Szilárd fázisú peptidszintézis – Hatékonyabb ultrahangos kezeléssel
A szilárd fázisú peptidszintézis (SPPS) a peptidszintézis általános módszere. Az ultrahangos kezelés megbízható eszköz a szilárd fázisú peptidszintézis fokozására, ami magasabb hozamot, jobb tisztaságot, racemizációt és jelentősen felgyorsult reakciósebességet eredményez. A Hielscher Ultrasonics különböző ultrahangos megoldásokat kínál peptidszintézishez, hasításhoz és feloldáshoz.
Ultrahangos szilárd fázisú peptidszintézis
Az ultrahangos kezelést már széles körben alkalmazzák, mint a szerves szintézis fokozó módszerét, és jól ismert előnyeiről, mint például drasztikusan csökkent reakcióidők, magasabb hozamok, kevesebb melléktermék, az útvonalak kezdeményezése, amelyet más módon nem lehetett elérni, és / vagy jobb szelektivitás. Nagy előnyökkel is jár, ha az ultrahangos kezelés peptidszintézis reakciókhoz kapcsolódik. A kutatási eredmények kimutatták, hogy az ultrahanggal segített peptidszintézis nagy tisztaságú peptidek optimalizált hozamát éri el, racemizáció nélkül rövid reakcióidőn belül.
- Magas peptidhozamok
- Jelentősen gyorsabb szintézis
- Nagyobb peptid tisztaság
- Nincs racemizáció
- Különböző peptidek párhuzamos szintézise
- Bármilyen mennyiségre méretezhető
Ultrahangos cuphorn több reaktoredény egyenletes ultrahangos kezelésére a jobb peptidszintézis érdekében.
A Merrifield-féle szilárd fázisú peptidszintézist bemutató ábra. Az ultrahangkezelést a szintézisreakció elősegítésére és fokozására, valamint a szintetizált peptidek gyantából való leválasztására használják.
Grafika: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Tanulmány | Vizsgált peptid(ek) | Reakcióidő (klasszikus módszer vs. US-SPPS) | Nyersolaj tisztasága (klasszikus módszer vs. US-SPPS) | Racemizáció és mellékreakciók | Főbb tanulságok |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański és társai (2019) | Met-enkefalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorfin | 600–1920 perc → 48–284 perc | 24,2–71,3% → 60,6–89,9% | A Cys/His esetében nem figyeltek meg ilyet, még 70 °C-on sem | ~7–12-szer gyorsabb szintézis; jelentős tisztasági javulás, különösen az olyan, aggregációra hajlamos szekvenciák esetében, mint a TAT. |
| Silva és társai (2021) | Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer) | >3515/365 perc → ~250/85 perc (Pep1/Pep2); Pep3: 347 perc (csak az USA-ban) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Nem tesztelték; a Pep2-ben enyhe tisztasági csökkenést figyeltek meg | A Pep1 esetében 14-szeres időmegtakarítás; a nyers hozamok jelentősen nőttek. |
| Merlino és társai (2019) | Modell pentapeptidek, legfeljebb 44-mer hosszúságú peptidek, “Nehéz szekvenciák” (Aβ 1–42, ACP 65–74) | 60 perc → 30 perc (modell) | 84% → 93% (modell); szignifikánsan magasabb, mint a termikus fűtésnél (~45 °C) | A Cys/His-enantiomerek esetében nem tapasztalható jelentős növekedés | Különösen hatékony a nehezen kezelhető, aggregációra hajlamos szekvenciák esetében; lehetővé teszi a reagensfelesleg csökkentését a magas tisztaság fenntartása mellett. |
A szilárd fázisú peptidszintézis ultrahanggal javult
A szilárd fázisú peptidszintézis (SPPS) olyan kémiai reakció, amely lehetővé teszi egy peptidlánc összeállítását az aminosavszármazékok egymást követő reakcióin keresztül oldhatatlan porózus hordozón. A hagyományos szilárd fázisú peptidszintézis azonban viszonylag nem hatékony és lassú folyamat. Ezért a peptidszintézis ultrahangos intenzívebbé tétele a peptidek hatékonyabb és gyorsabb szintézisének nagyra értékelt eszköze.
Silva és munkatársai (2021) összehasonlították “klasszikus” fluorenil-metoxikarbonil (Fmoc)-szilárd fázisú peptidszintézis (SPPS) ultrahanggal (US)-segítésű SPPS három peptid előállításán alapul, nevezetesen a fibroblaszt növekedési faktor receptor 3 (FGFR3)-specifikus Pep1 peptiden (VSPPLTLGQLLS-NH2), valamint az új Pep2 (RQMATADEA-NH2) és Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2) előállításán alapul.
