Synthèse de peptides en phase solide – Une efficacité accrue grâce à la sonication
La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) est la méthode la plus courante pour la synthèse peptidique. Les ultrasons sont un outil fiable pour intensifier la synthèse peptidique en phase solide, ce qui permet d'obtenir des rendements plus élevés, une pureté améliorée, l'absence de racémisation et une vitesse de réaction considérablement accélérée. Hielscher Ultrasonics propose diverses solutions ultrasoniques pour la synthèse, le clivage et la dissolution des peptides.
Synthèse de peptides en phase solide par ultrasons
L'ultrasonication est déjà largement appliquée comme méthode d'intensification dans la synthèse organique et est bien connue pour ses avantages tels que la réduction drastique des temps de réaction, des rendements plus élevés, moins de sous-produits, l'initiation de voies qui ne pourraient pas être atteintes par d'autres moyens, et/ou une meilleure sélectivité. De grands avantages peuvent également être obtenus lorsque la sonication est couplée à des réactions de synthèse peptidique. Les résultats de la recherche ont démontré que la synthèse peptidique assistée par ultrasons permet d'obtenir un rendement optimisé de peptides d'une grande pureté, sans racémisation, dans un temps de réaction court.
- Rendement élevé en peptides
- Une synthèse nettement plus rapide
- Plus grande pureté des peptides
- Pas de racémisation
- Synthèse parallèle de divers peptides
- Adaptable à n'importe quel volume
Cornet à ultrasons pour la sonication uniforme de plusieurs cuves de réacteurs afin d'améliorer la synthèse des peptides.
Schéma illustrant la synthèse de peptides en phase solide selon la méthode de Merrifield. Les ultrasons sont utilisés pour favoriser et optimiser la réaction de synthèse, ainsi que pour détacher les peptides synthétisés de la résine.
Graphique : ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Étude | Peptide(s) étudié(s) | Temps de réaction (méthode classique vs US-SPPS) | Pureté du pétrole brut (méthode classique vs US-SPPS) | Racémisation et réactions secondaires | Points clés à retenir |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Mét-enképhaline, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphine | 600–1 920 min → 48–284 min | 24,2–71,3 % → 60,6–89,9 % | Aucun effet n'a été observé pour Cys/His, même à 70 °C | ~Une synthèse 7 à 12 fois plus rapide ; des améliorations significatives en termes de pureté, en particulier pour les séquences sujettes à l'agrégation, comme TAT. |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12-mère), Pep2 (9-mère), Pep3 (25-mère) | >3 515/365 min → environ 250/85 min (Pep1/Pep2) ; Pep3 : 347 min (États-Unis uniquement) | 73–84 % → 72–82 % (Pep1/Pep2) | Non testé ; légère baisse de la pureté observée pour Pep2 | Réduction de 14 fois la durée pour Pep1 ; les rendements bruts ont considérablement augmenté. |
| Merlino et al. (2019) | Pentapeptides modèles, peptides comptant jusqu'à 44 acides aminés, “séquences difficiles” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (modèle) | 84 % → 93 % (modèle) ; nettement supérieur à celui obtenu par chauffage thermique (~45 °C) | Pas d'augmentation significative pour les énantiomères Cys/His | Très efficace pour les séquences difficiles ou sujettes à l'agrégation ; permet de réduire l'excès de réactif tout en conservant une grande pureté. |
Synthèse de peptides en phase solide améliorée par les ultrasons
La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) est une réaction chimique qui permet l'assemblage d'une chaîne peptidique par des réactions successives de dérivés d'acides aminés sur un support poreux insoluble. Cependant, la synthèse peptidique traditionnelle en phase solide est un processus relativement inefficace et lent. Par conséquent, l'intensification ultrasonique de la synthèse peptidique est un outil très apprécié pour une synthèse plus efficace et plus rapide des peptides.
