Ультразвуковий синтез пептидів за допомогою техніки TAGGING
Синтез пептидів є наріжним каменем фармацевтичних досліджень і розробок (R+D), проте традиційні методи – твердофазний синтез пептидів (SPPS) та класичне сполучення в розчині – залишаються трудомісткими, неекономними щодо реагентів і складними для масштабування. Ефективніша альтернатива з’явилася в поєднанні двох ортогональних стратегій: техніки TAGGING (тимчасової прив’язувальної групи) для складання пептидів у розчині та ультразвукової (сонохімічної) обробки для прискорення етапів сполучення, депротекції та виділення. Разом вони дозволяють виробляти терапевтичні пептиди – такі як антибіотик/протипухлинний ліпопептид лідобактин – у масштабі від грамів до масового виробництва з високою чистотою, зменшеним навантаженням на очищення та значно меншою кількістю ручних операцій.
Які переваги має ультразвуковий синтез пептидів?
- Економіка розчинного синтезу: Реакції проводяться в розчині зі значно меншою витратою амінокислот, ніж при твердофазному синтезі пептидів
- Очищення на основі фільтрації: Пептид, зв’язаний з TAG, осаджується в полярних розчинниках, тому проміжні продукти ізолюються простим фільтруванням – без колоночної хроматографії чи характеристики на кожному етапі.
- Значна економія праці: Виключення проміжного очищення та спектрального контролю економить значну кількість людських годин протягом повного циклу синтезу.
- Сонохімічне прискорення: Ультразвукова обробка скорочує кожен критичний етап – депротекцію Fmoc, сполучення бічних ланцюгів, циклізацію та глобальну депротекцію – без порушення селективності.
- Високі виходи, висока чистота: Кожне сполучення фрагментів і фінальна збірка лідобактину відбуваються з високим виходом; глобальна депротекція дає цільовий продукт із виходом ~83 %.
- Готовність до масового виробництва: Техніка TAGGING явно описується як така, що дозволяє готувати пептиди в масових масштабах з найвищою чистотою, що робить її практичним шляхом до отримання грамів і кілограмів терапевтично важливих ліпопептидів.
- Повна сумісність методів: Цей підхід повністю сумісний із традиційним SPPS та хімією в розчині, тому існуючі стратегії захисту груп (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) та реагенти для сполучення (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) залишаються незмінними.
Розкажіть нам про виклики у вашому процесі синтезу пептидів. Наші експерти з ультразвукової обробки порекомендують вам ідеальну конфігурацію ультразвукового гомогенізатора для ваших цілей виробництва пептидів!
Промисловий ультразвуковий гомогенізатор UIP2000hdT з фармацевтичним реактором для партійного виробництва для покращеного синтезу пептидів
Що таке техніка TAGGING?
У підході TAG фрагмент пептиду ковалентно прикріплюється до знімної, подібної до смоли, прив’язувальної групи (TAG), яка залишається в розчині. Це дозволяє обробляти зростаючий ланцюг як пептид у твердій фазі, але в рідкій фазі:
- Після кожного сполучення або депротекції пептид, зв’язаний з TAG, відновлюється у вигляді твердого речовини простим фільтруванням або осадженням у полярних/антирозчинниках, тоді як розчинні домішки та побічні продукти змиваються.
- Оскільки пептид залишається прикріпленим до лінкера, колоночна хроматографія та повна характеристика кожного проміжного продукту значною мірою виключаються, що економить значний час і людські зусилля.
- Реакції можна проводити в рідкій фазі, використовуючи набагато менше амінокислот, ніж у SPPS, і кінцевий продукт вивільняється шляхом розщеплення групи TAG наприкінці синтезу.
Для лідобактину ретросинтез використовував три фрагменти – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH та ліпідний фрагмент C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – сполучені за стратегією конденсації фрагментів для отримання довгого пептиду з дуже високими виходами. (див. Ramya et al., 2025)
Повний синтез пептиду лідобактину за допомогою TAG прискорюється ультразвуковою обробкою.
(Дослідження: Ramya et al., 2025)
Як ультразвукова обробка покращує синтез пептидів у розчині
Ультразвукова обробка використовується для інтенсифікації та скорочення ключових етапів синтезу в розчині. У синтезі лідобактину, як описано Ramya et al. (2025), ультразвукова обробка застосовується до:
Оскільки хімія TAG вже забезпечує проміжні продукти у вигляді фільтрованих твердих речовин, ультразвукова обробка та TAGGING є взаємодоповнюючими: ультразвук прискорює масоперенесення, змішування та кінетику реакцій, тоді як анкер утримує пептид як відновлювану тверду речовину для чистого робочого процесу з мінімальним використанням хроматографії.
Ультразвуковий обробник UP200St: Реактор з ультразвуковим перемішуванням для прискореного синтезу пептидів.
Легке масштабування високоякісних пептидів за допомогою ультразвукової обробки
Частим викликом при перенесенні процесів синтезу пептидів і пептид-лікарських засобів від лабораторного столу до виробництва є збереження сонохімічного ефекту при більших об’ємах і безперервному потоці. Hielscher вирішує цю проблему за допомогою безперервного ряду ультразвукових процесорів від лабораторного до повного промислового масштабу, що забезпечують валідовану, відтворювану потужність і документований контроль процесу.