Az USA által támogatott SPPS-technológia a peptid-összeállítás idejét a következőhöz képest 14-szeresre (Pep1) illetve 4-szeresre (Pep2) csökkentette: “klasszikus” módszer. Érdekes módon az ultrahanggal támogatott SPPS-sel a Pep1 nagyobb tisztaságban (82%) állítható elő, mint a “klasszikus” SPPS (73%). A jelentős időmegtakarítás és az elért magas nyers peptidtisztaság együttesen arra ösztönözte a kutatócsoportot, hogy az ultrahanggal támogatott SPPS-t alkalmazzák a Pep3 nevű nagy peptidre is, amely nagy számú hidrofób aminosavat és homooligoszekvenciát tartalmaz. Figyelemre méltó, hogy ennek a 25-mer peptidnek a szintézise kevesebb mint 6 óra (347 perc) alatt sikerült, közepes tisztaságban (kb. 49%).
Gyorsabb peptidszintézis szilárd fázisú peptidszintézissel ultrahangos keveréssel.
(Tanulmány és elemzés: Wołczański et al., 2019)
Merlino és munkatársai (2019) szintén átfogó vizsgálatot végeztek az ultrahangos kezelésnek az Fmoc-alapú szilárd fázisú peptidszintézisre gyakorolt hatásairól, amely lehetővé tette különböző biológiailag aktív peptidek (akár 44-mer) szintézisét, jelentős anyagmegtakarítás és reakcióidő-csökkentés mellett. Bebizonyították, hogy az ultrahangkezelés nem fokozta a fő mellékreakciókat, és javította az olyan peptidek szintézisét, amelyek “Nehéz szekvenciák”, az ultrahanggal támogatott szilárd fázisú peptidszintézist (US-SPPS) a jelenlegi nagy hatékonyságú peptid szintetikus stratégiák közé sorolva.
A peptidek ultrahangos (szonális) szintézisére szolgáló nagy teljesítményű rendszerek rendelkezésre állása jelentősen javítja a szintézis sebességét és a nyers termékek tisztaságának növelését. (vö. Wołczański et al., 2019)
A racemizáció vizsgálata. A modellek szignifikáns 1H NMR spektrumainak összehasonlítása manuálisan szintetizált peptidek klasszikus megközelítéssel szobahőmérsékleten és ultrahangos módszerrel magas hőmérsékleten. A His és Cys kémiai eltolódása α-protonok és az Acm metiléncsoportja (bal panelek), a Val ɣ-metil protonjai (jobb panelek) azt mutatják, hogy az ultrahangos kezelés 70 ° C-on nem okoz racemizációt.
(Tanulmány és elemzés: Wołczański et al., 2019)
Peptidek ultrahangos hasítása
A szilárd fázisú peptidszintézis (SPPS) után a szintetizált peptideket a polimergyantákból kell hasítani. Ezt a lépést deprotectionnek is nevezik. Amikor összehasonlítjuk a gyantából származó peptid hasítás közös rázását és ultrahangos kezelését, a rázási módszer kb. 1 óra, míg az ultrahangos hasítás 15-20 perc alatt érhető el. Az ultrahangos peptid hasítás alkalmazható a polisztirol gyantákhoz kapcsolódó védett aminosavak és peptidek hasítására benzil-észter kötéseken keresztül.
A peptidek ultrahangos hasítása a polisztirol gyantából nagy tisztaságú peptidek nagy hozamát eredményezi, racemizáció nélkül, gyors eljárással.
(tanulmány és grafika: ©Anuradha és Ravindranath, 1995)
Ultrahanggal kevert reaktor a jobb és gyorsított peptidszintézishez. A képen a ultrahangos UP200St kevert üvegreaktorban.
Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek peptidszintézishez
A Hielscher Ultrasonics különböző ultrahangos megoldásokat kínál közvetlen és közvetett ultrahangos kezeléshez. Erőteljes és pontosan szabályozható ultrahangos processzorok pontosan a megfelelő mennyiségű ultrahang energiát szállítják a reakcióedénybe. Akár fecskendőket, csöveket, többlyukú lemezeket vagy üvegreaktorokat használ szintézisedényként, a Hielscher Ultrasonics a legmegfelelőbb ultrahangos készüléket kínálja peptid alkalmazásához.
- Testreszabott peptidek
- nagyüzemi peptidtermelés
- peptid könyvtárak
Számos peptidszintézist fecskendőkben végeznek (pl. frittált fecskendőreaktorok). A Hielscher ultrahangos fecskendőkeverője szonikálja a peptidoldatot, összekapcsolva az ultrahanghullámokat a fecskendő falán keresztül a folyadékba. Az ultrahangos fecskendő keverő az egyik legnépszerűbb ultrahangos megoldás az ultrahanggal segített peptidek szintéziséhez.