Silva et al. (2021) ont comparé “classique” Synthèse peptidique en phase solide (SPPS) par la méthode fluorénylméthoxycarbonyle (Fmoc) assistée par ultrasons (US) assistée par ultrasons, basée sur la préparation de trois peptides, à savoir le peptide Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) spécifique du récepteur 3 du facteur de croissance des fibroblastes (FGFR3) et les nouveaux peptides Pep2 (RQMATADEA-NH2) et Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
Le SPPS assisté par ultrasons a permis de réduire de 14 fois (Pep1) et de 4 fois (Pep2) le temps nécessaire à l'assemblage des peptides par rapport à la “classique” méthode. Il est intéressant de noter que la SPPS assistée par ultrasons a permis d'obtenir de la Pep1 d'une pureté supérieure (82 %) à celle de la “classique” SPPS (73 %). La réduction significative du temps de synthèse, associée à la grande pureté obtenue pour le peptide brut, a incité l'équipe de recherche à appliquer la méthode SPPS assistée par ultrasons au peptide de grande taille Pep3, qui présente un nombre élevé d'acides aminés hydrophobes et d'homooligoséquences. Fait remarquable, la synthèse de ce peptide de 25 acides aminés a été réalisée en moins de 6 heures (347 min) avec une pureté modérée (environ 49 %).
Synthèse plus rapide de peptides en phase solide par agitation ultrasonique.
(Étude et analyse : Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) ont également mené une étude approfondie sur les effets des ultrasons sur la synthèse de peptides en phase solide basée sur la méthode Fmoc, ce qui a permis de synthétiser différents peptides biologiquement actifs (jusqu’à 44 acides aminés), avec des économies remarquables en termes de matériel et de temps de réaction. Ils ont démontré que l'ultrasonication n'exacerbait pas les principales réactions secondaires et améliorait la synthèse de peptides dotés de “séquences difficiles”La synthèse de peptides en phase solide favorisée par les ultrasons (US-SPPS) fait partie des stratégies synthétiques peptidiques actuelles les plus efficaces.
La disponibilité de systèmes performants pour la synthèse ultrasonique (sonique) de peptides permet d'améliorer considérablement les taux de synthèse et d'augmenter la pureté des produits bruts. (cf. Wołczański et al., 2019)
L'étude de la racémisation. Comparaison des spectres RMN 1H significatifs de peptides modèles synthétisés manuellement en utilisant l'approche classique à température ambiante par rapport à la méthode ultrasonique à température élevée. Les déplacements chimiques des protons α de His et Cys et du groupe méthylène de Acm (panneaux de gauche), des protons ɣ-méthyl de Val (panneaux de droite) montrent que la sonication à 70°C ne provoque pas de racémisation.
(Étude et analyse : Wołczański et al., 2019)
Clivage ultrasonique des peptides
Après la synthèse peptidique en phase solide (SPPS), les peptides synthétisés doivent être séparés des résines polymères. Cette étape est également connue sous le nom de déprotection. Si l'on compare l'agitation et l'ultrasonication pour le clivage des peptides de la résine, la méthode de l'agitation nécessite environ 1 heure, tandis que le clivage par ultrasons peut être réalisé en 15 à 20 minutes. Le clivage ultrasonique des peptides peut être appliqué au clivage des acides aminés protégés et des peptides liés aux résines de polystyrène par des liaisons ester benzyliques.
Le clivage ultrasonique des peptides de la résine de polystyrène permet d'obtenir des rendements élevés de peptides d'une grande pureté, sans racémisation, dans le cadre d'une procédure rapide.
(étude et graphique : ©Anuradha et Ravindranath, 1995)
Réacteur à agitation ultrasonique pour une synthèse peptidique améliorée et accélérée. L'image montre le ultrasonateur UP200St dans un réacteur en verre agité.
Ultrasons haute performance pour la synthèse des peptides
Hielscher Ultrasonics propose diverses solutions ultrasoniques pour la sonication directe et indirecte. Des processeurs à ultrasons puissants et contrôlables avec précision fournissent exactement la bonne quantité d'énergie ultrasonore à la cuve de réaction. Que vous utilisiez des seringues, des tubes, des plaques multi-puits ou des réacteurs en verre comme récipient de synthèse, Hielscher Ultrasonics vous propose l'ultrasoniseur le mieux adapté à votre application peptidique.
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De nombreuses synthèses de peptides sont réalisées dans des seringues (par exemple, des réacteurs à seringue frittée). L'agitateur ultrasonique pour seringue de Hielscher sonifie la solution peptidique en couplant les ondes ultrasoniques au liquide à travers la paroi de la seringue. L'agitateur de seringue à ultrasons est l'une des solutions ultrasoniques les plus populaires pour la synthèse de peptides assistée par ultrasons.
