Sintesi peptidica resa efficiente dalla sonicazione

La sintesi peptidica in fase solida (SPPS) è il metodo comune per la sintesi peptidica. L'ultrasuonazione è uno strumento affidabile per intensificare la sintesi peptidica in fase solida con conseguenti rendimenti più elevati, purezza migliorata, nessuna racemizzazione e velocità di reazione significativamente accelerata. Hielscher Ultrasonics offre varie soluzioni ad ultrasuoni per la sintesi peptidica, la scissione e la dissoluzione.

Sintesi peptidica a ultrasuoni

L'ultrasuonazione è già ampiamente applicata come metodo di intensificazione nella sintesi organica ed è ben noto per i suoi vantaggi come i tempi di reazione drasticamente ridotti, rese più elevate, meno sottoprodotti, l'avvio di percorsi che non potrebbero essere raggiunti in altri modi e/o una migliore selettività. Grandi benefici possono essere ottenuti anche quando la sonicazione è accoppiata alle reazioni di sintesi peptidica. I risultati della ricerca hanno dimostrato che la sintesi peptidica assistita dagli ultrasuoni raggiunge una resa ottimizzata di peptidi con elevata purezza, senza racemizzazione in un breve tempo di reazione.

Vantaggi della sintesi peptidica a ultrasuoni

  • Alti rendimenti dei peptidi
  • Sintesi significativamente più veloce
  • Maggiore purezza del peptide
  • Nessuna racemizzazione
  • Sintesi parallela di vari peptidi
  • Scalabile lineare a qualsiasi volume

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Coppetta a ultrasuoni per la sonicazione uniforme di diversi recipienti del reattore, ad esempio per migliorare la sintesi dei peptidi.

Coppetta a ultrasuoni per la sonicazione uniforme di diversi recipienti del reattore per una migliore sintesi dei peptidi.

Rappresentazione schematica della sintesi peptidica in fase solida Merrifield, che può essere intensificata dalla sonicazione.

Grafico che dimostra la sintesi dei peptidi in fase solida Merrifield. L'ultrasuoni è usato per promuovere e migliorare la reazione di sintesi e per la scissione dei peptidi sintetizzati dalla resina.
Grafico: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)

Sintesi peptidica in fase solida migliorata con gli ultrasuoni

La sintesi peptidica in fase solida (SPPS) è una reazione chimica che permette l'assemblaggio di una catena peptidica attraverso reazioni successive di derivati di aminoacidi su un supporto poroso insolubile. Tuttavia, la tradizionale sintesi peptidica in fase solida è un processo relativamente inefficiente e lento. Pertanto, l'intensificazione ultrasonica della sintesi peptidica è uno strumento molto apprezzato per una sintesi più efficace e rapida dei peptidi.
Silva et al. (2021) hanno confrontato la "classica" sintesi peptidica in fase solida (SPPS) al fluorenilmetossicarbonile (Fmoc) con la SPPS assistita da ultrasuoni (US) per la preparazione di tre peptidi, vale a dire il peptide Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) specifico per il recettore del fattore di crescita dei fibroblasti 3 (FGFR3) e i nuovi peptidi Pep2 (RQMATADEA-NH2) e Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
US-assistito SPPS ha portato ad un 14 volte (Pep1) e 4 volte riduzione del tempo (Pep2) in assemblaggio del peptide rispetto al metodo "classico". È interessante notare che la SPPS assistita dagli ultrasuoni ha prodotto Pep1 con una purezza superiore (82%) rispetto alla SPPS "classica" (73%). La significativa riduzione del tempo combinata con l'elevata purezza del peptide grezzo ha spinto il team di ricerca ad applicare la SPPS assistita dagli ultrasuoni al grande peptide Pep3, che presenta un alto numero di amminoacidi idrofobici e sequenze omo-oligo. Notevolmente, la sintesi di questo peptide di 25-mer è stata raggiunta in meno di 6 ore (347 min) in moderata purezza (circa 49%).

