Synthèse de peptides rendue efficace par la sonication

La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) est la méthode la plus courante pour la synthèse peptidique. L'ultrasonication est un outil fiable pour intensifier la synthèse peptidique en phase solide, ce qui permet d'obtenir des rendements plus élevés, une meilleure pureté, l'absence de racémisation et une accélération significative de la vitesse de réaction. Hielscher Ultrasonics propose diverses solutions ultrasoniques pour la synthèse, le clivage et la dissolution des peptides.

Synthèse de peptides 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 des temps de réaction considérablement réduits, des rendements plus élevés, moins de sous-produits, l'initiation de voies qui ne pourraient pas être réalisées 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 de grande pureté, sans racémisation, dans un temps de réaction court.

Avantages de la synthèse de peptides par ultrasons

  • Rendement élevé des peptides
  • Une synthèse nettement plus rapide
  • Pureté supérieure des peptides
  • Pas de racémisation
  • Synthèse parallèle de divers peptides
  • Extensible linéairement à tout volume

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Cuivre à ultrasons pour la sonication uniforme de plusieurs cuves de réacteurs, par exemple pour améliorer la synthèse des peptides.

Cuivre à ultrasons pour la sonication uniforme de plusieurs récipients de réacteur pour une meilleure synthèse des peptides.

Représentation schématique de la synthèse peptidique en phase solide de Merrifield, qui peut être intensifiée par sonication.

Graphique illustrant la synthèse peptidique en phase solide de Merrifield. Les ultrasons sont utilisés pour favoriser et améliorer la réaction de synthèse ainsi que pour séparer les peptides synthétisés de la résine.
Graphique : ©Conejos-Sanchez et al., 2014)

Synthèse de peptides en phase solide améliorée grâce aux 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. Cependant, la synthèse traditionnelle de peptides en phase solide est un processus relativement inefficace et lent. Par conséquent, l'intensification de la synthèse peptidique par ultrasons est un outil très apprécié pour une synthèse plus efficace et rapide des peptides.
Silva et al. (2021) ont comparé la synthèse peptidique en phase solide (SPPS) "classique" par fluorénylméthoxycarbonyle (Fmoc) à la SPPS assistée par ultrasons (US) en se basant sur la préparation de trois peptides, à savoir le peptide Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) spécifique au récepteur 3 du facteur de croissance des fibroblastes (FGFR3) et les nouveaux peptides Pep2 (RQMATADEA-NH2) et Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
La SPPS assistée par les ultrasons a permis de réduire de 14 fois (Pep1) et de 4 fois (Pep2) le temps d'assemblage des peptides par rapport à la méthode "classique". Il est intéressant de noter que la SPPS assistée par ultrasons a produit Pep1 avec une pureté plus élevée (82%) que la SPPS "classique" (73%). La réduction significative du temps de synthèse, combinée à la grande pureté du peptide brut obtenu, a incité l'équipe de recherche à appliquer la SPPS assistée par ultrasons au grand peptide Pep3, qui présente un nombre élevé d'acides aminés hydrophobes et d'homoligoséquences. De façon remarquable, la synthèse de ce peptide 25-mer a été réalisée en moins de 6 heures (347 min) avec une pureté modérée (environ 49%).

La synthèse peptidique en phase solide par ultrasons (US-SPPS) est une technique efficace de synthèse peptidique qui empêche la racémisation.

Synthèse peptidique plus rapide grâce à la synthèse peptidique en phase solide par agitation ultrasonique.
(Etude et analyse : Wołczański et al., 2019)

Merlino et al. (2019) ont également mené une étude complète des effets des ultrasons sur la synthèse peptidique en phase solide à base de Fmoc, qui a permis la synthèse de différents peptides biologiquement actifs (jusqu'à 44-mer), avec une économie remarquable de matériel et de temps de réaction. Ils ont démontré que l'ultrasoniction n'exacerbait pas les principales réactions secondaires et améliorait la synthèse de peptides dotés de “séquences difficiles”La synthèse peptidique en phase solide favorisée par les ultrasons (US-SPPS) fait partie des stratégies actuelles de synthèse peptidique à haut rendement.

La disponibilité de systèmes performants pour la synthèse par ultrasons (sonique) de peptides permet d'améliorer considérablement les taux de synthèse et d'augmenter la pureté des produits bruts. (cf. Wołczański et al., 2019)

La synthèse peptidique par ultrasons donne des rendements élevés de peptides d'une grande pureté, tout en évitant la racémisation.

