Síntesis de péptidos en fase sólida – Mayor eficiencia gracias a la sonicación
La síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) es el método habitual para la síntesis de péptidos. La ultrasonicación es una herramienta fiable para intensificar la síntesis de péptidos en fase sólida, lo que se traduce en mayores rendimientos, mayor pureza, ausencia de racemización y una velocidad de reacción significativamente acelerada. Hielscher Ultrasonics ofrece diversas soluciones ultrasónicas para la síntesis, escisión y disolución de péptidos.
Síntesis ultrasónica de péptidos en fase sólida
La ultrasonicación ya se aplica ampliamente como método de intensificación en síntesis orgánica y es bien conocida por sus ventajas, como la reducción drástica de los tiempos de reacción, mayores rendimientos, menos subproductos, la iniciación de vías que no podrían lograrse de otras maneras y/o una mejor selectividad. También se pueden obtener grandes beneficios cuando la sonicación se acopla a las reacciones de síntesis peptídica. Los resultados de la investigación han demostrado que la síntesis peptídica asistida por ultrasonidos consigue un rendimiento optimizado de péptidos de gran pureza, sin racemización y en un tiempo de reacción corto.
- Alto rendimiento de péptidos
- Síntesis mucho más rápida
- Mayor pureza del péptido
- Sin racemización
- Síntesis paralela de varios péptidos
- Adaptable a cualquier volumen
Cuphorn ultrasónico para la sonicación uniforme de varios recipientes de reactor para mejorar la síntesis de péptidos.
Imagen que ilustra la síntesis de péptidos en fase sólida según el método de Merrifield. Se utiliza ultrasonido para facilitar y potenciar la reacción de síntesis, así como para separar los péptidos sintetizados de la resina.
Gráfico: ©Conejos-Sánchez et al., 2014)
| Estudio | Péptido(s) estudiado(s) | Tiempo de reacción (clásico frente a US-SPPS) | Pureza del crudo (método clásico frente a US-SPPS) | Racemización y reacciones secundarias | Puntos clave |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-encefalina, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorfina | 600–1920 min → 48–284 min | 24,2–71,3 % → 60,6–89,9 % | No se observó nada en el caso de Cys/His, ni siquiera a 70 °C | ~Una síntesis entre 7 y 12 veces más rápida; importantes mejoras en la pureza, especialmente en secuencias propensas a la agregación, como TAT. |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (solo en EE. UU.) | 73–84 % → 72–82 % (Pep1/Pep2) | No se ha probado; se ha observado una ligera disminución de la pureza en Pep2 | Reducción del tiempo en un factor de 14 para Pep1; los rendimientos brutos aumentaron significativamente. |
| Merlino et al. (2019) | Pentapéptidos modelo, péptidos de hasta 44 meros, “secuencias difíciles” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (modelo) | 84 % → 93 % (modelo); significativamente superior a la calefacción térmica (~45 °C) | No se observa un aumento significativo en los enantiómeros de Cys/His | Es muy eficaz para secuencias difíciles o propensas a la agregación; permite reducir el exceso de reactivos sin dejar de mantener una elevada pureza. |
Síntesis de péptidos en fase sólida mejorada con ultrasonidos
La síntesis peptídica en fase sólida (SPPS) es una reacción química que permite ensamblar una cadena peptídica mediante reacciones sucesivas de derivados de aminoácidos sobre un soporte poroso insoluble. Sin embargo, la síntesis peptídica en fase sólida tradicional es un proceso relativamente ineficaz y lento. Por ello, la intensificación ultrasónica de la síntesis peptídica es una herramienta muy apreciada para lograr una síntesis más eficaz y rápida de los péptidos.
Silva et al. (2021) compararon “clásico” Síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) con fluorenilmetoxicarbonilo (Fmoc) y ultrasonidos (US), basada en la preparación de tres péptidos, a saber, el péptido Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2), específico del receptor 3 del factor de crecimiento de fibroblastos (FGFR3), y los nuevos péptidos Pep2 (RQMATADEA-NH2) y Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
El SPPS asistido por ultrasonidos redujo el tiempo de ensamblaje de los péptidos en 14 veces (Pep1) y en 4 veces (Pep2) en comparación con el “clásico” método. Curiosamente, la SPPS asistida por ultrasonidos permitió obtener Pep1 con una pureza mayor (82 %) que la “clásico” SPPS (73 %). La considerable reducción del tiempo, junto con la elevada pureza del péptido bruto obtenida, llevó al equipo de investigación a aplicar la SPPS asistida por ultrasonidos al péptido de gran tamaño Pep3, que presenta un elevado número de aminoácidos hidrofóbicos y homooligosecuencias. Cabe destacar que la síntesis de este péptido de 25 meros se logró en menos de 6 horas (347 minutos) con una pureza moderada (aproximadamente el 49 %).
