Ultraljudsassisterad peptidsyntes med TAGGING-tekniken

Peptidsyntes är en hörnsten i farmaceutisk FoU, men konventionella metoder – peptidsyntes i fast fas (SPPS) och klassisk koppling i lösningsfas – är fortfarande arbetsintensiva, reagensslösande och svåra att skala upp. Ett effektivare alternativ har vuxit fram genom kombinationen av två ortogonala strategier: TAGGING-tekniken (tillfällig förankringsgrupp) för peptiduppbyggnad i lösningsfas och ultraljudsbehandling (sonokemisk behandling) för att påskynda koppling, avskyddning och upparbetning. Tillsammans möjliggör de produktion av terapeutiska peptider från gramskala till storskalig produktion – såsom lipopeptiden lipobactin med antibiotisk verkan och verkan mot cancer – med hög renhet, minskat reningsbehov och dramatiskt färre manuella arbetsmoment.

Vilka fördelar ger ultraljudsassisterad peptidsyntes?

• Ekonomiska fördelar med lösningsfas: Reaktionerna sker i lösning med betydligt lägre aminosyraförbrukning än vid peptidsyntes i fast fas
• Filtreringsbaserad rening: Den TAG-bundna peptiden fälls ut i polära lösningsmedel, så intermediärerna isoleras genom enkel filtrering – ingen kolonnkromatografi eller karakterisering efter varje steg behövs.
• Mycket stora arbetsbesparingar: Genom att eliminera rening och spektralkontroller av intermediärer sparas ett betydande antal arbetstimmar under en hel synteskampanj.
• Sonokemisk acceleration: Ultraljudsbehandling förkortar varje kritiskt steg – Fmoc-avskyddning, sidokedjekoppling, cyklisering och global avskyddning – utan att försämra selektiviteten.
• Höga utbyten, hög renhet: Varje fragmentkoppling och den slutliga uppbyggnaden av lipobactin sker med högt utbyte; den globala avskyddningen ger målprodukten med ~83 % utbyte.
• Redo för storskalig produktion: TAGGING-tekniken beskrivs uttryckligen som en teknik som möjliggör storskalig framställning av peptider med högsta renhet, vilket gör den till en praktisk väg till gram- och kilogrammängder av terapeutiskt viktiga lipopeptider.
• Full metodkompatibilitet: Metoden är fullt kompatibel med konventionell SPPS och kemi i lösningsfas, så befintliga skyddsgruppsstrategier (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) och kopplingsreagens (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) kan användas utan förändringar.

Vad är TAGGING-tekniken?

I TAG-metoden förankras ett peptidfragment kovalent till en avlägsningsbar, hartsliknande förankringsgrupp (TAG) som förblir i lösning. Detta gör att den växande kedjan kan hanteras som en peptid i fast fas, men i vätskefasen:

• Efter varje koppling eller avskyddning återvinns den TAG-bundna peptiden som ett fast ämne genom enkel filtrering eller utfällning i polära medier/antilösningsmedier, medan lösliga föroreningar och biprodukter tvättas bort.
• Eftersom peptiden förblir bunden till länkaren kan kolonnkromatografi och fullständig karakterisering av varje intermediär till stor del elimineras, vilket sparar betydande tid och arbetsinsatser.
• Reaktionerna kan utföras i lösningsfas med mycket lägre aminosyraförbrukning än vid SPPS, och slutprodukten frigörs genom klyvning av TAG-gruppen mot slutet av syntesen.

 
För lipobactin användes vid retrosyntesen tre fragment – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH och lipidfragmentet C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – som kopplades samman genom en fragmentkondensationsstrategi för att erhålla den långa peptiden med mycket höga utbyten. (jfr Ramya et al., 2025)

TAG-assisterad fullständig syntes av peptiden lipobactin påskyndas genom ultraljudsbehandling.
(Studie: Ramya et al., 2025)

Hur ultraljudsbehandling förbättrar syntesen av peptider i lösningsfas

Ultraljudsbehandling används för att intensifiera och förkorta de centrala stegen i lösningsfas. Vid syntesen av lipobactin som beskrivs av Ramya et al. (2025) används ultraljudsbehandling för:

Eftersom TAG-kemin redan ger intermediärer som filtrerbara fasta ämnen kompletterar ultraljudsbehandling och TAGGING varandra: ultraljud påskyndar massöverföring, blandning och reaktionskinetik, medan ankaret håller peptiden i en återvinningsbar fast form för ett rent arbetsflöde med begränsat behov av kromatografi.

Enkel uppskalning av syntesen av peptider med hög renhet med ultraljudsbehandling

En vanlig utmaning när processer för peptider och peptidläkemedel överförs från laboratoriebänken till produktion är att bevara den sonokemiska effekten vid större volymer och kontinuerligt flöde. Hielscher hanterar detta med ett sammanhängande sortiment av ultraljudsprocessorer från laboratorieskala till full industriell skala, som levererar validerad, reproducerbar effekt och dokumenterad processtyrning.
 

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

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.