تخليق الببتيدات في الطور الصلب – كفاءة أكبر باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية
تخليق الببتيدات في الطور الصلب (SPPS) هو الطريقة الشائعة لتخليق الببتيدات. تُعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية أداة موثوقة لتكثيف تخليق الببتيدات في الطور الصلب، مما يؤدي إلى مردود أعلى ونقاوة محسّنة وعدم حدوث تصاوغ راسيمي وتسريع ملحوظ للتفاعل. تقدم Hielscher Ultrasonics حلولًا متنوعة بالموجات فوق الصوتية لتخليق الببتيدات وفصلها وإذابتها.
تخليق الببتيدات في الطور الصلب بالموجات فوق الصوتية
تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية بالفعل على نطاق واسع بوصفها طريقة لتكثيف التخليق العضوي، وهي معروفة بمزاياها، مثل تقليل أزمنة التفاعل بدرجة كبيرة، وزيادة المردود، وتقليل النواتج الثانوية، وبدء مسارات تفاعل لا يمكن تحقيقها بطرق أخرى، و/أو تحسين الانتقائية. ويمكن أيضًا تحقيق فوائد كبيرة عند إدخال المعالجة بالموجات فوق الصوتية في تفاعلات تخليق الببتيدات. وقد أظهرت نتائج الأبحاث أن تخليق الببتيدات بمساعدة الموجات فوق الصوتية يحقق مردودًا محسّنًا من الببتيدات ذات النقاوة العالية، دون تصاوغ راسيمي، خلال زمن تفاعل قصير.
- مردود مرتفع من الببتيدات
- تخليق أسرع بدرجة ملحوظة
- نقاوة أعلى للببتيدات
- عدم حدوث تصاوغ راسيمي
- تخليق ببتيدات متنوعة بالتوازي
- قابلية التوسع إلى أي حجم
cuphorn بالموجات فوق الصوتية للمعالجة المتجانسة لعدة أوعية تفاعل بالموجات فوق الصوتية من أجل تحسين تخليق الببتيدات.
رسم يوضح تخليق الببتيدات في الطور الصلب بطريقة Merrifield. تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتعزيز تفاعل التخليق وتحسينه، وكذلك لفصل الببتيدات المُخلَّقة عن الراتنج.
الرسم: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| الدراسة | الببتيد أو الببتيدات المدروسة | زمن التفاعل (الطريقة التقليدية مقابل US-SPPS) | نقاوة الناتج الخام (الطريقة التقليدية مقابل US-SPPS) | التصاوغ الراسيمي والتفاعلات الجانبية | أبرز الاستنتاجات |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-enkephalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphin | 600–1920 min → 48–284 min | 24.2–71.3% → 60.6–89.9% | لم يُلاحظ أي منها لدى Cys/His، حتى عند 70°C | تخليق أسرع بنحو ~7–12x؛ تحسن كبير في النقاوة، لا سيما للتسلسلات المعرضة للتجمع مثل TAT. |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12 وحدة)، Pep2 (9 وحدات)، Pep3 (25 وحدة) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2)؛ Pep3: 347 min (بالموجات فوق الصوتية فقط) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | لم يُختبر؛ لوحظ انخفاض طفيف في نقاوة Pep2 | تقليل الزمن بمقدار 14x بالنسبة إلى Pep1؛ زيادة ملحوظة في مردود النواتج الخام. |
| Merlino et al. (2019) | ببتيدات خماسية نموذجية، وببتيدات يصل طولها إلى 44 وحدة، و”تسلسلات صعبة” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (النموذج) | 84% → 93% (النموذج)؛ أعلى بدرجة ملحوظة مقارنة بالتسخين الحراري (~45°C) | لا توجد زيادة ملحوظة في المتماكبات المرآتية لـ Cys/His | فعالية عالية للتسلسلات الصعبة/المعرضة للتجمع؛ تتيح تقليل الكميات الزائدة من الكواشف مع الحفاظ على نقاوة عالية. |
تحسين تخليق الببتيدات في الطور الصلب بالموجات فوق الصوتية
تخليق الببتيدات في الطور الصلب (SPPS) هو تفاعل كيميائي يتيح تجميع سلسلة ببتيدية من خلال تفاعلات متعاقبة لمشتقات الأحماض الأمينية على دعامة مسامية غير قابلة للذوبان. ومع ذلك، فإن التخليق التقليدي للببتيدات في الطور الصلب عملية بطيئة وغير فعالة نسبيًا. لذلك، يُعد تكثيف تخليق الببتيدات بالموجات فوق الصوتية أداة تحظى بتقدير كبير لتحقيق تخليق أكثر فعالية وسرعة للببتيدات.