Le cuphorn à ultrasons est un outil approprié pour soniquer jusqu'à 5 cuves de réacteur, tandis que le VialTweeter peut contenir jusqu'à 10 tubes de réaction et 5 cuves plus grandes supplémentaires grâce à un accessoire à pince.
Pour d’autres types de réacteurs, tels que les réacteurs en phase solide Merrifield ou Kamysz, ainsi que d’autres cuves et réacteurs en polypropylène ou en borosilicate, Hielscher propose des sonificateurs destinés à la sonication indirecte et directe, équipés d’un système de fixation par pince ou d’une bride sur mesure.
Bien sûr, les réacteurs en verre à agitation de plus grande taille, destinés par exemple à la synthèse en phase liquide, peuvent être facilement équipés de sondes ultrasoniques (également appelées « sonotrodes » ou « cornes ultrasoniques ») de n'importe quelle taille.
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- ultrasons continus ou pulsés
- fonctions intelligentes, dispositifs programmables
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- évolutivité linéaire
Pour la synthèse de peptides en phase solide dans des plaques multipuits ou de microtitrage, l’UIP400MTP est l’appareil idéal. La cavitation ultrasonique est couplée indirectement et de manière uniforme dans les nombreux puits d’échantillons, ce qui garantit un transfert de masse et une réaction de synthèse optimaux. Regardez la vidéo ci-dessous pour découvrir le Le sonicateur pour microplaques UIP400MTP en action !
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Ce qu'il faut savoir sur la synthèse ultrasonique des peptides
Que sont les peptides ?
Les peptides sont des composés où plusieurs acides aminés sont liés par des liaisons amides, appelées liaisons peptidiques. Lorsqu'ils sont liés dans des structures complexes – généralement constituées de 50 acides aminés ou plus -, ces grandes structures peptidiques sont appelées protéines. Les peptides sont des éléments constitutifs essentiels de la vie et remplissent de nombreuses fonctions dans l'organisme.
Comment fonctionne la synthèse des peptides ?
En chimie organique, en biologie moléculaire et en sciences de la vie, la synthèse peptidique est le processus de production de peptides. Les peptides sont synthétisés chimiquement par une réaction de condensation du groupe carboxyle d'un acide aminé sur le groupe amino d'un autre acide aminé. Des stratégies de groupes protecteurs sont généralement utilisées afin d'éviter des réactions secondaires indésirables avec les différentes chaînes latérales des acides aminés.
La synthèse chimique (in vitro) des peptides commence le plus souvent par le couplage du groupe carboxyle de l'acide aminé entrant (C-terminus) au N-terminus de la chaîne peptidique en croissance. Contrairement à cette synthèse C-N, la biosynthèse naturelle des peptides longs dans les organismes vivants se fait dans le sens inverse. Cela signifie que lors de la biosynthèse, l'extrémité N-terminale de l'acide aminé entrant est reliée à l'extrémité C-terminale de la chaîne protéique (N à C).
La plupart des protocoles de recherche et de développement pour la synthèse de peptides sont basés sur des méthodes en phase solide, tandis que les méthodes de synthèse en phase de solution sont utilisées dans la production industrielle de peptides à grande échelle.
Quels sont les derniers progrès en matière de synthèse des peptides ?
SUS-SPPS (SPPS durable assistée par ultrasons) Il a été démontré que cette méthode permettait de réduire le processus à seulement deux étapes par cycle (couplage, coiffage et déprotection combinés + un seul lavage), ce qui réduit considérablement la consommation de solvant et le temps nécessaire. (cf. Mottola et al., 2025)
TAPS assisté par ultrasons Il s'agit d'une combinaison émergente qui a fait ses preuves dans le domaine des synthèses totales (par exemple, la lipobactine) et qui fait actuellement l'objet d'études de la part des CDMO en vue de la fabrication de principes actifs pharmaceutiques.
Découvrez les avantages de la synthèse de peptides par marquage assistée par ultrasons !
traitement continu est à l'étude en vue d'une nouvelle amélioration – Des plateformes de synthèse continue en un seul réacteur, assistées par des marqueurs silylés, ont été décrites.
Ce domaine évolue vers les principes de la chimie verte, les ultrasons et la technologie TAPS contribuant tous deux à réduire l'utilisation de solvants, à diminuer la quantité de réactifs utilisée et à améliorer la durabilité.
Littérature / Références
- 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.
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