ja, industriella ultraljudsenheter – till exempel Hielscher-modellerna UIP2000hdT eller UIP4000hdT – kan integreras i satsreaktorer och flödesceller, vilket möjliggör peptidproduktion i stor skala. Genom att eftermontera systemet i befintliga reaktorer kan man förbättra etablerade processer för peptidsyntes.

Vilka är de främsta fördelarna med ultraljudsbaserad LPPS jämfört med konventionell LPPS?

Hastighet: Reaktionstiderna minskas avsevärt vid varje kopplings- och avskyddningssteg.
Effektivitet: Högre utbyten per steg leder till ett högre totalt utbyte för peptider med flera rester.
Hållbarhet: färre reagensekvivalenter och eventuellt mindre lösningsmedel tack vare snabbare reaktioner.
Tillgänglighet: kräver endast ett vanligt ultraljudsbad, inga specialinstrument.
Kompatibilitet: fungerar med vanliga kopplingsreagenser (DIC, HATU, TBTU, Oxyma m.fl.) och strategier för skyddsgrupper (Boc, Fmoc).

Litteratur / Referenser

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.

Ultraljudskopp för jämn och intensiv ultraljudsbehandling av upp till 5 slutna rör och ampuller, för en jämn och snabb steril peptidsyntes.

Ultraljud CupHorn för intensiv ultraljudsbehandling av slutna rör och ampuller vid steril ultraljudsbehandling av peptider.

Från genomförbarhetstestning till processoptimering och industriell installation med den bästa sonikatorn - Hielscher Ultrasonics är din partner för framgångsrika ultraljudsprocesser!

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.