قارن Silva et al. (2021) تخليق الببتيدات في الطور الصلب (SPPS) “التقليدي” المعتمد على الفلورينيل ميثوكسي كربونيل (Fmoc) بتخليق SPPS بمساعدة الموجات فوق الصوتية (US)، استنادًا إلى تحضير ثلاثة ببتيدات، هي الببتيد Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) النوعي لمستقبل عامل نمو الأرومات الليفية 3(FGFR3)، والببتيدان الجديدان Pep2 (RQMATADEA-NH2) وPep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
أدى SPPS بمساعدة الموجات فوق الصوتية إلى تقليل زمن تجميع الببتيدات بمقدار 14 ضعفًا (Pep1) و4 أضعاف (Pep2) مقارنة بالطريقة “التقليدية”. ومن المثير للاهتمام أن SPPS بمساعدة الموجات فوق الصوتية أعطى Pep1 بنقاوة أعلى (82%) من SPPS “التقليدي” (73%). وقد دفع الانخفاض الملحوظ في الزمن، مقترنًا بالنقاوة العالية المحققة للببتيد الخام، فريق البحث إلى تطبيق SPPS بمساعدة الموجات فوق الصوتية على الببتيد الكبير Pep3، الذي يحتوي على عدد كبير من الأحماض الأمينية الكارهة للماء والتسلسلات الأوليغومرية المتجانسة. ومن اللافت أن تخليق هذا الببتيد المكوَّن من 25 وحدة تحقق خلال أقل من 6 ساعات (347 min) بنقاوة متوسطة (نحو 49%).
تخليق أسرع للببتيدات عبر تخليقها في الطور الصلب باستخدام التحريك بالموجات فوق الصوتية.
(الدراسة والتحليل: Wołczański et al., 2019)
أجرى Merlino et al. (2019) أيضًا دراسة شاملة لتأثيرات الموجات فوق الصوتية على تخليق الببتيدات في الطور الصلب المعتمد على Fmoc، مما أتاح تخليق ببتيدات مختلفة ذات نشاط بيولوجي (يصل طولها إلى 44 وحدة)، مع توفير ملحوظ في المواد وزمن التفاعل. وأثبتوا أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية لم تفاقم التفاعلات الجانبية الرئيسية، وحسّنت تخليق الببتيدات ذات “التسلسلات الصعبة”، مما يضع تخليق الببتيدات في الطور الصلب المعزَّز بالموجات فوق الصوتية (US-SPPS) ضمن استراتيجيات تخليق الببتيدات الحالية عالية الكفاءة.
يتيح توافر أنظمة عالية الأداء لتخليق الببتيدات بالموجات فوق الصوتية (التخليق الصوتي) تحسين معدلات التخليق بدرجة ملحوظة وزيادة نقاوة النواتج الخام. (راجع Wołczański et al., 2019)
دراسة التصاوغ الراسيمي. مقارنة أطياف 1H NMR ذات الدلالة لببتيدات نموذجية خُلِّقت يدويًا بالطريقة التقليدية عند درجة حرارة الغرفة وبطريقة الموجات فوق الصوتية عند درجة حرارة مرتفعة. تُظهر الإزاحات الكيميائية لبروتونات α في His وCys ومجموعة الميثيلين في Acm (اللوحات اليسرى)، وبروتونات ميثيل ɣ في Val (اللوحات اليمنى)، أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية عند 70°C لا تسبب التصاوغ الراسيمي.
(الدراسة والتحليل: Wołczański et al., 2019)
فصل الببتيدات بالموجات فوق الصوتية
بعد تخليق الببتيدات في الطور الصلب (SPPS)، يجب فصل الببتيدات المُخلَّقة عن الراتنجات البوليمرية. وتُعرف هذه الخطوة أيضًا بإزالة الحماية. عند مقارنة الرجّ المعتاد والمعالجة بالموجات فوق الصوتية لفصل الببتيدات عن الراتنج، تتطلب طريقة الرجّ نحو 1 ساعة، في حين يمكن إنجاز الفصل بالموجات فوق الصوتية خلال 15 إلى 20 min. ويمكن تطبيق فصل الببتيدات بالموجات فوق الصوتية لفصل الأحماض الأمينية المحمية والببتيدات المرتبطة براتنجات البوليسترين عبر روابط إستر بنزيلية.
يعطي فصل الببتيدات عن راتنج البوليسترين بالموجات فوق الصوتية مردودًا مرتفعًا من الببتيدات ذات النقاوة العالية، دون تصاوغ راسيمي، ضمن إجراء سريع.
