تخليق الببتيدات في المرحلة الصلبة – كفاءة أعلى بفضل المعالجة بالموجات فوق الصوتية
تخليق الببتيد في المرحلة الصلبة (SPPS) هو الطريقة الشائعة لتخليق الببتيد. Ultrasonication هو أداة موثوقة لتكثيف تخليق الببتيد المرحلة الصلبة مما يؤدي إلى غلة أعلى, تحسين النقاء, لا racemization وسرعة رد فعل متسارعة بشكل كبير. Hielscher الموجات فوق الصوتية يقدم مختلف حلول الموجات فوق الصوتية لتوليف الببتيد، والانقسام، والذوبان.
تخليق الببتيدات بالموجات فوق الصوتية في الطور الصلب
يتم بالفعل تطبيق الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع كطريقة تكثيف في التخليق العضوي وتشتهر بمزاياها مثل أوقات التفاعل المنخفضة بشكل كبير ، وعوائد أعلى ، ومنتجات ثانوية أقل ، وبدء المسارات ، والتي لا يمكن تحقيقها بطرق أخرى ، و / أو انتقائية أفضل. يمكن أيضا الحصول على فوائد كبيرة ، عندما يقترن صوتنة في تفاعلات تخليق الببتيد. وقد أظهرت نتائج البحوث أن تخليق الببتيد بمساعدة الموجات فوق الصوتية يحقق العائد الأمثل من الببتيدات مع نقاء عالي، دون racemization في غضون فترة رد فعل قصيرة.
- غلة عالية من الببتيد
- توليف أسرع بكثير
- نقاء الببتيد أعلى
- لا سباق
- التوليف المتوازي لمختلف الببتيدات
- قابل للتوسع ليلائم أي حجم
cuphorn بالموجات فوق الصوتية لصوتنة موحدة من عدة أوعية مفاعل لتحسين تخليق الببتيد.
رسم توضيحي يوضح عملية تخليق الببتيدات بالمرحلة الصلبة وفقًا لطريقة ميريفيلد. تُستخدم الموجات فوق الصوتية لتسريع وتعزيز تفاعل التخليق، وكذلك لفصل الببتيدات المُخَلَّقة عن الراتنج.
الرسم: ©كونيجوس سانشيز وآخرون ، 2014)
| دراسة | الببتيد (الببتيدات) التي شملتها الدراسة | زمن الاستجابة (الطريقة الكلاسيكية مقابل طريقة US-SPPS) | نقاء النفط الخام (الطريقة الكلاسيكية مقابل طريقة SPPS الأمريكية) | الراسيميزيشن والتفاعلات الجانبية | النقاط الرئيسية |
|---|---|---|---|---|---|
| وولشانسكي وآخرون (2019) | ميت-إنكيفالين، UB33-43-OCam، TAT48-60-NH2، B2m58-69-NH2، ACP65-74-NH2، β-إندورفين | 600–1920 دقيقة → 48–284 دقيقة | 24.2–71.3% → 60.6–89.9% | لم يُلاحظ أي شيء بالنسبة لـ Cys/His، حتى عند 70 درجة مئوية | ~تسريع عملية التخليق بمقدار 7–12 أضعاف؛ وتحسينات كبيرة في درجة النقاء، لا سيما بالنسبة للتسلسلات المعرضة للتكتل مثل TAT. |
| سيلفا وآخرون (2021) | Pep1 (12-مير)، Pep2 (9-مير)، Pep3 (25-مير) | >3515/365 دقيقة → ~250/85 دقيقة (Pep1/Pep2)؛ Pep3: 347 دقيقة (في الولايات المتحدة فقط) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | لم يتم اختباره؛ لوحظ انخفاض طفيف في درجة نقاء Pep2 | انخفاض الوقت بمقدار 14 ضعفًا بالنسبة لـ Pep1؛ وزيادة كبيرة في المحصول الخام. |
| ميرلينو وآخرون (2019) | الببتيدات النموذجية الخماسية، والببتيدات التي يصل عدد وحداتها إلى 44، “تسلسلات صعبة” (Aβ 1-42، ACP 65-74) | 60 دقيقة → 30 دقيقة (نموذج) | 84% → 93% (النموذج)؛ أعلى بشكل ملحوظ من التسخين الحراري (حوالي 45 درجة مئوية) | لم تُسجَّل أي زيادة ملحوظة في انانتومرات Cys/His | فعال للغاية في التعامل مع التسلسلات الصعبة أو المعرضة للتكتل؛ ويتيح تقليل فائض الكواشف مع الحفاظ على درجة نقاء عالية. |
تحسين تخليق الببتيد في المرحلة الصلبة باستخدام الموجات فوق الصوتية
تخليق الببتيد في المرحلة الصلبة (SPPS) هو تفاعل كيميائي يسمح بتجميع سلسلة الببتيد من خلال التفاعلات المتتالية لمشتقات الأحماض الأمينية على دعامة مسامية غير قابلة للذوبان. ومع ذلك ، فإن تخليق الببتيد التقليدي في المرحلة الصلبة هو عملية غير فعالة وبطيئة نسبيا. لذلك ، فإن التكثيف بالموجات فوق الصوتية لتوليف الببتيد هو أداة تحظى بتقدير كبير لتوليف الببتيدات بشكل أكثر فعالية وسرعة.
