Tổng hợp peptide bằng siêu âm sử dụng kỹ thuật TAGGING

Tổng hợp peptide là nền tảng của hoạt động nghiên cứu và phát triển dược phẩm, tuy nhiên các phương pháp thông thường – tổng hợp peptide pha rắn (SPPS) và ghép nối pha dung dịch cổ điển – vẫn đòi hỏi nhiều công sức, gây lãng phí thuốc thử và khó mở rộng quy mô. Một phương án hiệu quả hơn đã xuất hiện nhờ kết hợp hai chiến lược độc lập: kỹ thuật TAGGING (nhóm neo giữ tạm thời) để lắp ráp peptide trong pha dung dịch và xử lý bằng siêu âm (hóa siêu âm) để đẩy nhanh các bước ghép nối, khử nhóm bảo vệ và xử lý sau phản ứng. Khi kết hợp, hai chiến lược này cho phép sản xuất peptide điều trị – chẳng hạn như lipopeptide lipobactin có hoạt tính kháng sinh/chống ung thư – từ quy mô gam đến quy mô lớn, với độ tinh khiết cao, giảm khối lượng công việc tinh sạch và giảm mạnh số thao tác thủ công.

Tổng hợp peptide bằng siêu âm mang lại những lợi ích gì?

• Tính kinh tế của pha dung dịch: Các phản ứng diễn ra trong dung dịch với mức tiêu thụ axit amin thấp hơn đáng kể so với tổng hợp peptide pha rắn
• Tinh sạch bằng phương pháp lọc: Peptide gắn TAG kết tủa trong dung môi phân cực, vì vậy các chất trung gian được phân lập bằng phương pháp lọc đơn giản – không cần sắc ký cột hay xác định đặc trưng ở từng bước.
• Tiết kiệm đáng kể công sức: Việc loại bỏ các bước tinh sạch chất trung gian và kiểm tra phổ giúp tiết kiệm đáng kể số giờ lao động trong toàn bộ đợt tổng hợp.
• Tăng tốc bằng hóa siêu âm: Xử lý siêu âm rút ngắn mọi bước then chốt – khử nhóm bảo vệ Fmoc, ghép nối chuỗi bên, đóng vòng và khử toàn bộ nhóm bảo vệ – mà không làm giảm tính chọn lọc.
• Hiệu suất cao, độ tinh khiết cao: Mỗi bước ghép nối phân đoạn và bước lắp ráp lipobactin cuối cùng đều đạt hiệu suất cao; bước khử toàn bộ nhóm bảo vệ cho sản phẩm mục tiêu với hiệu suất ~83 %.
• Sẵn sàng cho quy mô lớn: Kỹ thuật TAGGING được mô tả rõ ràng là cho phép điều chế peptide ở quy mô lớn với độ tinh khiết cao nhất, trở thành một phương pháp thực tiễn để tạo ra các lipopeptide quan trọng trong điều trị với lượng tính bằng gam và kilogam.
• Khả năng tương thích hoàn toàn với các phương pháp: Phương pháp này hoàn toàn tương thích với SPPS thông thường và hóa học pha dung dịch, vì vậy các chiến lược sử dụng nhóm bảo vệ hiện có (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) và các tác nhân ghép nối (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) được áp dụng nguyên vẹn.

Kỹ thuật TAGGING là gì?

Trong phương pháp TAG, một phân đoạn peptide được neo bằng liên kết cộng hóa trị vào một nhóm neo (TAG) giống nhựa, có thể loại bỏ và vẫn nằm trong dung dịch. Điều này cho phép xử lý chuỗi đang phát triển như peptide pha rắn, nhưng trong pha lỏng:

• Sau mỗi bước ghép nối hoặc khử nhóm bảo vệ, peptide gắn TAG được thu hồi ở dạng rắn bằng phương pháp lọc đơn giản hoặc kết tủa trong môi trường phân cực/phản dung môi, trong khi các tạp chất hòa tan và sản phẩm phụ được rửa trôi.
• Vì peptide vẫn gắn với nhóm liên kết, phần lớn các bước sắc ký cột và xác định đầy đủ đặc trưng của từng chất trung gian được loại bỏ, giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và công sức.
• Các phản ứng có thể được thực hiện trong pha dung dịch, sử dụng ít axit amin hơn nhiều so với SPPS, và sản phẩm cuối cùng được giải phóng bằng cách cắt bỏ nhóm TAG ở gần cuối quá trình tổng hợp.

 
Đối với lipobactin, quá trình phân tích tổng hợp ngược sử dụng ba phân đoạn – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH và phân đoạn lipid C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – được ghép nối theo chiến lược ngưng tụ phân đoạn để thu được peptide dài với hiệu suất rất cao. (tham khảo Ramya và cộng sự, 2025)

Quá trình tổng hợp toàn phần peptide lipobactin với sự hỗ trợ của TAG được tăng tốc bằng xử lý siêu âm.
(Nghiên cứu: Ramya và cộng sự, 2025)

Siêu âm cải thiện quá trình tổng hợp peptide trong pha dung dịch như thế nào

Siêu âm được sử dụng để tăng cường và rút ngắn các bước quan trọng trong pha dung dịch. Trong quá trình tổng hợp lipobactin được Ramya và cộng sự (2025) mô tả, siêu âm được áp dụng cho:

Vì phương pháp hóa học TAG vốn đã tạo ra các chất trung gian ở dạng rắn có thể lọc được, siêu âm và TAGGING bổ trợ cho nhau: siêu âm đẩy nhanh quá trình truyền khối, trộn và động học phản ứng, trong khi nhóm neo giữ peptide ở dạng rắn có thể thu hồi, giúp quy trình sạch và ít cần sắc ký.

Dễ dàng mở rộng quy mô tổng hợp peptide có độ tinh khiết cao bằng siêu âm

Một thách thức thường gặp khi chuyển các quy trình sản xuất peptide và thuốc peptide từ quy mô phòng thí nghiệm sang sản xuất là duy trì hiệu ứng hóa siêu âm ở thể tích lớn hơn và trong dòng chảy liên tục. Hielscher giải quyết vấn đề này bằng một dải thiết bị xử lý siêu âm bao phủ liên tục từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp hoàn chỉnh, cung cấp công suất đã được thẩm định, có khả năng tái lập và khả năng kiểm soát quy trình được ghi chép đầy đủ.
 

Thiết bị siêu âm công nghiệp UIP4000hdT (4000W, 20kHz) để tổng hợp peptide được tăng cường bằng siêu âm

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• 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.