Synthèse peptidique en phase solide – plus efficace grâce à la sonication
La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) est la méthode courante de synthèse des peptides. L’ultrasonication est un outil fiable pour intensifier la synthèse peptidique en phase solide, ce qui se traduit par des rendements plus élevés, une pureté améliorée, l’absence de racémisation et une vitesse de réaction nettement accélérée. Hielscher Ultrasonics propose diverses solutions à ultrasons pour la synthèse, le clivage et la dissolution des peptides.
Synthèse peptidique en phase solide par ultrasons
L’ultrasonication est déjà largement utilisée comme méthode d’intensification en synthèse organique et est bien connue pour ses avantages tels que des temps de réaction considérablement réduits, des rendements plus élevés, moins de sous-produits, l’initiation de voies réactionnelles qui ne pourraient être obtenues autrement, et/ou une meilleure sélectivité. De grands bénéfices peuvent également être obtenus lorsque la sonication est couplée aux réactions de synthèse peptidique. Des résultats de recherche ont démontré que la synthèse peptidique assistée par ultrasons permet d’obtenir un rendement optimisé en peptides de haute pureté, sans racémisation, en un temps de réaction court.
- Rendements élevés en peptides
- Synthèse nettement plus rapide
- Pureté peptidique plus élevée
- Aucune racémisation
- Synthèse parallèle de divers peptides
- Extrapolable à tout volume
Cuphorn à ultrasons pour la sonication uniforme de plusieurs récipients réactionnels pour une synthèse peptidique améliorée.
Graphique illustrant la synthèse peptidique en phase solide de Merrifield. L’ultrasonication est utilisée pour favoriser et améliorer la réaction de synthèse ainsi que pour le clivage des peptides synthétisés de la résine.
Graphique : ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Étude | Peptide(s) étudié(s) | Temps de réaction (classique vs US-SPPS) | Pureté brute (classique vs US-SPPS) | Racémisation et réactions secondaires | Points clés |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-enképhaline, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphine | 600–1920 min → 48–284 min | 24,2–71,3% → 60,6–89,9% | Aucune observée pour Cys/His, même à 70°C | Synthèse ~7–12x plus rapide ; nettes améliorations de la 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) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2) ; Pep3 : 347 min (US uniquement) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Non testée ; légère baisse de pureté constatée pour Pep2 | Temps réduit 14x pour Pep1 ; rendements bruts nettement accrus. |
| Merlino et al. (2019) | Pentapeptides modèles, peptides jusqu’à 44-mères, « séquences difficiles » (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (modèle) | 84% → 93% (modèle) ; nettement supérieure au chauffage thermique (~45°C) | Aucune augmentation significative des énantiomères de Cys/His | Très efficace pour les séquences difficiles/sujettes à l’agrégation ; permet de réduire l’excès de réactifs tout en maintenant une pureté élevée. |
Synthèse peptidique en phase solide améliorée par ultrasons
La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) est une réaction chimique qui permet l’assemblage d’une chaîne peptidique par réactions successives de dérivés d’acides aminés sur un support poreux insoluble. Toutefois, la synthèse peptidique en phase solide traditionnelle est un procédé relativement inefficace et lent. C’est pourquoi l’intensification de la synthèse peptidique par ultrasons est un outil très apprécié pour une synthèse plus efficace et plus rapide des peptides.
Silva et al. (2021) ont comparé la synthèse peptidique en phase solide (SPPS) « classique » à base de fluorénylméthoxycarbonyle (Fmoc) à la SPPS assistée par ultrasons (US), sur la base de 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).
La SPPS assistée par US a permis de réduire le temps d’assemblage peptidique d’un facteur 14 (Pep1) et d’un facteur 4 (Pep2) par rapport à la méthode « classique ». Fait intéressant, la SPPS assistée par ultrasons a fourni Pep1 avec une pureté plus élevée (82%) que la SPPS « classique » (73%). La réduction significative du temps, combinée à la pureté élevée du peptide brut obtenue, a incité l’équipe de recherche à appliquer la SPPS assistée par US au grand peptide Pep3, qui présente un nombre élevé d’acides aminés hydrophobes et de séquences homo-oligomériques. Fait remarquable, la synthèse de ce peptide 25-mère a été réalisée en moins de 6 heures (347 min) avec une pureté modérée (env. 49%).