قارن سيلفا وآخرون (2021) “كلاسيكي” تخليق الببتيدات في الطور الصلب (SPPS) باستخدام فلورينيل ميثوكسي كربونيل (Fmoc) مع الموجات فوق الصوتية (US) استنادًا إلى تحضير ثلاثة ببتيدات، وهي الببتيد Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) الخاص بمستقبل عامل نمو الخلايا الليفية 3 (FGFR3)، والببتيدان الجديدان Pep2 (RQMATADEA-NH2) و Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
أدى نظام SPPS المدعوم من الولايات المتحدة إلى تقليل الوقت اللازم لتجميع الببتيد بمقدار 14 ضعفًا (Pep1) و4 أضعاف (Pep2) مقارنةً بـ “كلاسيكي” الطريقة. ومن المثير للاهتمام أن عملية SPPS المدعومة بالموجات فوق الصوتية أسفرت عن إنتاج Pep1 بنقاوة أعلى (82٪) مقارنةً بـ “كلاسيكي” SPPS (73٪). وقد دفع هذا التخفيض الكبير في الوقت، إلى جانب النقاء العالي الذي تم تحقيقه للببتيد الخام، فريق البحث إلى تطبيق تقنية SPPS المدعومة بالموجات فوق الصوتية على الببتيد الكبير Pep3، الذي يحتوي على عدد كبير من الأحماض الأمينية الكارهة للماء وتسلسلات هوموليجو. ومن اللافت للنظر أن تخليق هذا الببتيد المكون من 25 وحدة تم تحقيقه في أقل من 6 ساعات (347 دقيقة) بنقاوة معتدلة (حوالي 49٪).
تخليق الببتيد أسرع عن طريق تخليق الببتيد المرحلة الصلبة باستخدام التحريض بالموجات فوق الصوتية.
(دراسة وتحليل: Wołczański et al. ، 2019)
كما أجرى ميرلينو وزملاؤه (2019) دراسة شاملة لتأثيرات الموجات فوق الصوتية على تخليق الببتيدات في الطور الصلب باستخدام تقنية Fmoc، مما سمح بتخليق ببتيدات مختلفة ذات نشاط بيولوجي (تصل إلى 44-mer)، مع تحقيق وفورات ملحوظة في المواد ووقت التفاعل. وأثبت الباحثون أن الموجات فوق الصوتية لم تؤدِّ إلى تفاقم التفاعلات الجانبية الرئيسية، بل حسَّنت من تخليق الببتيدات التي تتمتع بـ “تسلسلات صعبة”، مما يضع تخليق الببتيد ذو الطور الصلب (US-SPPS) الذي يتم الترويج له بالموجات فوق الصوتية بين الاستراتيجيات الاصطناعية الحالية عالية الكفاءة للببتيد.
إن توفر أنظمة عالية الأداء للتوليف بالموجات فوق الصوتية (الصوتية) للببتيدات يسمح بتحسين معدلات التوليف بشكل كبير وزيادة نقاء المنتجات الخام. (راجع Wołczański et al. ، 2019)
التحقيق في السباق. مقارنة بين أطياف 1H NMR الهامة لنماذج الببتيدات التي تم تصنيعها يدويا باستخدام الطريقة الكلاسيكية في درجة حرارة الغرفة مقابل طريقة الموجات فوق الصوتية عند درجة حرارة مرتفعة. تظهر التحولات الكيميائية ل His و Cys α-protons ومجموعة الميثيلين من Acm (الألواح اليسرى) ، ɣ-methyl protons of Val (الألواح اليمنى) أن الصوتنة عند 70 درجة مئوية لا تسبب التعرق.