Síntesis de péptidos más rápida mediante síntesis de péptidos en fase sólida utilizando agitación ultrasónica.
(Estudio y análisis: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) también llevaron a cabo un estudio exhaustivo sobre los efectos de los ultrasonidos en la síntesis de péptidos en fase sólida basada en Fmoc, lo que permitió sintetizar diferentes péptidos biológicamente activos (de hasta 44 meros), con un notable ahorro de material y tiempo de reacción. Demostraron que la ultrasonación no agravaba las principales reacciones secundarias y mejoraba la síntesis de péptidos dotados de “secuencias difíciles”La síntesis de péptidos en fase sólida promovida por ultrasonidos (US-SPPS) es una de las estrategias actuales de síntesis de péptidos más eficaces.
La disponibilidad de sistemas de alto rendimiento para la síntesis ultrasónica (sónica) de péptidos permite mejorar significativamente las tasas de síntesis y aumentar la pureza de los productos brutos. (cf. Wołczański et al., 2019)
Investigación de la racemización. Comparación de espectros de RMN 1H significativos de péptidos modelo sintetizados manualmente mediante el método clásico a temperatura ambiente frente al método ultrasónico a temperatura elevada. Los desplazamientos químicos de los protones α de His y Cys y del grupo metileno de Acm (paneles de la izquierda), y de los protones ɣ-metil de Val (paneles de la derecha) muestran que la sonicación a 70°C no causa racemización.
(Estudio y análisis: Wołczański et al., 2019)
Desdoblamiento ultrasónico de péptidos
Tras la síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS), los péptidos sintetizados deben separarse de las resinas poliméricas. Este paso también se conoce como desprotección. Cuando se comparan la agitación común y la ultrasonicación para la separación de péptidos de la resina, el método de agitación requiere aproximadamente 1 hora, mientras que la separación ultrasónica puede realizarse en 15 a 20 minutos. La escisión ultrasónica de péptidos puede aplicarse a la escisión de aminoácidos protegidos y péptidos unidos a resinas de poliestireno mediante enlaces de éster bencílico.
La separación ultrasónica de péptidos de la resina de poliestireno proporciona altos rendimientos de péptidos de gran pureza, sin racemización, en un procedimiento rápido.
(estudio y gráfico: ©Anuradha y Ravindranath, 1995)
Reactor agitado por ultrasonidos para mejorar y acelerar la síntesis de péptidos. La imagen muestra el Ultrasonicador UP200St en un reactor de vidrio agitado.
Ultrasonidos de alto rendimiento para la síntesis de péptidos
Hielscher Ultrasonics ofrece diversas soluciones ultrasónicas para la sonicación directa e indirecta. Los procesadores de ultrasonidos, potentes y controlables con precisión, suministran exactamente la cantidad adecuada de energía ultrasónica al recipiente de reacción. Tanto si utiliza jeringas, tubos, placas multipocillo o reactores de vidrio como recipiente de síntesis, Hielscher Ultrasonics le ofrece el ultrasonicador más adecuado para su aplicación de péptidos.
- péptidos personalizados
- producción de péptidos a gran escala
- bibliotecas de péptidos
Muchas síntesis de péptidos se realizan en jeringas (por ejemplo, reactores de jeringa frita). El agitador ultrasónico de jeringa de Hielscher sonoriza la solución peptídica acoplando las ondas ultrasónicas a través de la pared de la jeringa en el líquido. El agitador ultrasónico de jeringa es una de las soluciones ultrasónicas más populares para la síntesis de péptidos asistida por ultrasonidos.