Synthèse peptidique plus rapide par synthèse en phase solide sous agitation ultrasonore.
(Étude et analyse : Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) ont également mené une étude approfondie des effets des ultrasons sur la synthèse peptidique en phase solide basée sur la stratégie Fmoc, qui a permis la synthèse de différents peptides biologiquement actifs (jusqu’à 44-mères), avec une économie remarquable de matériel et de temps de réaction. Ils ont démontré que l’ultrasonication n’aggravait pas les principales réactions secondaires et améliorait la synthèse de peptides présentant des « séquences difficiles », plaçant la synthèse peptidique en phase solide promue par ultrasons (US-SPPS) parmi les stratégies actuelles de synthèse peptidique à haute efficacité.
La disponibilité de systèmes haute performance pour la synthèse ultrasonore (sonique) des peptides permet d’améliorer considérablement les vitesses de synthèse et d’augmenter la pureté des produits bruts. (cf. Wołczański et al., 2019)
L’étude de la racémisation. Comparaison de spectres RMN 1H significatifs de peptides modèles synthétisés manuellement selon l’approche classique à température ambiante vs la méthode par ultrasons à température élevée. Les déplacements chimiques des protons α de His et Cys et du groupe méthylène de l’Acm (panneaux de gauche), ainsi que des protons ɣ-méthyle 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 des peptides par ultrasons
Après la synthèse peptidique en phase solide (SPPS), les peptides synthétisés doivent être clivés des résines polymères. Cette étape est également appelée déprotection. Lorsque l’on compare l’agitation classique et l’ultrasonication pour le clivage des peptides de la résine, la méthode par agitation nécessite env. 1 heure, tandis que le clivage par ultrasons peut être réalisé en 15 à 20 min. Le clivage peptidique par ultrasons peut être appliqué au clivage d’acides aminés et de peptides protégés liés à des résines de polystyrène par des liaisons ester benzyliques.
Le clivage par ultrasons des peptides de la résine de polystyrène donne des rendements élevés en peptides de haute pureté, sans racémisation, grâce à une procédure rapide.
(étude et graphique : ©Anuradha et Ravindranath, 1995)
Réacteur agité par ultrasons pour une synthèse peptidique améliorée et accélérée. L’image montre l’ultrasonicateur UP200St dans un réacteur en verre agité.
Ultrasonicateurs haute performance pour la synthèse peptidique
Hielscher Ultrasonics propose diverses solutions à ultrasons pour la sonication directe et indirecte. Des processeurs à ultrasons puissants et contrôlables avec précision fournissent exactement la bonne quantité d’énergie ultrasonore au récipient réactionnel. Que vous utilisiez des seringues, des tubes, des plaques multipuits ou des réacteurs en verre comme récipient de synthèse, Hielscher Ultrasonics propose l’ultrasonicateur le mieux adapté à votre application peptidique.
- peptides personnalisés
- production de peptides à grande échelle
- banques de peptides
De nombreuses synthèses peptidiques sont réalisées dans des seringues (p. ex. des réacteurs-seringues à fritté). L’agitateur de seringues à ultrasons de Hielscher soumet la solution peptidique à la sonication en couplant les ondes ultrasonores à travers la paroi de la seringue dans le liquide. L’agitateur de seringues à ultrasons est l’une des solutions à ultrasons les plus utilisées pour la synthèse de peptides assistée par ultrasons.
Le cuphorn à ultrasons est un outil adapté pour soniquer jusqu’à 5 récipients réactionnels, tandis que le VialTweeter peut accueillir jusqu’à dix tubes réactionnels, plus cinq récipients plus grands supplémentaires grâce à un accessoire à fixation par serrage.
Pour d’autres types de réacteurs tels que le réacteur en phase solide de Merrifield ou de Kamysz et d’autres récipients et réacteurs en polypropylène ou en borosilicate, Hielscher propose des sonicateurs pour la sonication indirecte et directe avec montage à serrage ou bride sur mesure.