Az ultrahangos cuphorn alkalmas eszköz akár 5 reaktoredény ultrahangos kezelésére, míg a VialTweeter akár tíz reakciócsövet is képes tartani, plusz öt nagyobb edényt szorító tartozékon keresztül.
Más reaktortípusokhoz – például a Merrifield- vagy Kamysz-szilárdfázisú reaktorokhoz, valamint egyéb polipropilén vagy boroszilikát edényekhez és reaktorokhoz – a Hielscher közvetett és közvetlen ultrahangos kezelésre alkalmas ultrahangos készülékeket kínál, egyedi rögzítőbilincsekkel vagy karimákkal.
Természetesen a nagyobb, keverővel ellátott üvegreaktorok – például az oldatfázisú szintézishez használtak – könnyen felszerelhetők bármilyen méretű ultrahangos érzékelőkkel (más néven szonotródákkal vagy ultrahangos szarvakkal).
- különböző ultrahangos típusok
- közvetlen és közvetett szonikáció
- Precíz intenzitásszabályozás
- Precíz hőmérséklet-szabályozás
- folyamatos vagy pulzáló ultrahang
- Intelligens funkciók, programozható eszközök
- Bármilyen kötethez elérhető
- lineáris méretezhetőség
A többrekeszes/mikrotiter-lemezeken végzett szilárd fázisú peptidszintézishez az UIP400MTP a legalkalmasabb készülék. Az ultrahangos kavitáció közvetett módon, egyenletesen hat a számos mintarekeszre, ami kiváló anyagátadást és szintézisreakciót biztosít. Nézze meg az alábbi videót, hogy megismerje a Az UIP400MTP mikrolemezes ultrahangos készülék működés közben!
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszperzióhoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti és ipari méretekben.
Érdemes tudni az ultrahangos peptidszintézisről
Mik azok a peptidek?
A peptidek olyan vegyületek, amelyekben több aminosav kapcsolódik amidkötésekhez, úgynevezett peptidkötésekhez. Összetett szerkezetekhez kötve – Általában 50 vagy több aminosavból áll, ezeket a nagy peptidszerkezeteket fehérjéknek nevezik. A peptidek az élet alapvető építőkövei, és számos funkciót töltenek be a szervezetben.
Hogyan működik a peptidszintézis?
A szerves kémia, a molekuláris biológia és az élettudomány területén a peptidszintézis a peptidek előállításának folyamata. A peptideket kémiailag szintetizáljuk az egyik aminosav karboxilcsoportjának kondenzációs reakciójával egy másik aminosav aminocsoportjához. A védőcsoportok (védőcsoportok) stratégiáit általában azért alkalmazzák, hogy elkerüljék a nemkívánatos mellékhatásokat a különböző aminosav oldalláncokkal.
A kémiai (in-vitro) peptidszintézis leggyakrabban a bejövő aminosav karboxilcsoportjának (C-terminus) a növekvő peptidlánc N-terminálisához való kapcsolásával kezdődik. Ezzel a C-N-szintézissel ellentétben a hosszú peptidek természetes fehérje bioszintézise az élő szervezetekben az ellenkező irányban történik. Ez azt jelenti, hogy a bioszintézisben a bejövő aminosav N-terminálisa kapcsolódik a fehérjelánc C-terminálisához (N-C).
A peptidszintézis legtöbb kutatási és fejlesztési protokollja szilárd fázisú módszereken alapul, míg az oldatfázisú szintézis módszerek megtalálhatók a peptidek nagyüzemi ipari előállításában.
Mi a peptidszintézis jelenlegi állása?
SUS-SPPS (fenntartható, ultrahanggal támogatott SPPS) Bebizonyosodott, hogy ez a módszer a folyamatot ciklusonként mindössze két lépésre csökkenti (a kapcsolás, lezárás és védőcsoport eltávolítás kombinált lépése + egyetlen mosás), ami jelentősen csökkenti az oldószer-fogyasztást és az időigényt. (vö. Mottola et al., 2025)
Ultrahanggal támogatott TAPS egy újonnan megjelenő kombináció, amelynek hatékonyságát teljes szintézisek során (pl. a lipobaktin esetében) már bizonyították, és amelyet a CDMO-k jelenleg az aktív gyógyszerhatóanyagok (API) gyártása céljából vizsgálnak.
Fedezze fel az ultrahanggal támogatott TAGGING peptidszintézis előnyeit!
folyamatos feldolgozás ezt további fejlesztésként vizsgálják – Leírták a szililált jelölővel támogatott, folyamatos, egylépcsős szintézisplatformokat.
A terület egyre inkább a zöld kémia elvei felé halad, és mind az ultrahang, mind a TAPS hozzájárul az oldószerek felhasználásának csökkentéséhez, a reagensmennyiség mérsékléséhez és a fenntarthatóság javításához.
Irodalom / Hivatkozások
- 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 gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.