Ультразвуковий синтез пептидів із використанням методики TAGGING
Синтез пептидів є основою фармацевтичних досліджень і розробок, проте традиційні методи – твердофазний синтез пептидів (SPPS) та класичне з’єднання у розчині – залишаються трудомісткими, супроводжуються великими витратами реагентів і важко масштабуються. Більш ефективна альтернатива з’явилася завдяки поєднанню двох ортогональних стратегій: техніки TAGGING (temporary anchoring group) для складання пептидів у розчинній фазі та ультразвукової (сонохімічної) обробки для прискорення етапів з’єднання, депротекції та післяобробки. Разом вони дозволяють виробляти терапевтичні пептиди в обсягах від грамів до промислових масштабів. – такі як ліпопептид ліпобактин, що має антибіотичну та протиракову дію – високою чистотою, зменшеним обсягом очищення та значно меншою кількістю ручних операцій.
Які переваги має ультразвуковий синтез пептидів?
- Економіка розчинної фази: Реакції, що протікають у розчині, характеризуються значно меншим споживанням амінокислот, ніж при твердофазному синтезі пептидів
- Очищення методом фільтрації: Пептид, пов’язаний із TAG, осідає в полярних розчинниках, тому проміжні сполуки виділяють шляхом простої фільтрації – не потрібно проводити колонкову хроматографію чи покрокову характеристику.
- Значна економія трудових ресурсів: Відмова від проміжних етапів очищення та спектральних перевірок дозволяє заощадити значну кількість робочого часу протягом усього циклу синтезу.
- Сонохімічне прискорення: Ультразвукова обробка скорочує кожен критичний етап – Зняття Fmoc-захисту, приєднання бічних ланцюгів, циклізація та загальне зняття захисту – не погіршуючи селективності.
- Висока врожайність, висока чистота: Кожен етап з'єднання фрагментів та остаточне складання ліпобактину відбуваються з високим виходом; загальне зняття захисних груп дає цільову сполуку з виходом приблизно 83 %.
- Готовність до дій у великих масштабах: Техніка TAGGING чітко описується як така, що дозволяє здійснювати масове отримання пептидів найвищої чистоти, що робить її практичним способом отримання ліпопептидів, важливих для терапевтичного застосування, у кількостях від грамів до кілограмів.
- Повна сумісність методів: Цей підхід повністю сумісний із традиційними методами SPPS та хімією у розчинній фазі, тому існуючі стратегії використання захисних груп (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) та агентів сполучення (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) залишаються незмінними.
Розкажіть нам про труднощі, з якими ви стикаєтеся у процесі синтезу пептидів. Наші експерти з ультразвукової обробки підберуть для вас оптимальну конфігурацію ультразвукового апарату, яка відповідатиме вашим цілям у виробництві пептидів!
Промисловий ультразвуковий апарат UIP2000HDT з фармацевтичним реактором періодичної дії для вдосконаленого синтезу пептидів
Що таке техніка TAGGING?
У методі TAG пептидний фрагмент ковалентно прикріплюється до знімної, подібної до смоли анкерної групи (TAG), яка залишається в розчині. Це дозволяє працювати з ланцюгом, що утворюється, як із пептидом у твердій фазі, але в рідкій фазі:
- Після кожного з'єднання або зняття захисту пептид, зв'язаний з TAG, виділяють у твердому стані шляхом простої фільтрації або осадження в полярних середовищах або антирозчинниках, тоді як розчинні домішки та побічні продукти видаляються промиванням.
- Оскільки пептид залишається приєднаним до лінкера, колонкова хроматографія та повна характеристика кожного проміжного продукту практично не потрібні, що дозволяє значно заощадити час і трудові ресурси.
- Реакції можна проводити в розчинній фазі, використовуючи набагато менше амінокислоти, ніж у методі SPPS, а кінцевий продукт виділяється шляхом відщеплення групи TAG наприкінці синтезу.
Для ліпобактину в процесі ретросинтезу використовували три фрагменти – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH та ліпідний фрагмент C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – у поєднанні зі стратегією конденсації фрагментів для отримання довгого пептиду з дуже високим виходом. (див. Ramya та ін., 2025)
Повний синтез пептиду ліпобактину за допомогою технології TAG прискорюється під дією ультразвуку.
(Дослідження: Рамія та ін., 2025)
Як ультразвукова обробка покращує синтез пептидів у розчинній фазі
Ультразвукову обробку використовують для інтенсифікації та скорочення основних етапів, що відбуваються у розчині. У процесі синтезу ліпобактину, описаному Рамією та ін. (2025), ультразвукову обробку застосовують для:
Оскільки в хімії TAG проміжні сполуки вже утворюються у вигляді твердих речовин, придатних для фільтрування, ультразвукова обробка та TAGGING є взаємодоповнюючими методами: ультразвук прискорює масообмін, перемішування та кінетику реакції, тоді як анкер утримує пептид у вигляді твердої речовини, яку можна відокремити, що забезпечує чистий робочий процес із мінімальним використанням хроматографії.
Ультразвуковий апарат UP200St: Реактор з ультразвуковим перемішуванням для прискореного синтезу пептидів.
Просте масштабування виробництва пептидів високої чистоти за допомогою ультразвукової обробки
Частою проблемою при перенесенні технологічних процесів з використанням пептидів та пептидних препаратів з лабораторії на виробництво є збереження сонохімічного ефекту при роботі з більшими об’ємами та в режимі безперервного потоку. Компанія Hielscher вирішує цю проблему за допомогою лінійки ультразвукових процесорів для безперервної роботи — від лабораторного до повномасштабного промислового рівня, забезпечуючи перевірену, відтворювану потужність та задокументований контроль процесу.