(دراسة وتحليل: Wołczański et al. ، 2019)
انشقاق الببتيدات بالموجات فوق الصوتية
بعد تخليق الببتيد في المرحلة الصلبة (SPPS) ، يجب شق الببتيدات المركبة من الراتنجات البوليمرية. تعرف هذه الخطوة أيضا باسم إلغاء الحماية. عند مقارنة الاهتزاز الشائع والموجات فوق الصوتية لانقسام الببتيد من الراتنج ، تتطلب طريقة الاهتزاز حوالي 1 ساعة ، بينما يمكن تحقيق الانقسام بالموجات فوق الصوتية في 15 إلى 20 دقيقة. يمكن تطبيق انقسام الببتيد بالموجات فوق الصوتية على انشقاق الأحماض الأمينية المحمية والببتيدات المرتبطة براتنجات البوليسترين من خلال روابط استر البنزيلية.
يعطي الانقسام بالموجات فوق الصوتية للببتيدات من راتنج البوليسترين غلات عالية من الببتيدات بنقاوة عالية ، دون تعرق ، ضمن إجراء سريع.
(دراسة ورسم: ©أنورادها ورافيندراناث ، 1995)
مفاعل مهتاج بالموجات فوق الصوتية لتحسين وتسريع تخليق الببتيد. توضح الصورة الموجات فوق الصوتية UP200St في مفاعل زجاجي مقلوب.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتوليف الببتيد
Hielscher الموجات فوق الصوتية يقدم مختلف حل الموجات فوق الصوتية لصوتنة مباشرة وغير مباشرة. توفر المعالجات بالموجات فوق الصوتية القوية والتي يمكن التحكم فيها بدقة الكمية المناسبة تماما من طاقة الموجات فوق الصوتية لوعاء التفاعل. سواء كنت تستخدم المحاقن، والأنابيب، لوحات الآبار متعددة، أو مفاعلات الزجاج كوعاء التوليف، Hielscher الموجات فوق الصوتية يقدم الموجات فوق الصوتية الأنسب لتطبيق الببتيد الخاص بك.
- الببتيدات المخصصة
- إنتاج الببتيد على نطاق واسع
- مكتبات الببتيد
يتم إجراء العديد من توليفات الببتيد في المحاقن (على سبيل المثال ، مفاعلات المحاقن الخشنة). المحرض حقنة بالموجات فوق الصوتية Hielscher صوتنة حل الببتيد اقتران الموجات فوق الصوتية من خلال جدار حقنة في السائل. المحرض حقنة بالموجات فوق الصوتية هي واحدة من الحلول بالموجات فوق الصوتية الأكثر شعبية لتوليف الببتيدات بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
يعد cuphorn بالموجات فوق الصوتية أداة مناسبة لصوتنة ما يصل إلى 5 أوعية مفاعل ، في حين أن VialTweeter يمكن أن يحمل ما يصل إلى عشرة أنابيب تفاعل بالإضافة إلى خمسة أوعية أكبر عبر ملحق مثبت بمشبك.
بالنسبة لأنواع المفاعلات الأخرى، مثل مفاعل ميريفيلد أو مفاعل كاميش ذي الطور الصلب، بالإضافة إلى الأوعية والمفاعلات الأخرى المصنوعة من البولي بروبيلين أو البورسليكات، توفر شركة «هيلشر» أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية للتنقية بالموجات فوق الصوتية بشكل مباشر وغير مباشر، مزودة بنظام تثبيت مخصص من نوع «كلامب أون» أو شفة تثبيت.
وبالطبع، يمكن تزويد المفاعلات الزجاجية الأكبر حجمًا المزودة بمحركات تقليب — مثل تلك المستخدمة في التخليق في طور المحلول — بسهولة بمجسات فوق صوتية (المعروفة أيضًا باسم «سونوتروودات» أو «أبواق فوق صوتية») من أي حجم.