(الدراسة والرسم: ©Anuradha and Ravindranath, 1995)
مفاعل يُحرَّك بالموجات فوق الصوتية لتحسين تخليق الببتيدات وتسريعه. تُظهر الصورة جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية UP200St داخل مفاعل زجاجي مزود بأداة تحريك.
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتخليق الببتيدات
تقدم Hielscher Ultrasonics حلولًا متنوعة بالموجات فوق الصوتية للمعالجة المباشرة وغير المباشرة بالموجات فوق الصوتية. وتزوّد المعالجات القوية بالموجات فوق الصوتية، التي يمكن التحكم فيها بدقة، وعاء التفاعل بالكمية المناسبة تمامًا من طاقة الموجات فوق الصوتية. سواء كنت تستخدم المحاقن أو الأنابيب أو الصفائح متعددة الآبار أو المفاعلات الزجاجية بوصفها أوعية تخليق، فإن Hielscher Ultrasonics تقدم جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية الأنسب لتطبيقك المتعلق بالببتيدات.
- ببتيدات مصممة حسب الطلب
- إنتاج الببتيدات على نطاق واسع
- مكتبات الببتيدات
تُجرى العديد من عمليات تخليق الببتيدات في المحاقن (مثل مفاعلات المحاقن ذات المرشحات المسامية). يعالج جهاز تحريك المحاقن بالموجات فوق الصوتية من Hielscher محلول الببتيد بالموجات فوق الصوتية من خلال اقتران الموجات فوق الصوتية عبر جدار المحقنة إلى السائل. ويُعد جهاز تحريك المحاقن بالموجات فوق الصوتية أحد أكثر الحلول بالموجات فوق الصوتية شيوعًا لتخليق الببتيدات بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
يُعد cuphorn بالموجات فوق الصوتية أداة مناسبة لمعالجة ما يصل إلى 5 أوعية تفاعل بالموجات فوق الصوتية، في حين يمكن لـ VialTweeter استيعاب ما يصل إلى عشرة أنابيب تفاعل، إضافة إلى خمسة أوعية أكبر باستخدام ملحق يُثبَّت بالمشابك.
بالنسبة إلى أنواع المفاعلات الأخرى، مثل مفاعل الطور الصلب Merrifield أو Kamysz، وغيرها من أوعية ومفاعلات البولي بروبيلين أو زجاج البوروسيليكات، تقدم Hielscher أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية للمعالجة غير المباشرة والمباشرة، مع تثبيت مخصص بالمشابك أو بشفة تثبيت.
وبالطبع، يمكن بسهولة تجهيز المفاعلات الزجاجية الأكبر المزودة بأداة تحريك، مثل تلك المستخدمة للتخليق في طور المحلول، بمسابير الموجات فوق الصوتية (المعروفة أيضًا باسم سونوترودات أو أبواق الموجات فوق الصوتية) بأي حجم.
- أنواع متنوعة من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية
- المعالجة المباشرة وغير المباشرة بالموجات فوق الصوتية
- التحكم الدقيق في الشدة
- التحكم الدقيق في درجة الحرارة
- موجات فوق صوتية مستمرة أو نبضية
- ميزات ذكية وأجهزة قابلة للبرمجة
- متاحة لأي حجم
- قابلية التوسع الخطي
لتخليق الببتيدات في الطور الصلب في الصفائح متعددة الآبار/صفائح المعايرة الدقيقة، يُعد UIP400MTP الجهاز المثالي. يُقرَن التجويف بالموجات فوق الصوتية بصورة غير مباشرة ومتجانسة إلى آبار العينات العديدة لتحقيق انتقال كتلة وتفاعل تخليق متفوقين. شاهد الفيديو أدناه لرؤية جهاز معالجة الصفائح الدقيقة بالموجات فوق الصوتية UIP400MTP أثناء التشغيل!
اتصل بنا! / اسألنا!
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتطبيقات الخلط والتشتيت والاستحلاب والاستخلاص على النطاق المخبري والتجريبي والصناعي.
حقائق جديرة بالمعرفة عن تخليق الببتيدات بالموجات فوق الصوتية
ما الببتيدات؟
الببتيدات مركبات ترتبط فيها أحماض أمينية متعددة بروابط أميدية، تُسمى الروابط الببتيدية. وعندما ترتبط في بُنى معقدة – تتكون عادةً من 50 حمضًا أمينيًا أو أكثر – تُسمى هذه البُنى الببتيدية الكبيرة بروتينات. وتُعد الببتيدات وحدة بناء أساسية للحياة وتؤدي وظائف عديدة في الجسم.
