Síntesis de péptidos en fase sólida – Más eficiente con sonicación
La síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS) es el método habitual para sintetizar péptidos. La ultrasonicación es una herramienta fiable para intensificar la síntesis de péptidos en fase sólida, con mayores rendimientos, una pureza mejorada, ausencia de racemización y una velocidad de reacción significativamente mayor. Hielscher Ultrasonics ofrece diversas soluciones ultrasónicas para la síntesis, la escisión y la disolución de péptidos.
Síntesis ultrasónica de péptidos en fase sólida
La ultrasonicación ya se utiliza ampliamente como método de intensificación en la síntesis orgánica y es bien conocida por sus ventajas, como tiempos de reacción drásticamente reducidos, mayores rendimientos, menos subproductos, la activación de vías de reacción que no podrían lograrse por otros medios y/o una mejor selectividad. También pueden obtenerse grandes beneficios al incorporar la sonicación a las reacciones de síntesis de péptidos. Los resultados de investigación han demostrado que la síntesis de péptidos asistida por ultrasonidos permite obtener un rendimiento optimizado de péptidos de alta pureza, sin racemización y con un tiempo de reacción corto.
- Altos rendimientos de péptidos
- Síntesis significativamente más rápida
- Mayor pureza de los péptidos
- Sin racemización
- Síntesis paralela de diversos péptidos
- Escalable a cualquier volumen
Sonotrodo ultrasónico de copa para la sonicación uniforme de varios recipientes de reacción y la mejora de la síntesis de péptidos.
Gráfico que muestra la síntesis de péptidos en fase sólida de Merrifield. La ultrasonicación se utiliza para promover y mejorar la reacción de síntesis, así como para escindir los péptidos sintetizados de la resina.
Gráfico: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Estudio | Péptido(s) estudiado(s) | Tiempo de reacción (método clásico frente a US-SPPS) | Pureza del producto bruto (método clásico frente a US-SPPS) | Racemización y reacciones secundarias | Conclusiones principales |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 ninguna en Cys/His, incluso a 70 °C | Síntesis ~7–12x más rápida; importantes mejoras de pureza, especialmente en secuencias propensas a la agregación, como TAT. |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12-mero), Pep2 (9-mero), Pep3 (25-mero) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (solo US) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | No se evaluaron; se observó una ligera disminución de la pureza de Pep2 | Reducción del tiempo de 14x para Pep1; aumento significativo de los rendimientos de producto bruto. |
| Merlino et al. (2019) | Pentapéptidos modelo, péptidos de hasta 44 aminoácidos, «secuencias difíciles» (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (modelo) | 84% → 93% (modelo); significativamente superior a la obtenida con calentamiento térmico (~45 °C) | Sin aumento significativo de los enantiómeros de Cys/His | Muy eficaz para secuencias difíciles o propensas a la agregación; permite reducir el exceso de reactivos manteniendo una pureza elevada. |
Síntesis de péptidos en fase sólida mejorada con ultrasonidos
La síntesis de péptidos 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 tradicional de péptidos en fase sólida es un proceso relativamente ineficiente y lento. Por ello, la intensificación ultrasónica de la síntesis de péptidos es una herramienta muy valorada para lograr una síntesis más eficaz y rápida.
Silva et al. (2021) compararon la síntesis «clásica» de péptidos en fase sólida (SPPS) basada en fluorenilmetoxicarbonilo (Fmoc) con la SPPS asistida por ultrasonidos (US), mediante la preparación de tres péptidos: 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).
La SPPS asistida por US redujo el tiempo de ensamblaje de los péptidos en un factor de 14 (Pep1) y de 4 (Pep2) respecto al método «clásico». Curiosamente, la SPPS asistida por ultrasonidos produjo Pep1 con una pureza mayor (82%) que la SPPS «clásica» (73%). La significativa reducción del tiempo, combinada con la elevada pureza del péptido bruto obtenida, llevó al equipo de investigación a aplicar la SPPS asistida por US al péptido de gran tamaño Pep3, que presenta un elevado número de aminoácidos hidrófobos y secuencias homooligoméricas. Cabe destacar que la síntesis de este péptido de 25 aminoácidos se logró en menos de 6 horas (347 min), con una pureza moderada (aprox. 49%).
Síntesis de péptidos más rápida mediante síntesis en fase sólida con agitación ultrasónica.
(Estudio y análisis: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) también realizaron un estudio exhaustivo de los efectos de los ultrasonidos en la síntesis de péptidos en fase sólida basada en Fmoc, que permitió sintetizar distintos péptidos biológicamente activos (de hasta 44 aminoácidos), con un ahorro considerable de materiales y tiempo de reacción. Demostraron que la ultrasonicación no agravaba las principales reacciones secundarias y mejoraba la síntesis de péptidos con «secuencias difíciles», situando la síntesis de péptidos en fase sólida promovida por ultrasonidos (US-SPPS) entre las estrategias actuales de síntesis peptídica de alta eficiencia.
La disponibilidad de sistemas de alto rendimiento para la síntesis ultrasónica (sónica) de péptidos permite mejorar significativamente las velocidades de síntesis y aumentar la pureza de los productos brutos. (cf. Wołczański et al., 2019)
Investigación de la racemización. Comparación de espectros representativos de RMN de 1H 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 izquierdos), así como de los protones del grupo ɣ-metilo de Val (paneles derechos), muestran que la sonicación a 70 °C no provoca racemización.