Bien entendu, des réacteurs en verre agités plus grands, p. ex. pour la synthèse en phase liquide, peuvent facilement être équipés de sondes à ultrasons (également appelées sonotrodes ou cornes ultrasonores) de toute taille.
- divers types d’ultrasonicateurs
- sonication directe et indirecte
- contrôle précis de l’intensité
- contrôle précis de la température
- ultrasons continus ou pulsés
- fonctions intelligentes, appareils programmables
- disponibles pour tout volume
- extrapolation linéaire
Pour la synthèse peptidique en phase solide dans des plaques multipuits/microtitration, l’UIP400MTP est l’appareil idéal. La cavitation ultrasonore est couplée indirectement et uniformément dans les nombreux puits d’échantillons pour un transfert de masse et une réaction de synthèse supérieurs. Regardez la vidéo ci-dessous pour voir le sonicateur pour microplaques UIP400MTP en action !
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Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour les applications de mélange, la dispersion, l’émulsification et l’extraction à l’échelle du laboratoire, pilote et industrielle.
Informations utiles sur la synthèse peptidique par ultrasons
Que sont les peptides ?
Les peptides sont des composés dans lesquels plusieurs acides aminés sont liés par des liaisons amide, appelées liaisons peptidiques. Lorsqu’ils sont liés en structures complexes – généralement composées de 50 acides aminés ou plus –, ces grandes structures peptidiques sont appelées protéines. Les peptides sont un élément constitutif essentiel de la vie et remplissent de nombreuses fonctions dans l’organisme.
Comment fonctionne la synthèse peptidique ?
En chimie organique, en biologie moléculaire et en sciences de la vie, la synthèse peptidique est le procédé de production des peptides. Les peptides sont synthétisés chimiquement par réaction de condensation du groupe carboxyle d’un acide aminé avec le groupe amino d’un autre acide aminé. Des stratégies de groupes protecteurs (également appelés groupes de protection) sont généralement utilisées afin d’éviter des réactions secondaires indésirables avec les différentes chaînes latérales des acides aminés.
La synthèse peptidique chimique (in vitro) commence le plus souvent par le couplage du groupe carboxyle de l’acide aminé entrant (extrémité C-terminale) à l’extrémité N-terminale de la chaîne peptidique en croissance. Contrairement à cette synthèse C-vers-N, la biosynthèse naturelle des protéines de longs peptides dans les organismes vivants s’effectue dans le sens opposé. Cela signifie que, lors de la biosynthèse, l’extrémité N-terminale de l’acide aminé entrant est liée à l’extrémité C-terminale de la chaîne protéique (N-vers-C).
La plupart des protocoles de recherche et développement pour la synthèse peptidique reposent sur des méthodes en phase solide, tandis que les méthodes de synthèse en phase liquide se retrouvent dans la production industrielle de peptides à grande échelle.
Quel est l’état actuel de la technique en matière de synthèse peptidique ?
La SUS-SPPS (SPPS durable assistée par ultrasons) a démontré sa capacité à réduire le procédé à seulement deux étapes par cycle (couplage/coiffage/déprotection combinés + un seul lavage), réduisant considérablement la consommation de solvant et le temps. (cf. Mottola et al., 2025)
La TAPS assistée par ultrasons est une combinaison émergente ayant fait ses preuves dans des synthèses totales (p. ex. la lipobactine) et est explorée par des CDMO pour la fabrication de principes actifs (API).
Découvrez les avantages de la synthèse peptidique par TAGGING assistée par ultrasons !
Le traitement en continu est étudié comme amélioration supplémentaire – des plateformes de synthèse monotope en continu assistées par étiquette silylée ont été décrites.
Le domaine évolue vers les principes de la chimie verte, les ultrasons et la TAPS contribuant tous deux à une utilisation réduite de solvants, à une charge en réactifs plus faible et à une durabilité améliorée.
Bibliographie / 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.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour le laboratoire jusqu’à l’échelle industrielle.