סינתזה של פפטידים בשלב מוצק – יעילות רבה יותר באמצעות סוניקציה
סינתזת פפטיד בשלב מוצק (SPPS) היא השיטה הנפוצה לסינתזה פפטידית. אולטרסוניקציה היא כלי אמין להגברת סינתזת פפטידי הפאזה המוצקה וכתוצאה מכך יבולים גבוהים יותר, טוהר משופר, ללא רצמיזציה ומהירות תגובה מואצת משמעותית. Hielscher Ultrasonics מציעה פתרונות קוליים שונים עבור סינתזת פפטידים, מחשוף, המסה.
Ultrasonic Solid-Phase Peptide Synthesis
אולטרסוניקציה כבר מיושמת באופן נרחב כשיטה מעצימה בסינתזה אורגנית והיא ידועה ביתרונותיה כגון זמני תגובה מופחתים באופן דרסטי, תפוקות גבוהות יותר, פחות תוצרי לוואי, ייזום מסלולים, שלא ניתן היה להשיג בדרכים אחרות, ו / או סלקטיביות טובה יותר. יתרונות גדולים ניתן להשיג גם, כאשר סוניקציה הוא מצומד לתוך תגובות סינתזה פפטידים. תוצאות המחקר הוכיחו כי סינתזת פפטידים בסיוע אולטרה-סאונד משיגה תפוקה אופטימלית של פפטידים בעלי טוהר גבוה, ללא רצמיזציה בזמן תגובה קצר.
- תשואות פפטידים גבוהות
- סינתזה מהירה משמעותית
- טוהר פפטידי גבוה יותר
- ללא גזע
- סינתזה מקבילה של פפטידים שונים
- Scalable to any volume
קופורן קולי לסוניקציה אחידה של מספר כלי כור לשיפור סינתזת הפפטידים.
Graphic demonstrating the Merrifield solid phase peptide synthesis. Ultrasonication is used to promote and enhance the synthesis reaction as well as for cleavage of the synthesized peptides from the resin.
גרפיקה: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Study | Peptide(s) Studied | Reaction Time (Classical vs US-SPPS) | Crude Purity (Classical vs US-SPPS) | Racemization and Side Reactions | Key Takeaways |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-enkephalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphin | 600–1920 min → 48–284 min | 24.2–71.3% → 60.6–89.9% | None observed for Cys/His, even at 70°C | ~7–12x faster synthesis; major purity improvements, especially for aggregation-prone sequences like 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 (US only) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Not tested; slight purity drop in Pep2 noted | 14x time reduction for Pep1; crude yields significantly increased. |
| Merlino et al. (2019) | Model pentapeptides, peptides up to 44-mer, “רצפים קשים” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (model) | 84% → 93% (model); significantly higher than thermal heating (~45°C) | No significant increase for Cys/His enantiomers | Highly effective for difficult/aggregation-prone sequences; allows reduced reagent excess while maintaining high purity. |
סינתזת פפטיד בשלב מוצק משופרת עם אולטרסאונד
סינתזת פפטיד שלב מוצק (SPPS) היא תגובה כימית המאפשרת הרכבה של שרשרת פפטיד באמצעות תגובות עוקבות של נגזרות חומצות אמינו על תמיכה נקבובית בלתי מסיסה. עם זאת, סינתזת הפפטיד המסורתית בשלב מוצק היא תהליך איטי ולא יעיל יחסית. לכן, העצמה על-קולית של סינתזת פפטידים היא כלי נחשב ביותר לסינתזה יעילה ומהירה יותר של פפטידים.
סילבה ואחרים (2021) השוו “קלאסי” סינתזת פפטידים בשלב מוצק (SPPS) בשיטת פלואורניל-מתוקסי-קרבוניל (Fmoc) בעזרת אולטרסאונד (US) המבוססת על הכנת שלושה פפטידים, כלומר הפפטיד Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) הספציפי לקולטן גורם הגדילה של פיברובלסטים 3 (FGFR3) והפפטידים החדשים Pep2 (RQMATADEA-NH2) ו-Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
תהליך SPPS בסיוע ארה"ב הוביל לקיצור משך ההרכבה של הפפטיד פי 14 (Pep1) ופי 4 (Pep2) בהשוואה ל- “קלאסי” שיטה. מעניין לציין כי תהליך SPPS בסיוע אולטרסאונד הניב Pep1 בדרגת טוהר גבוהה יותר (82%) מאשר ה- “קלאסי” SPPS (73%). קיצור הזמן המשמעותי, בשילוב עם רמת הטוהר הגבוהה של הפפטיד הגולמי שהושגה, הניע את צוות המחקר ליישם את שיטת ה-SPPS בסיוע אולטרסאונד על הפפטיד הגדול Pep3, המכיל מספר רב של חומצות אמינו הידרופוביות ורצפים הומו-אוליגו. ראוי לציין כי הסינתזה של פפטיד זה, המורכב מ-25 יחידות, הושלמה תוך פחות מ-6 שעות (347 דקות) בדרגת טוהר בינונית (כ-49%).
