Sintesis Peptida dibuat Efisien menggunakan Sonikasi

Sintesis Peptida Fase Padat (SPPS) adalah metode umum untuk sintesis peptida. Ultrasonikasi adalah alat yang andal untuk mengintensifkan sintesis peptida fase padat yang menghasilkan hasil yang lebih tinggi, peningkatan kemurnian, tidak ada rasemisasi dan kecepatan reaksi yang dipercepat secara signifikan. Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai solusi ultrasonik untuk sintesis peptida, pembelahan, dan pelarutan.

Sintesis Peptida Ultrasonik

Ultrasonikasi sudah banyak diterapkan sebagai metode intensifikasi dalam sintesis organik dan terkenal karena kelebihannya seperti waktu reaksi yang berkurang secara drastis, hasil yang lebih tinggi, produk sampingan yang lebih sedikit, inisiasi jalur, yang tidak dapat dicapai dengan cara lain, dan / atau selektivitas yang lebih baik. Manfaat besar juga dapat diperoleh, ketika sonikasi digabungkan ke dalam reaksi sintesis peptida. Hasil penelitian telah menunjukkan bahwa sintesis peptida yang dibantu ultrasonik mencapai hasil peptida yang dioptimalkan dengan kemurnian tinggi, tanpa rasemisasi dalam waktu reaksi yang singkat.

Grafik yang menunjukkan sintesis peptida fase padat Merrifield. Ultrasonikasi digunakan untuk mempromosikan dan meningkatkan reaksi sintesis serta untuk pembelahan peptida yang disintesis dari resin.
Grafik: ©Conejos-Sanchez dkk., 2014)

Sintesis Peptida Fase Padat Ditingkatkan dengan Ultrasound

Sintesis Peptida Fase Padat (SPPS) adalah reaksi kimia yang memungkinkan perakitan rantai peptida melalui reaksi berturut-turut turunan asam amino pada penyangga berpori yang tidak larut. Namun, sintesis peptida fase padat tradisional adalah proses yang relatif tidak efisien dan lambat. Oleh karena itu, intensifikasi ultrasonik sintesis peptida adalah alat yang sangat dihormati untuk sintesis peptida yang lebih berkesan dan cepat.
Silva et al. (2021) membandingkan sintesis peptida fase padat (SPPS) fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) "klasik" dengan SPPS yang dibantu ultrasound (AS) berdasarkan persiapan tiga peptida, yaitu peptida spesifik reseptor faktor pertumbuhan fibroblast 3 (FGFR3) Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) dan peptida baru Pep2 (RQMATADEA-NH2) dan Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS yang dibantu AS menyebabkan pengurangan waktu 14 kali lipat (Pep1) dan 4 kali lipat (Pep2) dalam perakitan peptida dibandingkan dengan metode "klasik". Menariknya, SPPS dengan bantuan ultrasound menghasilkan Pep1 dengan kemurnian yang lebih tinggi (82%) daripada SPPS "klasik" (73%). Pengurangan waktu yang signifikan dikombinasikan dengan kemurnian peptida mentah yang tinggi yang dicapai mendorong tim peneliti untuk menerapkan SPPS yang dibantu AS ke peptida besar Pep3, yang menampilkan sejumlah tinggi asam amino hidrofobik dan urutan homooligo. Hebatnya, sintesis peptida 25-mer ini dicapai dalam waktu kurang dari 6 jam (347 menit) dalam kemurnian sedang (sekitar 49%).

Sintesis peptida lebih cepat melalui sintesis peptida fase padat menggunakan agitasi ultrasonik.
(Studi dan analisis: Wołczański et al., 2019)

Merlino et al. (2019) juga melakukan studi komprehensif tentang efek ultrasonik pada sintesis peptida fase padat berbasis Fmoc, yang memungkinkan sintesis peptida aktif biologis yang berbeda (hingga 44-mer), dengan penghematan bahan dan waktu reaksi yang luar biasa. Mereka menunjukkan bahwa ultrasonik tidak memperburuk reaksi samping utama dan meningkatkan sintesis peptida yang diberkahi dengan “urutan yang sulit”, menempatkan sintesis peptida fase padat yang dipromosikan secara ultrasonik (US-SPPS) di antara strategi sintetis peptida efisien tinggi saat ini.

Ketersediaan sistem berkinerja tinggi untuk sintesis peptida ultrasonik (sonik) memungkinkan peningkatan tingkat sintesis secara signifikan dan peningkatan kemurnian produk mentah. (lih. Wołczański et al., 2019)

Investigasi rasmisasi. Perbandingan spektrum NMR 1H yang signifikan dari model peptida yang disintesis secara manual menggunakan pendekatan klasik pada suhu bilik vs kaedah ultrasonik pada suhu tinggi. Pergeseran kimia dari His dan Cys α-proton dan gugus metilen Acm (panel kiri), proton ɣ-metil Val (panel kanan) menunjukkan bahwa sonikasi pada 70 °C tidak menyebabkan rasemisasi.
(Studi dan analisis: Wołczański et al., 2019)

Pembelahan Ultrasonik Peptida

Setelah sintesis peptida fase padat (SPPS), peptida yang disintesis harus dibelah dari resin polimer. Langkah ini juga dikenal sebagai deproteksi. Ketika pengocok umum dan ultrasonikasi untuk pembelahan peptida dari resin dibandingkan, metode pengocok membutuhkan sekitar 1 jam, sedangkan pembelahan ultrasonik dapat dilakukan dalam 15 hingga 20 menit. Pembelahan peptida ultrasonik dapat diterapkan pada pembelahan asam amino dan peptida yang dilindungi yang terkait dengan resin polistirena melalui ikatan ester benzilat.

Pembelahan ultrasonik peptida dari resin polistirena memberikan hasil peptida yang tinggi dalam kemurnian tinggi, tanpa rasemisasi, dalam prosedur yang cepat.
(studi dan grafik: ©Anuradha dan Ravindranath, 1995)

Banyak sintesis peptida dilakukan dalam jarum suntik (misalnya, reaktor jarum suntik goreng). Agitator jarum suntik ultrasonik Hielscher mengsonikasi larutan peptida yang menggabungkan gelombang ultrasound melalui dinding jarum suntik ke dalam cairan. Agitator jarum suntik ultrasonik adalah salah satu solusi ultrasonik paling populer untuk sintesis peptida yang dibantu ultrasonik.
Cuphorn ultrasonik adalah alat yang cocok untuk sonikasi hingga 5 bejana reaktor, sedangkan VialTweeter dapat menampung hingga sepuluh tabung reaksi ditambah juga lima bejana yang lebih besar melalui aksesori penjepit.
Untuk jenis reaktor lain seperti reaktor fase padat Merrifield atau Kamysz dan bejana / reaktor polypropylene atau borosilikat lainnya, Hielscher menawarkan sistem ultrasonik penjepit yang disesuaikan untuk sonikasi tidak langsung.
Untuk sintesis peptida fase padat dalam pelat multiwell / mikrotiter, UIP400MTP adalah perangkat yang ideal. Kavitasi ultrasonik secara tidak langsung digabungkan secara seragam ke dalam banyak sumur sampel untuk transfer massa dan reaksi sintesis yang unggul. Tonton video di bawah ini untuk melihat UIP400MTP aktif!
Tentu saja, reaktor kaca bergaris yang lebih besar, misalnya untuk sintesis fase larutan, dapat dengan mudah dilengkapi dengan probe ultrasonik (alias sonotrodes atau tanduk ultrasonik) dalam berbagai ukuran.