მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი – უფრო ეფექტური ულტრაბგერითი დამუშავებით
მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი (SPPS) არის პეპტიდების სინთეზის საყოველთაოდ მიღებული მეთოდი. ულტრაბგერითი დამუშავება არის სანდო ინსტრუმენტი მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზის გასაძლიერებლად, რაც იწვევს უფრო მაღალ გამოსავლიანობას, გაუმჯობესებულ სიწმინდეს, რაცემიზაციის არქონას და რეაქციის სიჩქარის მნიშვნელოვან აჩქარებას. Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ სხვადასხვა ულტრაბგერით გადაწყვეტას პეპტიდების სინთეზისთვის, გახლეჩისთვის და გახსნისთვის.
ულტრაბგერითი მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი
ულტრაბგერითი დამუშავება უკვე ფართოდ გამოიყენება, როგორც გაძლიერების მეთოდი ორგანულ სინთეზში და კარგადაა ცნობილი თავისი უპირატესობებით, როგორიცაა რეაქციის დროის მკვეთრი შემცირება, უფრო მაღალი გამოსავლიანობა, ნაკლები გვერდითი პროდუქტები, გზების ინიცირება, რომლებიც სხვაგვარად შეუძლებელი იყო, და/ან უკეთესი სელექციურობა. დიდი სარგებელი შეიძლება მიღებულ იქნას მაშინაც, როდესაც ულტრაბგერითი დამუშავება შედის პეპტიდების სინთეზის რეაქციებში. სამეცნიერო ნაშრომებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი დახმარებით პეპტიდების სინთეზი აღწევს პეპტიდების ოპტიმიზებულ გამოსავლიანობას მაღალი სიწმინდით, რაცემიზაციის გარეშე მოკლე რეაქციის დროში.
- პეპტიდების მაღალი გამოსავლიანობა
- მნიშვნელოვნად უფრო სწრაფი სინთეზი
- პეპტიდების უფრო მაღალი სიწმინდე
- რაცემიზაციის არქონა
- სხვადასხვა პეპტიდების პარალელური სინთეზი
- მასშტაბირებადი ნებისმიერ მოცულობაზე
ულტრაბგერითი კუპჰორნი რამდენიმე რეაქტორის ჭურჭლის ერთგვაროვანი ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის, პეპტიდური სინთეზის გასაუმჯობესებლად.
გრაფიკა, რომელიც აჩვენებს მერიფილდის მყარი ფაზის პეპტიდურ სინთეზს. ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება სინთეზის რეაქციის ხელშესაწყობად და გასაძლიერებლად, ასევე სინთეზირებული პეპტიდების ფისიდან მოსაცილებლად.
გრაფიკა: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| კვლევა | შესწავლილი პეპტიდ(ებ)ი | რეაქციის დრო (კლასიკური მეთოდი და US-SPPS) | ნედლი პროდუქტის სიწმინდე (კლასიკური მეთოდი და US-SPPS) | რაცემიზაცია და გვერდითი რეაქციები | მთავარი დასკვნები |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | მეტ-ენკეფალინი, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-ენდორფინი | 600–1920 წთ → 48–284 წთ | 24,2–71,3% → 60,6–89,9% | არ დაფიქსირებულა Cys/His-ისთვის, თუნდაც 70°C-ზე | ~7–12-ჯერ უფრო სწრაფი სინთეზი; სიწმინდის მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება, განსაკუთრებით აგრეგაციისკენ მიდრეკილი თანმიმდევრობებისთვის, როგორიცაა TAT. |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12-მერი), Pep2 (9-მერი), Pep3 (25-მერი) | >3515/365 წთ → ~250/85 წთ (Pep1/Pep2); Pep3: 347 წთ (მხოლოდ US) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | არ შემოწმებულა; აღინიშნა სიწმინდის მცირე დაცემა Pep2-ში | Pep1-ისთვის დროის 14-ჯერ შემცირება; ნედლი პროდუქტის გამოსავლიანობა მნიშვნელოვნად გაიზარდა. |
| Merlino et al. (2019) | მოდელური პენტაპეპტიდები, პეპტიდები 44-მერამდე, “რთული თანმიმდევრობები” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 წთ → 30 წთ (მოდელი) | 84% → 93% (მოდელი); მნიშვნელოვნად უფრო მაღალი, ვიდრე თერმული გათბობისას (~45°C) | არ დაფიქსირებულა მნიშვნელოვანი ზრდა Cys/His ენანტიომერებისთვის | უაღრესად ეფექტურია რთული/აგრეგაციისკენ მიდრეკილი თანმიმდევრობებისთვის; იძლევა რეაგენტების სიჭარბის შემცირების საშუალებას მაღალი სიწმინდის შენარჩუნებით. |
ულტრაბგერით გაუმჯობესებული მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი
მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი (SPPS) არის ქიმიური რეაქცია, რომელიც იძლევა პეპტიდური ჯაჭვის აგების საშუალებას ამინომჟავების წარმოებულების თანმიმდევრული რეაქციებით უხსნად ფოროვან მატარებელზე. თუმცა, ტრადიციული მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი შედარებით არაეფექტური და ნელი პროცესია. ამიტომ, პეპტიდური სინთეზის ულტრაბგერითი ინტენსიფიკაცია მეტად დაფასებული ინსტრუმენტია პეპტიდების უფრო ეფექტური და სწრაფი სინთეზისთვის.
