Tổng hợp peptit bằng sóng siêu âm sử dụng kỹ thuật TAGGING

Tổng hợp peptit là một trong những nền tảng cơ bản của hoạt động nghiên cứu và phát triển dược phẩm, tuy nhiên các phương pháp truyền thống – phương pháp tổng hợp peptit pha rắn (SPPS) và phương pháp liên kết pha dung dịch cổ điển – vẫn là phương pháp tốn nhiều nhân công, lãng phí thuốc thử và khó mở rộng quy mô. Một giải pháp thay thế hiệu quả hơn đã xuất hiện nhờ sự kết hợp của hai chiến lược độc lập: kỹ thuật TAGGING (nhóm neo tạm thời) để lắp ráp peptit trong pha dung dịch và xử lý siêu âm (sonochemical) nhằm đẩy nhanh các bước liên kết, loại bỏ nhóm bảo vệ và xử lý sau phản ứng. Sự kết hợp này cho phép sản xuất peptit điều trị ở quy mô từ gram đến quy mô công nghiệp. – chẳng hạn như lipobactin – một loại lipopeptide có tác dụng kháng sinh và chống ung thư – với độ tinh khiết cao, giảm bớt gánh nặng trong quá trình tinh chế và giảm đáng kể số lượng thao tác thủ công.

Phương pháp tổng hợp peptide bằng sóng siêu âm mang lại những lợi ích gì?

• Kinh tế học pha dung dịch: Các phản ứng diễn ra trong dung dịch với mức tiêu thụ axit amin thấp hơn đáng kể so với phương pháp tổng hợp peptit pha rắn
• Quá trình tinh chế dựa trên lọc: Peptide liên kết với TAG kết tủa trong các dung môi phân cực, do đó các chất trung gian được tách ra bằng phương pháp lọc đơn giản – Không cần phải thực hiện sắc ký cột hay phân tích đặc tính từng bước.
• Tiết kiệm đáng kể chi phí nhân công: Việc loại bỏ các bước tinh chế trung gian và kiểm tra quang phổ giúp tiết kiệm đáng kể thời gian lao động trong toàn bộ quá trình tổng hợp.
• Tăng tốc bằng phản ứng sonochemical: Quá trình siêu âm giúp rút ngắn thời gian của từng bước quan trọng – Loại bỏ nhóm bảo vệ Fmoc, liên kết chuỗi bên, tạo vòng và loại bỏ nhóm bảo vệ toàn phần – mà không làm giảm độ chọn lọc.
• Năng suất cao, độ tinh khiết cao: Mỗi phản ứng ghép mảnh và quá trình lắp ráp lipobactin cuối cùng đều diễn ra với hiệu suất cao; quá trình loại bỏ nhóm bảo vệ đồng loạt mang lại sản phẩm mục tiêu với hiệu suất khoảng 83%.
• Sự sẵn sàng trên quy mô lớn: Kỹ thuật TAGGING được mô tả rõ ràng là cho phép tổng hợp hàng loạt các peptit với độ tinh khiết cao nhất, nhờ đó trở thành một phương pháp thực tiễn để thu được các lipopeptit có ý nghĩa điều trị với khối lượng tính bằng gam và kilôgam.
• Khả năng tương thích hoàn toàn về phương thức: Phương pháp này hoàn toàn tương thích với SPPS truyền thống và hóa học pha dung dịch, do đó các chiến lược nhóm bảo vệ hiện có (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) và các chất liên kết (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) vẫn được áp dụng nguyên vẹn.

Kỹ thuật TAGGING là gì?

Trong phương pháp TAG, một đoạn peptit được liên kết cộng hóa trị với một nhóm neo (TAG) có thể tháo rời, có tính chất giống nhựa, và nhóm này vẫn tồn tại trong dung dịch. Điều này cho phép xử lý chuỗi đang hình thành giống như một peptit pha rắn, nhưng trong pha lỏng:

• Sau mỗi lần liên kết hoặc loại bỏ nhóm bảo vệ, peptit liên kết với TAG được thu hồi dưới dạng chất rắn thông qua quá trình lọc đơn giản hoặc kết tủa trong môi trường phân cực/chất chống hòa tan, trong khi các tạp chất và sản phẩm phụ hòa tan được rửa trôi.
• Do peptide vẫn gắn liền với liên kết nối, nên việc sắc ký cột và việc xác định đầy đủ đặc tính của từng chất trung gian hầu như không còn cần thiết, giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và công sức.
• Các phản ứng có thể được tiến hành trong pha dung dịch, sử dụng lượng axit amin ít hơn nhiều so với phương pháp SPPS, và sản phẩm cuối cùng được giải phóng thông qua quá trình cắt đứt nhóm TAG vào giai đoạn cuối của quá trình tổng hợp.

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

Quá trình tổng hợp hoàn toàn peptit lipobactin với sự hỗ trợ của TAG được đẩy nhanh nhờ siêu âm.
(Nghiên cứu: Ramya và các cộng sự, 2025)

Cách thức siêu âm cải thiện quá trình tổng hợp peptit ở pha dung dịch

Công nghệ siêu âm được sử dụng để tăng cường hiệu quả và rút ngắn thời gian thực hiện các bước quan trọng trong giai đoạn pha dung dịch. Trong quá trình tổng hợp lipobactin như được mô tả bởi Ramya và cộng sự (2025), siêu âm được áp dụng để:

Vì quá trình hóa học TAG vốn đã tạo ra các sản phẩm trung gian dưới dạng chất rắn có thể lọc được, nên việc sử dụng sóng siêu âm và kỹ thuật TAGGING là hai phương pháp bổ sung cho nhau: sóng siêu âm thúc đẩy quá trình truyền khối, trộn và động học phản ứng, trong khi liên kết neo giữ peptide ở dạng chất rắn có thể thu hồi, giúp quy trình làm việc trở nên gọn gàng và giảm thiểu việc sử dụng sắc ký.

Mở rộng quy mô dễ dàng các peptit có độ tinh khiết cao bằng phương pháp siêu âm

Một thách thức thường gặp khi chuyển các quy trình sản xuất peptide và thuốc chứa peptide từ phòng thí nghiệm sang sản xuất hàng loạt là việc duy trì hiệu quả của công nghệ siêu âm ở thể tích lớn hơn và trong điều kiện dòng chảy liên tục. Hielscher giải quyết vấn đề này bằng dòng sản phẩm máy xử lý siêu âm liên tục, từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp hoàn chỉnh, mang lại công suất đã được xác nhận và có thể tái tạo, cùng với hệ thống kiểm soát quy trình được ghi chép đầy đủ.
 

Máy siêu âm công nghiệp UIP4000hdT (4000W, 20kHz) để tổng hợp peptit được tăng cường bằng sóng siêu âm

Văn học / Tài liệu tham khảo