סינתזת פפטיד מהירה יותר באמצעות סינתזת פפטיד בפאזה מוצקה באמצעות תסיסה קולית.
(מחקר וניתוח: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) ערכו אף הם מחקר מקיף על השפעות האולטראסאונד על סינתזת פפטידים בשלב מוצק המבוססת על Fmoc, אשר אפשרה סינתזה של פפטידים פעילים ביולוגית שונים (עד 44-מר), תוך חיסכון משמעותי בחומר ובזמן התגובה. הם הוכיחו כי השימוש באולטרסאונד לא החמיר את התגובות הלוואי העיקריות ושיפר את הסינתזה של פפטידים בעלי “רצפים קשים”הצבת סינתזת הפפטיד בשלב מוצק המקודמת באולטרסאונד (US-SPPS) בין האסטרטגיות הסינתטיות הפפטידיות היעילות ביותר הנוכחיות.,
הזמינות של מערכות בעלות ביצועים גבוהים לסינתזה קולית (סונית) של פפטידים מאפשרת שיפור משמעותי בקצב הסינתזה והגדלת טוהר מוצרי הגלם. (ראה: Wołczański et al., 2019)
חקירת הגזע. השוואה בין ספקטרום NMR משמעותי של 1H של פפטידים מסונתזים ידנית בגישה הקלאסית בטמפרטורת החדר לעומת השיטה העל-קולית בטמפרטורה גבוהה. שינויים כימיים של פרוטוני α שלו ושל Cys וקבוצת מתילן של Acm (פאנלים שמאליים), פרוטוני ɣ-methyl של Val (פאנלים ימניים) מראים כי סוניקציה ב-70°C אינה גורמת לרצמיזציה.
(מחקר וניתוח: Wołczański et al., 2019)
מחשוף קולי של פפטידים
לאחר סינתזת פפטיד בשלב מוצק (SPPS), יש לנתק פפטידים מסונתזים מהשרפים הפולימריים. שלב זה ידוע גם בשם deprotection. כאשר משווים טלטול ואולטרה-סוניקציה נפוצים למחשוף פפטידי משרף שיטת הניעור דורשת כשעה, בעוד ששבירה אולטראסונית יכולה להתבצע תוך 15 עד 20 דקות. ניתן להחיל את המחשוף הפפטידי העל-קולי על המחשוף של חומצות אמינו ופפטידים מוגנים הקשורים לשרפים פוליסטירן באמצעות קשרי אסטר בנזיליים.
מחשוף אולטראסוני של פפטידים משרף פוליסטירן נותן תשואות גבוהות של פפטידים בטוהר גבוה, ללא racemization, בתוך הליך מהיר.
(מחקר וגרפיקה: ©Anuradha and Ravindranath, 1995)
כור נסער אולטרה-סאונד לסינתזה פפטידית משופרת ומואצת. התמונה מציגה את אולטרסוניקטור UP200St בכור זכוכית מעורבב.
Ultrasonicators ביצועים גבוהים עבור סינתזת פפטיד
Hielscher Ultrasonics מציעה פתרונות קוליים שונים עבור סוניקציה ישירה ועקיפה. מעבדים קוליים חזקים וניתנים לשליטה מדויקת מספקים בדיוק את הכמות הנכונה של אנרגיית אולטרסאונד לכלי התגובה. בין אם אתה משתמש מזרקים, צינורות, צלחות מרובות באר, או כורי זכוכית כמו כלי סינתזה, Hielscher Ultrasonics מציעה את Ultrasonicator המתאים ביותר עבור היישום פפטיד שלך.
- פפטידים בהתאמה אישית
- ייצור פפטידים בקנה מידה גדול
- ספריות פפטידים
סינתזות פפטידים רבות מבוצעות במזרקים (למשל, כורי מזרקים מפוצצים). תועמל המזרק העל-קולי של Hielscher משמיע את תמיסת הפפטיד המצמידה את גלי האולטרסאונד דרך דופן המזרק לתוך הנוזל. תועמל המזרק העל-קולי הוא אחד הפתרונות האולטרסוניים הפופולריים ביותר לסינתזה בסיוע אולטרה-סאונד של פפטידים.
הקופורן העל-קולי הוא כלי מתאים לסניק עד 5 כלי כור, בעוד שה-VialTweeter יכול להחזיק עד עשרה צינורות תגובה ועוד חמישה כלי גדול יותר באמצעות אביזר מהדק.