- أنواع الموجات فوق الصوتية المختلفة
- صوتنة مباشرة وغير مباشرة
- تحكم دقيق في الكثافة
- تحكم دقيق في درجة الحرارة
- الموجات فوق الصوتية المستمرة أو النبضية
- ميزات ذكية، أجهزة قابلة للبرمجة
- متاح لأي وحدة تخزين
- قابلية التوسع الخطي
يُعد جهاز UIP400MTP الجهاز المثالي لتخليق الببتيدات في المرحلة الصلبة باستخدام لوحات متعددة الحفر/لوحات الميكروتايت. حيث يتم توصيل التكهف بالموجات فوق الصوتية بشكل غير مباشر وبشكل متجانس إلى الحفر العديدة المخصصة للعينات، مما يضمن نقلًا فائقًا للكتلة وتفاعل تخليق ممتاز. شاهد الفيديو أدناه لترى جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية للصفائح الدقيقة UIP400MTP أثناء العمل!
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
حقائق جديرة بالمعرفة حول توليف الببتيدات بالموجات فوق الصوتية
ما هي الببتيدات؟
الببتيدات هي مركبات ترتبط فيها أحماض أمينية متعددة عبر روابط أميد ، تسمى روابط الببتيد. عندما تكون ملزمة في هياكل معقدة – تتكون عادة من 50 أو أكثر من الأحماض الأمينية - تسمى هذه الهياكل الببتيدية الكبيرة البروتينات. الببتيدات هي لبنة أساسية للحياة وتؤدي العديد من الوظائف في الجسم.
كيف يتم توليف الببتيدات؟
في الكيمياء العضوية والبيولوجيا الجزيئية وعلوم الحياة ، تخليق الببتيد هو عملية إنتاج الببتيدات. يتم تصنيع الببتيدات كيميائيا عن طريق تفاعل التكثيف لمجموعة الكربوكسيل من حمض أميني واحد إلى المجموعة الأمينية لحمض أميني آخر. عادة ما تستخدم استراتيجيات حماية المجموعات (أيضا مجموعات الحماية) لتجنب ردود الفعل الجانبية غير المرغوب فيها مع السلاسل الجانبية المختلفة للأحماض الأمينية.
غالبا ما يبدأ تخليق الببتيد الكيميائي (في المختبر) عن طريق اقتران مجموعة الكربوكسيل من الأحماض الأمينية الواردة (C-terminus) بالنهاية N لسلسلة الببتيد المتنامية. على عكس هذا التوليف C-to-N ، يحدث التخليق الحيوي للبروتين الطبيعي للببتيدات الطويلة في الكائنات الحية في الاتجاه المعاكس. هذا يعني أنه في التخليق الحيوي ، ترتبط النهاية N للحمض الأميني الوارد بالنهاية C لسلسلة البروتين (N-to-C).
تعتمد معظم بروتوكولات البحث والتطوير لتخليق الببتيد على طرق المرحلة الصلبة ، بينما يمكن العثور على طرق تخليق مرحلة الحل في الإنتاج الصناعي واسع النطاق للببتيدات.
ما هو أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا في مجال تخليق الببتيدات؟
SUS-SPPS (إجراء SPPS المستدام بمساعدة الموجات فوق الصوتية) وقد ثبت أن هذه الطريقة تُخفِّض العملية إلى خطوتين فقط في كل دورة (عملية مدمجة تشمل الاقتران/التغطية/إزالة الحماية + عملية غسل واحدة)، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك المذيبات والوقت. (انظر: Mottola وآخرون، 2025)
تقنية TAPS بمساعدة الموجات فوق الصوتية وهي تركيبة ناشئة حققت نجاحًا ملحوظًا في عمليات التخليق الكلي (مثل الليبوبكتين)، وتقوم شركات CDMO حاليًا باستكشافها لتصنيع المكونات الصيدلانية النشطة (API).
اكتشف مزايا تخليق الببتيدات باستخدام تقنية «TAGGING» المدعومة بالموجات فوق الصوتية!
المعالجة المستمرة ويجري استكشافه كخطوة إضافية للتحسين – وقد تم وصف منصات التخليق المستمر في وعاء واحد بمساعدة علامات مسبقة السيليلات.
يتجه هذا المجال نحو تطبيق مبادئ الكيمياء الخضراء، حيث يساهم كل من الموجات فوق الصوتية ونظام TAPS في تقليل استخدام المذيبات، وخفض كمية الكواشف المستخدمة، وتحسين الاستدامة.
الأدب / 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.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.