كيف يجري تخليق الببتيدات؟
في الكيمياء العضوية وعلم الأحياء الجزيئي وعلوم الحياة، يُقصد بتخليق الببتيدات عملية إنتاج الببتيدات. وتُخلَّق الببتيدات كيميائيًا عبر تفاعل تكاثف بين مجموعة الكربوكسيل في حمض أميني ومجموعة الأمين في حمض أميني آخر. وعادةً ما تُستخدم استراتيجيات مجموعات الحماية (وتُسمى أيضًا المجموعات الواقية) لتجنب التفاعلات الجانبية غير المرغوبة مع السلاسل الجانبية المختلفة للأحماض الأمينية.
يبدأ التخليق الكيميائي للببتيدات (في المختبر) غالبًا بربط مجموعة الكربوكسيل في الحمض الأميني الوارد (الطرف C) بالطرف N للسلسلة الببتيدية النامية. وعلى خلاف هذا التخليق من C إلى N، يجري التخليق الحيوي الطبيعي للبروتينات المكوَّنة من ببتيدات طويلة في الكائنات الحية في الاتجاه المعاكس. وهذا يعني أنه في التخليق الحيوي، يرتبط الطرف N للحمض الأميني الوارد بالطرف C للسلسلة البروتينية (من N إلى C).
تستند معظم بروتوكولات البحث والتطوير لتخليق الببتيدات إلى طرق الطور الصلب، في حين تُستخدم طرق التخليق في طور المحلول في الإنتاج الصناعي للببتيدات على نطاق واسع.
ما أحدث ما توصلت إليه تقنيات تخليق الببتيدات؟
SUS-SPPS (تخليق الببتيدات المستدام في الطور الصلب بمساعدة الموجات فوق الصوتية) ثبت أنه يقلل العملية إلى خطوتين فقط في كل دورة (الربط/تغطية النهايات/إزالة الحماية مجتمعة + غسلة واحدة)، مما يقلل استهلاك المذيبات والزمن بدرجة ملحوظة. (راجع Mottola et al., 2025)
TAPS بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو نهج يجمع بين التقنيتين آخذ في الظهور، وقد ثبت نجاحه في عمليات التخليق الكلي (مثل lipobactin)، وتستكشفه مؤسسات التطوير والتصنيع التعاقدي (CDMOs) لتصنيع المواد الصيدلانية الفعالة (API).
اكتشف مزايا تخليق الببتيدات بتقنية TAGGING بمساعدة الموجات فوق الصوتية!
المعالجة المستمرة يجري استكشافها بوصفها تحسينًا إضافيًا – وقد وُصفت منصات للتخليق المستمر في وعاء واحد بمساعدة واسمات خضعت للسيللة.
يتجه هذا المجال نحو مبادئ الكيمياء الخضراء، حيث تسهم الموجات فوق الصوتية وTAPS في تقليل استخدام المذيبات، وخفض كميات الكواشف المستخدمة، وتحسين الاستدامة.
المؤلفات / المراجع
- Merlino, F., Tomassi, S., Yousif, A. M., Messere, A., Marinelli, L., Grieco, P., Novellino, E., Cosconati, S., Di Maro, S. (2019): Boosting Fmoc Solid-Phase Peptide Synthesis by Ultrasonication. Organic Letters, 21(16), 2019. 6378–6382.
- 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.
- Silva, R., Franco Machado, J., Gonçalves, K., Lucas, F. M., Batista, S., Melo, R., Morais, T. S., & Correia, J. (2021): Ultrasonication Improves Solid Phase Synthesis of Peptides Specific for Fibroblast Growth Factor Receptor and for the Protein-Protein Interface RANK-TRAF6. Molecules (Basel, Switzerland), 26(23), 7349.
- Conejos-Sanchez, Inmaculada; Duro Castaño, Aroa; Vicent, María (2014): Peptide-Based Polymer Therapeutics. Polymers. 6. 515-551.
- 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.
- Salvatore Mottola, Alessandra Del Bene, Vincenzo Mazzarella, Roberto Cutolo, Ida Boccino, Francesco Merlino, Sandro Cosconati, Salvatore Di Maro, Anna Messere (2015): Sustainable Ultrasound-Assisted Solid-Phase peptide synthesis (SUS-SPPS): Less Waste, more efficiency. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 114, 2025.
- 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.
- Wołczański, G., Płóciennik, H., Lisowski, M., Stefanowicz, P. (2019): The faster peptide synthesis on the solid phase using ultrasonic agitation. Tetrahedron Letters, 2019.
تصنّع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء بأحجام تتراوح من الحجم المخبري إلى الحجم الصناعي.