For other reactor types such as the Merrifield or Kamysz solid-phase reactor and other polypropylene or borosilicate vessels and reactors, Hielscher offers sonicators for indirect and direct sonication with customized clamp-on mounting or flange.
כמובן, ניתן לצייד בקלות ריאקטורים מזכוכית גדולים יותר עם ערבוב, למשל לצורך סינתזה בשלב תמיסה, בחיישנים אולטראסוניים (המכונים גם "סונוטרודים" או "קרניים אולטראסוניות") בכל גודל שהוא.
- סוגים שונים ultrasonicator
- סוניקציה ישירה ועקיפה
- בקרת עוצמה מדויקת
- בקרת טמפרטורה מדויקת
- אולטרסאונד רציף או פועם
- תכונות חכמות, מכשירים הניתנים לתכנות
- זמין לכל אמצעי אחסון
- מדרגיות ליניארית
לצורך סינתזת פפטידים בשלב מוצק בצלחות רב-תאיות/מיקרוטיטר, ה-UIP400MTP הוא המכשיר האידיאלי. הקוויטציה האולטראסונית מועברת באופן עקיף ואחיד לכל תאי הדגימה הרבים, מה שמבטיח העברת מסה ותגובת סינתזה מעולות. צפו בסרטון שלהלן כדי לראות את ה- מכשיר סוניקטור למיקרו-פלטה UIP400MTP בפעולה!
צרו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לערבוב יישומים, פיזור, תחליב וחילוץ בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.
עובדות שכדאי לדעת על סינתזה אולטראסונית של פפטידים
מהם פפטידים?
פפטידים הם תרכובות שבהן חומצות אמינו מרובות מקושרות באמצעות קשרי אמיד, מה שנקרא קשרים פפטידיים. כאשר הם כרוכים במבנים מורכבים – מבנים פפטידים גדולים אלה, המורכבים בדרך כלל מ-50 חומצות אמינו או יותר, נקראים חלבונים. פפטידים הם אבן בניין חיונית של החיים וממלאים תפקידים רבים בגוף.
כיצד מתבצע תהליך סינתזת הפפטידים?
בכימיה אורגנית, ביולוגיה מולקולרית ומדעי החיים, סינתזת פפטידים היא תהליך של ייצור פפטידים. פפטידים מסונתזים כימית באמצעות תגובת עיבוי של קבוצת קרבוקסיל של חומצת אמינו אחת לקבוצת האמינו של חומצת אמינו אחרת. קבוצות הגנה (גם קבוצות הגנה) אסטרטגיות משמשות בדרך כלל על מנת למנוע תגובות לוואי לא רצויות עם שרשראות הצד השונות של חומצות אמינו.
סינתזת פפטיד כימית (in-vitro) מתחילה לרוב על ידי צימוד קבוצת הקרבוקסיל של חומצת האמינו הנכנסת (C-terminus) למסוף N של שרשרת הפפטידים. בניגוד לסינתזה זו של C-to-N, ביוסינתזה טבעית של חלבונים של פפטידים ארוכים באורגניזמים חיים מתרחשת בכיוון ההפוך. משמעות הדבר היא כי בביוסינתזה, N-terminus של חומצת האמינו הנכנסת מקושר C-terminus של שרשרת החלבונים (N-to-C).
רוב פרוטוקולי המחקר והפיתוח לסינתזה של פפטידים מבוססים על שיטות שלב מוצק, בעוד שניתן למצוא שיטות סינתזה בשלב התמיסה בייצור תעשייתי בקנה מידה גדול של פפטידים.
מהו המצב הנוכחי של הטכנולוגיה המתקדמת ביותר בתחום סינתזת הפפטידים?
SUS-SPPS (SPPS בר-קיימא בסיוע אולטרסאונד) has been demonstrated to reduce the process to just two steps per cycle (combined coupling/capping/deprotection + single wash), significantly reducing solvent consumption and time. (cf. Mottola et al., 2025)
TAPS בסיוע אולטרסאונד זהו שילוב חדשני שהוכיח את יעילותו בסינתזות מלאות (למשל, ליפובקטין), והוא נחקר כעת על ידי חברות CDMO לצורך ייצור חומרים פעילים (API).
גלו את היתרונות של סינתזת פפטידים בשיטת TAGGING בסיוע אולטראסוניקה!
עיבוד רציף נבחן כשיפור נוסף – תוארו פלטפורמות לסינתזה רציפה בסיר אחד, המשתמשת בתג סילילי.
התחום מתקדם לעבר עקרונות הכימיה הירוקה, כאשר הן אולטרה-סאונד והן TAPS תורמים להפחתת השימוש בממסים, להפחתת כמות החומרים הכימיים הנדרשת ולשיפור הקיימות.
ספרות / מקורות
- 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 מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.