El cuphorn ultrasónico es una herramienta adecuada para sonicar hasta 5 recipientes de reacción, mientras que el VialTweeter puede contener hasta diez tubos de reacción y, además, cinco recipientes más grandes mediante un accesorio de sujeción.
Para otros tipos de reactores, como los reactores de fase sólida Merrifield o Kamysz, y otros recipientes y reactores de polipropileno o borosilicato, Hielscher ofrece sonicadores para la sonicación indirecta y directa con un sistema de fijación por abrazadera o brida a medida.
Por supuesto, los reactores de vidrio con agitación de mayor tamaño, por ejemplo, los destinados a la síntesis en fase de solución, pueden equiparse fácilmente con sondas ultrasónicas (también conocidas como sonotrodos o cuernos ultrasónicos) de cualquier tamaño.
- varios tipos de ultrasonidos
- sonicación directa e indirecta
- control preciso de la intensidad
- control preciso de la temperatura
- ultrasonidos continuos o pulsados
- funciones inteligentes, dispositivos programables
- disponible para cualquier volumen
- Escalabilidad lineal
Para la síntesis de péptidos en fase sólida en placas de pocillos múltiples o de microtitulación, el UIP400MTP es el dispositivo ideal. La cavitación ultrasónica se acopla indirectamente y de manera uniforme a los numerosos pocillos de muestra, lo que garantiza una transferencia de masa y una reacción de síntesis óptimas. Ve el vídeo a continuación para ver el ¡El sonicador para microplacas UIP400MTP en acción!
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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.
Datos que conviene conocer sobre la síntesis ultrasónica de péptidos
¿Qué son los péptidos?
Los péptidos son compuestos en los que varios aminoácidos están unidos mediante enlaces amida, los llamados enlaces peptídicos. Cuando se unen en estructuras complejas – Formadas normalmente por 50 o más aminoácidos, estas grandes estructuras peptídicas se denominan proteínas. Los péptidos son un componente esencial de la vida y desempeñan numerosas funciones en el organismo.
¿Cómo funciona la síntesis de péptidos?
En química orgánica, biología molecular y ciencias de la vida, la síntesis peptídica es el proceso de producción de péptidos. Los péptidos se sintetizan químicamente mediante una reacción de condensación del grupo carboxilo de un aminoácido con el grupo amino de otro aminoácido. Suelen utilizarse estrategias de grupos protectores (también grupos protectores) para evitar reacciones secundarias no deseadas con las distintas cadenas laterales de los aminoácidos.
La síntesis química (in vitro) de péptidos suele comenzar acoplando el grupo carboxilo del aminoácido entrante (C-terminal) al N-terminal de la cadena peptídica en crecimiento. Al contrario que en la síntesis C-N, la biosíntesis proteica natural de péptidos largos en los organismos vivos se produce en la dirección opuesta. Esto significa que en la biosíntesis, el N-terminal del aminoácido entrante se une al C-terminal de la cadena proteica (N-a-C).
La mayoría de los protocolos de investigación y desarrollo para la síntesis de péptidos se basan en métodos en fase sólida, mientras que los métodos de síntesis en fase disolución se encuentran en la producción industrial de péptidos a gran escala.
¿Cuál es el estado actual de la técnica en la síntesis de péptidos?
SUS-SPPS (SPPS sostenible asistida por ultrasonidos) Se ha demostrado que este método reduce el proceso a tan solo dos pasos por ciclo (acoplamiento, recubrimiento y desprotección combinados + un único lavado), lo que reduce significativamente el consumo de disolvente y el tiempo necesario. (véase Mottola et al., 2025)
TAPS asistida por ultrasonidos Es una combinación emergente que ha demostrado su eficacia en síntesis totales (por ejemplo, la lipobactina) y que las CDMO están estudiando para la fabricación de principios activos farmacéuticos (API).
¡Descubre las ventajas de la síntesis de péptidos mediante TAGGING asistida por ultrasonidos!
procesamiento continuo se está estudiando como una mejora adicional – Se han descrito plataformas de síntesis continua en un solo paso asistidas por marcadores sililados.
El sector está avanzando hacia los principios de la química verde, y tanto los ultrasonidos como el TAPS contribuyen a reducir el uso de disolventes, a disminuir la cantidad de reactivos utilizados y a mejorar la sostenibilidad.
Literatura / Referencias
- 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 Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.