(Estudio y análisis: Wołczański et al., 2019)
Escisión ultrasónica de péptidos
Tras la síntesis de péptidos en fase sólida (SPPS), los péptidos sintetizados deben escindirse de las resinas poliméricas. Este paso también se conoce como desprotección. Al comparar la agitación convencional y la ultrasonicación para escindir los péptidos de la resina, el método de agitación requiere aprox. 1 hora, mientras que la escisión ultrasónica puede completarse en 15 a 20 min. La escisión ultrasónica de péptidos puede aplicarse a la escisión de aminoácidos y péptidos protegidos unidos a resinas de poliestireno mediante enlaces éster bencílicos.
La escisión ultrasónica de péptidos de la resina de poliestireno proporciona altos rendimientos de péptidos de gran pureza, sin racemización, mediante un procedimiento rápido.
(estudio y gráfico: ©Anuradha and Ravindranath, 1995)
Reactor con agitación ultrasónica para mejorar y acelerar la síntesis de péptidos. La imagen muestra el ultrasonicador UP200St en un reactor de vidrio con agitación.
Ultrasonicadores de alto rendimiento para la síntesis de péptidos
Hielscher Ultrasonics ofrece diversas soluciones ultrasónicas para la sonicación directa e indirecta. Los procesadores ultrasónicos 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 recipientes de síntesis, Hielscher Ultrasonics ofrece el ultrasonicador más adecuado para su aplicación con 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 con frita). El agitador ultrasónico de jeringas de Hielscher sonica la solución peptídica acoplando las ondas ultrasónicas al líquido a través de la pared de la jeringa. El agitador ultrasónico de jeringas es una de las soluciones ultrasónicas más populares para la síntesis de péptidos asistida por ultrasonidos.
El sonotrodo ultrasónico de copa es una herramienta adecuada para sonicar hasta 5 recipientes de reacción, mientras que el VialTweeter puede alojar hasta diez tubos de reacción y, adicionalmente, cinco recipientes de mayor tamaño mediante un accesorio de sujeción por abrazadera.
Para otros tipos de reactores, como los reactores de fase sólida de Merrifield o Kamysz, y otros recipientes y reactores de polipropileno o borosilicato, Hielscher ofrece sonicadores para sonicación indirecta y directa con montaje personalizado mediante abrazadera o brida.
Por supuesto, los reactores de vidrio de mayor tamaño con agitación, por ejemplo, para la síntesis en fase de solución, pueden equiparse fácilmente con sondas ultrasónicas (también conocidas como sonotrodos o bocinas ultrasónicas) de cualquier tamaño.
- diversos tipos de ultrasonicadores
- sonicación directa e indirecta
- control preciso de la intensidad
- control preciso de la temperatura
- ultrasonidos continuos o pulsados
- funciones inteligentes, dispositivos programables
- disponibles para cualquier volumen
- escalabilidad lineal
Para la síntesis de péptidos en fase sólida en placas multipocillo o de microtitulación, el UIP400MTP es el dispositivo ideal. La cavitación ultrasónica se acopla indirectamente y de manera uniforme a los numerosos pocillos de muestras para mejorar la transferencia de masa y la reacción de síntesis. Vea el vídeo a continuación para ver el sonicador de 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 de interés sobre la síntesis ultrasónica de péptidos
¿Qué son los péptidos?
Los péptidos son compuestos en los que varios aminoácidos están unidos mediante enlaces amida, denominados enlaces peptídicos. Cuando se unen formando estructuras complejas –normalmente compuestas por 50 o más aminoácidos–, estas grandes estructuras peptídicas se denominan proteínas. Los péptidos son un componente esencial de la vida y cumplen numerosas funciones en el organismo.
¿Cómo funciona la síntesis de péptidos?
En química orgánica, biología molecular y ciencias de la vida, la síntesis de péptidos es el proceso de producción de péptidos. Los péptidos se sintetizan químicamente mediante una reacción de condensación entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro. Habitualmente se utilizan estrategias con grupos protectores (también llamados grupos de protección) para evitar reacciones secundarias no deseadas con las distintas cadenas laterales de los aminoácidos.
La síntesis química de péptidos (in vitro) suele comenzar con el acoplamiento del grupo carboxilo del aminoácido que se incorpora (extremo C-terminal) al extremo N-terminal de la cadena peptídica en crecimiento. A diferencia de esta síntesis de C a N, la biosíntesis natural de péptidos largos durante la producción de proteínas en los organismos vivos se produce en la dirección opuesta. Esto significa que, en la biosíntesis, el extremo N-terminal del aminoácido que se incorpora se une al extremo C-terminal de la cadena proteica (de N a C).
La mayoría de los protocolos de investigación y desarrollo para la síntesis de péptidos se basan en métodos de fase sólida, mientras que los métodos de síntesis en fase de solución se utilizan 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) ha demostrado reducir el proceso a solo dos pasos por ciclo (acoplamiento/bloqueo/desprotección combinados + un único lavado), lo que reduce significativamente el consumo de disolventes y el tiempo. (cf. Mottola et al., 2025)
TAPS asistida por ultrasonidos es una combinación emergente cuyo éxito se ha demostrado en síntesis totales (por ejemplo, lipobactin) y que las CDMO están explorando para la fabricación de API.
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El procesamiento continuo se está explorando como mejora adicional – se han descrito plataformas de síntesis continua en un solo recipiente asistida por etiquetas sililadas.
El campo avanza hacia los principios de la química verde, y tanto los ultrasonidos como la TAPS contribuyen a reducir el uso de disolventes y la carga de reactivos, así como a mejorar la sostenibilidad.
Bibliografía / 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 desde escala de laboratorio hasta escala industrial.