L'étude de la racémisation. Comparaison de spectres RMN 1H significatifs de peptides modèles synthétisés manuellement par l'approche classique à température ambiante vs 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-méthyle de Val (panneaux de droite) montrent que la sonication à 70°C ne provoque pas de racémisation.
(Etude et analyse : Wołczański et al., 2019)

Clivage ultrasonique des peptides

Après la synthèse peptidique en phase solide (SPPS), les peptides synthétisés doivent être clivés des résines polymères. Cette étape est également connue sous le nom de déprotection. Si l'on compare l'agitation ordinaire et l'ultrasonication pour le clivage des peptides de la résine, la méthode d'agitation nécessite environ 1 heure, tandis que le clivage par ultrasons peut être accompli en 15 à 20 minutes. Le clivage peptidique par ultrasons peut être appliqué au clivage des acides aminés protégés et des peptides liés aux résines de polystyrène par des liaisons ester benzyliques.

Le clivage par ultrasons est une technique rapide et fiable pour séparer les peptides synthétisés de la résine de polystyrène.

Le clivage par ultrasons des peptides de la résine de polystyrène donne des rendements élevés de peptides de grande pureté, sans racémisation, dans le cadre d'une procédure rapide.
(étude et graphique : ©Anuradha et Ravindranath, 1995)

Réacteur à agitation ultrasonique pour une meilleure synthèse des peptides.

Réacteur à agitation ultrasonique pour une synthèse améliorée et accélérée des peptides. L'image montre le ultrasoniseur UP200St dans un réacteur en verre agité.

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Ultrasons de haute performance pour la synthèse de peptides
Hielscher Ultrasons propose diverses solutions ultrasoniques pour la sonication directe et indirecte. Des processeurs ultrasoniques puissants et contrôlables avec précision fournissent exactement la bonne quantité d'énergie ultrasonique au récipient de réaction. Que vous utilisiez des seringues, des tubes, des plaques multi-puits ou des réacteurs en verre comme récipient de synthèse, Hielscher Ultrasons propose l'ultrasoniseur le plus approprié pour votre application peptidique.

Les systèmes à ultrasons Hielscher sont idéaux pour la synthèse de

  • peptides personnalisés
  • production de peptides à grande échelle
  • bibliothèques de peptides

De nombreuses synthèses de peptides sont réalisées dans des seringues (par exemple, des réacteurs à seringue frittée). L'agitateur de seringue à ultrasons de Hielscher sonique la solution peptidique en couplant les ondes ultrasonores à travers la paroi de la seringue dans le liquide. L'agitateur à seringue ultrasonique est l'une des solutions ultrasoniques les plus populaires pour la synthèse de peptides assistée par ultrasons.
Le cornet à ultrasons est un outil approprié pour soniquer jusqu'à 5 récipients de réacteur, tandis que le VialTweeter peut contenir jusqu'à dix tubes de réaction et cinq récipients plus grands via un accessoire de fixation.
Pour d'autres types de réacteurs tels que les réacteurs en phase solide Merrifield ou Kamysz et d'autres récipients/réacteurs en polypropylène ou en borosilicate, Hielscher propose des systèmes à ultrasons à pince personnalisés pour la sonication indirecte.
Bien entendu, les réacteurs en verre trempé de plus grande taille, par exemple pour la synthèse en phase de solution, peuvent être facilement équipés de sondes ultrasonores (aussi appelées sonotrodes ou cornets à ultrasons) de toute taille.

Avantages des ultrasons Hielscher pour la synthèse de peptides

  • différents types d'ultrasons
  • sonication directe et indirecte
  • contrôle précis de l'intensité
  • un contrôle précis de la température
  • ultrasons continus ou pulsés
  • fonctions intelligentes, dispositifs programmables
  • Disponible pour tout volume
  • évolutivité linéaire

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Les homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés en laboratoire, sur table, dans le cadre de projets pilotes et dans l'industrie.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.



Littérature / Références

Qu'il faut savoir

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 un élément constitutif essentiel de la vie et remplissent de nombreuses fonctions dans l'organisme.

Synthèse des peptides

En chimie organique, en biologie moléculaire et en sciences de la vie, la synthèse des peptides est le processus de production des 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 (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 chimique (in-vitro) des peptides commence le plus souvent par le couplage du groupe carboxyle de l'acide aminé entrant (C-terminal) au N-terminal de la chaîne peptidique en croissance. Contrairement à cette synthèse C-N, la biosynthèse protéique naturelle des longs peptides 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 liée à l'extrémité C-terminale de la chaîne protéique (N-à-C).
La plupart des protocoles de recherche et de développement pour la synthèse des peptides sont basés sur des méthodes en phase solide, tandis que les méthodes de synthèse en phase solution se retrouvent dans la production industrielle de peptides à grande échelle.


Des ultrasons de haute performance ! La gamme de produits Hielscher couvre l'ensemble du spectre, depuis les ultrasons compacts de laboratoire jusqu'aux systèmes ultrasoniques industriels complets, en passant par les unités de paillasse.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.