Промисловий ультразвуковий обробник UIP4000hdT (4000W, 20kHz) для синтезу пептидів, посиленого ультразвуком
Часто задавані питання щодо синтезу пептидів TAG за допомогою ультразвукової обробки
Що таке синтез пептидів у рідкій фазі (LPPS)?
Синтез пептидів у рідкій фазі (LPPS) – це метод побудови пептидів крок за кроком у розчині за допомогою класичних інструментів органічної хімії. Це один із чотирьох основних методів створення пептидів, відомий своєю економічною ефективністю, масштабованістю та найбільшою екологічною безпекою серед підходів до синтезу пептидів. Він особливо добре підходить для коротших пептидів, хоча може стикатися з труднощами при довших послідовностях через проблеми з підтримкою стабільних реакцій, розчинністю та видаленням небажаних побічних продуктів.
Як ультразвук покращує синтез пептидів у рідкій фазі?
Ультразвук (ультразвукова обробка) покращує LPPS, прискорюючи як етапи зшивання, так і дезахисту. Ультразвукові хвилі покращують масоперенесення та кінетику реакцій, що призводить до:
- Скорочення часу реакції: цикли зшивання та дезахисту можуть бути суттєво скорочені
- Вищі виходи: більш повне перетворення на кожному етапі
- Покращена чистота сирого продукту: менше побічних продуктів неповного зшивання
- Нижче споживання реагентів: потрібно менше еквівалентів реагентів для зшивання та амінокислот завдяки швидшим і ефективнішим реакціям
Що таке синтез пептидів за допомогою TAG (TAPS)?
Синтез пептидів за допомогою TAG (TAPS) – це особливий випадок синтезу пептидів у рідкій фазі, в якому пептиди будуються крок за кроком у розчині з використанням розчинних органічних тегів замість твердого носія. Ці теги, аналогічні твердим носіям у SPPS, спрощують ізоляцію після кожного етапу синтезу, дозволяючи розділення через осадження, фільтрацію або екстракцію. Теги повинні розчинятися в органічних розчинниках, залишаючись відмінними від інших матеріалів.
Як ультразвук покращує процес TAGGING?
Коли ультразвукова обробка поєднується з синтезом за допомогою TAG, переваги включають:
- Швидші цикли приєднання та дезахисту – ультразвук прискорює реакції в розчині, зменшуючи час на кожному етапі
- Покращена розчинність і масоперенесення – ультразвукова кавітація допомагає підтримувати однорідність тегованого пептиду в розчині, що є критичним, оскільки розчинність є ключовою перевагою TAPS над SPPS
- Зменшене навантаження реагентів – вища ефективність реакції означає, що потрібно менше еквівалентів амінокислот і реагентів для приєднання
- Більш повні реакції – зменшення побічних продуктів неповного приєднання, що призводить до вищої чистоти сирого продукту та спрощення подальшого очищення
Примітним прикладом є повний синтез ліпобактину за допомогою TAG та ультразвукової обробки, який продемонстрував, що техніка TAGGING повністю сумісна з методами в розчині, а ультразвукова обробка забезпечує високі виходи на кожному етапі. (див. Ramya et al., 2025)
Якої довжини пептиди можна отримати за допомогою ультразвуково-асистованого TAPS?
Короткі та середні пептиди (~5–20 залишків) є оптимальним варіантом, де TAPS забезпечує високу чистоту та надійні результати.
Довші пептиди можна отримати за допомогою стратегії конденсації фрагментів: менші фрагменти (6–10-мерні) синтезуються на тегу, а потім з’єднуються для побудови повнорозмірної цільової молекули.
Для дуже довгих або складних цільових молекул можна застосувати гібридний підхід SPPS/TAPS.
Дізнайтеся, як ультразвукова обробка покращила твердофазний синтез пептидів (SPPS)!
Чи можна масштабувати ультразвуково-асистований рідкофазний синтез пептидів до промислового виробництва?
Так, промислові ультразвукові обробники – такі як моделі Hielscher UIP2000hdT або UIP4000hdT – можна інтегрувати в реактори періодичної дії та проточні комірки, що дозволяє здійснювати виробництво пептидів у великих масштабах. Модернізація існуючих реакторів дозволяє покращити усталені процеси синтезу пептидів.
Які основні переваги ультразвукового LPPS над звичайним LPPS?
- Швидкість: час реакції різко скорочується на кожному етапі приєднання та дезахисту.
- Ефективність: вищі виходи на кожному етапі призводять до вищого загального виходу для багато-залишкових пептидів.
- Сталий розвиток: менше еквівалентів реагентів і потенційно менше розчинника завдяки швидшим реакціям.
- Доступність: потребує лише стандартної ультразвукової ванни, без спеціалізованого обладнання.
- Сумісність: працює зі стандартними реагентами для приєднання (DIC, HATU, TBTU, Oxyma тощо) та стратегіями захисних груп (Boc, Fmoc).
Література / Посилання
- 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.
Ультразвуковий CupHorn для інтенсивної ультразвукової обробки закритих пробірок і флаконів для стерильної обробки пептидів.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.