La sintesi peptidica in fase solida a ultrasuoni (US-SPPS) è una tecnica efficace per la sintesi peptidica che impedisce la racemizzazione.

Sintesi peptidica più veloce tramite sintesi peptidica in fase solida utilizzando l'agitazione ultrasonica.
(Studio e analisi: Wołczański et al., 2019)

Merlino et al. (2019) hanno anche condotto uno studio completo degli effetti degli ultrasuoni sulla sintesi peptidica in fase solida basata su Fmoc, che ha permesso la sintesi di diversi peptidi biologicamente attivi (fino a 44-mer), con un notevole risparmio di materiale e tempo di reazione. Hanno dimostrato che gli ultrasuoni non hanno esacerbato le principali reazioni collaterali e hanno migliorato la sintesi di peptidi dotati di “sequenze difficili”, ponendo la sintesi peptidica in fase solida promossa dagli ultrasuoni (US-SPPS) tra le attuali strategie di sintesi peptidica ad alta efficienza.

La disponibilità di sistemi ad alte prestazioni per la sintesi ultrasonica (sonica) dei peptidi permette di migliorare notevolmente i tassi di sintesi e di aumentare la purezza dei prodotti grezzi. (cfr. Wołczański et al., 2019)

La sintesi peptidica a ultrasuoni dà alti rendimenti di peptidi con elevata purezza, mentre la racemizzazione è impedita.

L'indagine della racemizzazione. Confronto degli spettri 1H NMR significativi di modelli di peptidi sintetizzati manualmente utilizzando l'approccio classico a temperatura ambiente vs il metodo ultrasonico a temperatura elevata. Gli spostamenti chimici dei protoni α di His e Cys e del gruppo metilenico di Acm (pannelli di sinistra), i protoni ɣ-metilici di Val (pannelli di destra) mostrano che la sonicazione a 70°C non causa racemizzazione.
(Studio e analisi: Wołczański et al., 2019)

Scissione ultrasonica dei peptidi

Dopo la sintesi peptidica in fase solida (SPPS), i peptidi sintetizzati devono essere scissi dalle resine polimeriche. Questo passo è noto anche come deprotezione. Quando si confrontano l'agitazione comune e l'ultrasuoni per la scissione dei peptidi dalla resina, il metodo di agitazione richiede circa 1 ora, mentre la scissione ultrasonica può essere realizzata in 15-20 minuti. Il clivaggio peptidico ad ultrasuoni può essere applicato al clivaggio di aminoacidi protetti e di peptidi legati alle resine di polistirene attraverso legami esteri benzilici.

La scissione a ultrasuoni è una tecnica rapida e affidabile per separare i peptidi sintetizzati dalla resina di polistirene.

La scissione a ultrasuoni dei peptidi dalla resina di polistirene dà alte rese di peptidi in alta purezza, senza racemizzazione, all'interno di una procedura rapida.
(studio e grafica: ©Anuradha e Ravindranath, 1995)

Reattore agitato ad ultrasuoni per una migliore sintesi peptidica.

Reattore agitato a ultrasuoni per una sintesi peptidica migliorata e accelerata. L'immagine mostra il ultrasuoni UP200St in un reattore di vetro agitato.

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Ultrasuoni ad alte prestazioni per la sintesi dei peptidi
Hielscher Ultrasonics offre diverse soluzioni a ultrasuoni per la sonicazione diretta e indiretta. Processori a ultrasuoni potenti e controllabili con precisione forniscono esattamente la giusta quantità di energia a ultrasuoni al recipiente di reazione. Sia che utilizziate siringhe, tubi, piastre a più pozzetti o reattori in vetro come recipiente di sintesi, Hielscher Ultrasonics offre l'ultrasuonatore più adatto alla vostra applicazione peptidica.