Промисловий ультразвуковий апарат UIP4000hdT (4000 Вт, 20 кГц) для синтезу пептидів із використанням ультразвуку
Поширені запитання щодо синтезу пептидів TAG із застосуванням ультразвуку
Що таке рідкофазний синтез пептидів (LPPS)?
Рідкофазний синтез пептидів (LPPS) — це метод поетапного синтезу пептидів у розчині з використанням класичних засобів органічної хімії. Це один із чотирьох основних методів створення пептидів, який відзначається економічною ефективністю, масштабованістю та є найбільш екологічним серед усіх підходів до синтезу пептидів. Він особливо добре підходить для коротких пептидів, хоча при роботі з довгими послідовностями можуть виникати труднощі, пов’язані з підтриманням стабільності реакцій, розчинності та видаленням небажаних побічних продуктів.
Як ультразвук сприяє синтезу пептидів у рідкій фазі?
Ультразвук (ультразвукова обробка) підвищує ефективність LPPS, прискорюючи як етап зв’язування, так і етап дезамідизації. Ультразвукові хвилі покращують масообмін та кінетику реакції, що призводить до:
- Скорочення часу реакції: цикли з'єднання та зняття захисту можна значно скоротити
- Вищі врожаї: більш повне перетворення на кожному етапі
- Підвищення чистоти нафтопродуктів: менше неповних побічних продуктів з'єднання
- Менше споживання реагентів: завдяки швидшим і ефективнішим реакціям потрібно менше еквівалентів сполучних реагентів та амінокислот
Що таке синтез пептидів за допомогою технології TAG (TAPS)?
Синтез пептидів із використанням міток (TAPS) — це особливий випадок рідкофазного синтезу пептидів, при якому пептиди будуються поетапно в розчині з використанням розчинних органічних міток замість твердого носія. Ці мітки, аналогічно твердим носіям у SPPS, спрощують виділення після кожного етапу синтезу, дозволяючи здійснювати розділення шляхом осадження, фільтрації або екстракції. Мітки повинні розчинятися в органічних розчинниках, залишаючись при цьому відокремленими від інших речовин.
Як ультразвук покращує процес ТЕГГІНГУ?
У разі поєднання ультразвукової обробки з синтезом за допомогою TAG можна відзначити такі переваги:
- Швидші цикли з'єднання та зняття захисту – ультразвук прискорює реакції в розчинній фазі, скорочуючи час виконання кожного етапу
- Покращення розчинності та масообміну – ультразвукова кавітація сприяє збереженню однорідності міченого пептиду в розчині, що має вирішальне значення, оскільки розчинність є головною перевагою методу TAPS порівняно з методом SPPS
- Зменшення кількості реагентів – вища ефективність реакції означає, що потрібно менше еквівалентів амінокислот та реагентів для сполучення
- Більш повні реакції – зменшення кількості побічних продуктів неповного з'єднання, що забезпечує вищу чистоту сировини та спрощує подальшу очистку
Яскравим прикладом є повний синтез ліпобактину з використанням технології TAG та ультразвукової обробки, який продемонстрував, що техніка TAGGING повністю сумісна з методами розчинної фази, а ультразвукова обробка забезпечує високий вихід на кожному етапі. (див. Ramya et al., 2025)
Які довжини пептидів можна отримати за допомогою методу TAPS з використанням ультразвуку?
Короткі та середні пептиди (~5–20 залишків) — це оптимальний діапазон, у якому TAPS забезпечує високу чистоту та надійні результати.
Довші пептиди можна отримати за допомогою стратегії конденсації фрагментів: спочатку синтезуються менші фрагменти (6–10-мери) на носії, а потім з’єднуються між собою для утворення цільового пептиду повної довжини.
Для дуже довгих або складних цілей можна застосувати гібридний підхід SPPS/TAPS.
Дізнайтеся, як ультразвукова обробка покращила твердофазний синтез пептидів (SPPS)!
Чи можна масштабувати ультразвуковий синтез пептидів у рідкій фазі до рівня промислового виробництва?
Так, промислові ультразвукові апарати – такі як моделі Hielscher UIP2000hdT або UIP4000hdT – можуть бути інтегровані в періодичні реактори та проточні комірки, що дає змогу здійснювати виробництво пептидів у великих масштабах. Модернізація існуючих реакторів дозволяє вдосконалити налагоджені технологічні процеси синтезу пептидів.
У чому полягають основні переваги ультразвукової LPPS порівняно зі звичайною LPPS?
- Швидкість: Час реакції значно скорочується на кожному етапі сполучення та депротегування.
- Ефективність: вищі виходи на кожному етапі призводять до вищого загального виходу пептидів із декількома залишками.
- Сталий розвиток: менша кількість еквівалентів реагентів і, можливо, менша кількість розчинника завдяки швидшому перебігу реакцій.
- Доступність: для цього потрібна лише стандартна ультразвукова ванна, спеціального обладнання не потрібно.
- Сумісність: сумісна зі стандартними сполучними реагентами (DIC, HATU, TBTU, Oxyma тощо) та стратегіями використання захисних груп (Boc, Fmoc).
Література / Список літератури
- 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 інтенсивного ультразвукового оброблення закритих пробірок та флаконів з метою стерильної обробки пептидів ультразвуком.
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.