I sistemi a ultrasuoni Hielscher sono ideali per la sintesi di

  • peptidi personalizzati
  • produzione di peptidi su larga scala
  • librerie di peptidi

Molte sintesi peptidiche vengono eseguite in siringhe (ad esempio, reattori a siringa fritta). L'agitatore ultrasonico per siringa di Hielscher sonicchia la soluzione peptidica accoppiando le onde ultrasoniche attraverso la parete della siringa nel liquido. L'agitatore a siringa a ultrasuoni è una delle soluzioni a ultrasuoni più popolari per la sintesi assistita da ultrasuoni dei peptidi.
Il corno a ultrasuoni è uno strumento adatto a sonicare fino a 5 recipienti del reattore, mentre il VialTweeter può contenere fino a dieci tubi di reazione più altri cinque recipienti più grandi tramite l'accessorio clamp-on.
Per altri tipi di reattori come il reattore in fase solida Merrifield o Kamysz e altri recipienti/reattori in polipropilene o borosilicato, la Hielscher offre sistemi ultrasonici clamp-on personalizzati per la sonicazione indiretta.
Per la sintesi di peptidi in fase solida in piastre multipozzetto/microtiter, UIP400MTP è il dispositivo ideale. La cavitazione a ultrasuoni viene accoppiata indirettamente in modo uniforme nei numerosi pozzetti dei campioni per un trasferimento di massa e una reazione di sintesi superiori. Guardate il video qui sotto per vedere il UIP400MTP in azione!
Naturalmente, i reattori in vetro striato più grandi, ad esempio per la sintesi in fase di soluzione, possono essere facilmente equipaggiati con sonde a ultrasuoni (a.k.a. sonotrodi o corni ultrasonici) di qualsiasi dimensione.

Vantaggi degli ultrasuoni Hielscher per la sintesi dei peptidi

  • vari tipi di ultrasuoni
  • sonicazione diretta e indiretta
  • controllo preciso dell'intensità
  • controllo preciso della temperatura
  • ultrasuoni continui o pulsati
  • caratteristiche intelligenti, dispositivi programmabili
  • Disponibile per qualsiasi volume
  • Scalabilità lineare
L'omogeneizzatore a ultrasuoni UIP400MTP è in grado di sonicare piastre multipozzetto e micropiastre per la lisi cellulare, la frammentazione del DNA, la dispersione o l'omogeneizzazione.

UIP400MTP per la sonicazione multipozzetto

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Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.



Letteratura / Referenze

Particolarità / Cose da sapere

Peptidi

I peptidi sono composti in cui più amminoacidi sono collegati tramite legami ammidici, i cosiddetti legami peptidici. Quando sono legati in strutture complesse – tipicamente composto da 50 o più aminoacidi -, queste grandi strutture peptidiche sono chiamate proteine. I peptidi sono un elemento essenziale della vita e svolgono numerose funzioni nel corpo.

Sintesi peptidica

In chimica organica, biologia molecolare e scienze della vita, la sintesi peptidica è il processo di produzione di peptidi. I peptidi sono sintetizzati chimicamente tramite la reazione di condensazione del gruppo carbossilico di un aminoacido al gruppo amminico di un altro aminoacido. I gruppi di protezione (anche gruppi protettivi) sono di solito usati per evitare reazioni collaterali indesiderate con le varie catene laterali degli amminoacidi.
La sintesi chimica (in vitro) dei peptidi inizia il più delle volte accoppiando il gruppo carbossilico dell'amminoacido in arrivo (C-terminale) al N-terminale della catena peptidica in crescita. Al contrario di questa sintesi C-N, la biosintesi proteica naturale dei peptidi lunghi negli organismi viventi avviene nella direzione opposta. Ciò significa che nella biosintesi, il N-terminale dell'amminoacido in arrivo è collegato al C-terminale della catena proteica (N-to-C).
La maggior parte dei protocolli di ricerca e sviluppo per la sintesi dei peptidi sono basati su metodi in fase solida, mentre i metodi di sintesi in fase di soluzione si trovano nella produzione industriale su larga scala dei peptidi.


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.