Silva et al. (2021) შეადარეს „კლასიკური“ ფლუორენილმეთოქსიკარბონილზე (Fmoc) დაფუძნებული მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი (SPPS) ულტრაბგერის (US) დახმარებით მიმდინარე SPPS-ს სამი პეპტიდის მომზადების მაგალითზე: ფიბრობლასტების ზრდის ფაქტორის რეცეპტორ 3-ის (FGFR3) მიმართ სპეციფიკური პეპტიდის Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) და ახალი პეპტიდების Pep2 (RQMATADEA-NH2) და Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
US-ის დახმარებით მიმდინარე SPPS-მა „კლასიკურ“ მეთოდთან შედარებით პეპტიდის აგებისთვის საჭირო დრო 14-ჯერ (Pep1) და 4-ჯერ (Pep2) შეამცირა. საინტერესოა, რომ ულტრაბგერის დახმარებით მიმდინარე SPPS-ით მიღებულ Pep1-ს უფრო მაღალი სიწმინდე (82%) ჰქონდა, ვიდრე „კლასიკური“ SPPS-ით მიღებულს (73%). დროის მნიშვნელოვანმა შემცირებამ და მიღებული ნედლი პეპტიდის მაღალმა სიწმინდემ კვლევით ჯგუფს უბიძგა, US-ის დახმარებით მიმდინარე SPPS გამოეყენებინა დიდი პეპტიდის Pep3 სინთეზისთვის, რომელიც შეიცავს ჰიდროფობური ამინომჟავებისა და ჰომოოლიგომერული თანმიმდევრობების დიდ რაოდენობას. აღსანიშნავია, რომ ამ 25-მერი პეპტიდის სინთეზი განხორციელდა 6 საათზე ნაკლებ დროში (347 წთ) ზომიერი სიწმინდით (დაახლ. 49%).
პეპტიდების უფრო სწრაფი სინთეზი მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზის მეშვეობით ულტრაბგერითი აღრევის გამოყენებით.
(კვლევა და ანალიზი: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) ასევე ჩაატარეს Fmoc-ზე დაფუძნებულ მყარი ფაზის პეპტიდურ სინთეზზე ულტრაბგერის ზემოქმედების ყოვლისმომცველი კვლევა, რომლის ფარგლებშიც შესაძლებელი გახდა სხვადასხვა ბიოლოგიურად აქტიური პეპტიდის სინთეზი (44-მერამდე), მასალისა და რეაქციის დროის მნიშვნელოვანი დაზოგვით. მათ აჩვენეს, რომ ულტრაბგერითმა დამუშავებამ არ გააძლიერა ძირითადი გვერდითი რეაქციები და გააუმჯობესა „რთული თანმიმდევრობების“ მქონე პეპტიდების სინთეზი, რითაც ულტრაბგერით სტიმულირებული მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზი (US-SPPS) პეპტიდების სინთეზის თანამედროვე მაღალეფექტურ სტრატეგიებს შორის მოექცა.
პეპტიდების ულტრაბგერითი სინთეზისთვის მაღალეფექტური სისტემების ხელმისაწვდომობა საშუალებას იძლევა მნიშვნელოვნად გაიზარდოს სინთეზის სიჩქარე და ნედლი პროდუქტების სიწმინდე. (იხ. Wołczański et al., 2019)
რაცემიზაციის კვლევა. ოთახის ტემპერატურაზე კლასიკური მიდგომით ხელით სინთეზირებული მოდელური პეპტიდებისა და მაღალ ტემპერატურაზე ულტრაბგერითი მეთოდით სინთეზირებული მოდელური პეპტიდების მნიშვნელოვანი 1H NMR სპექტრების შედარება. His-ისა და Cys-ის α-პროტონებისა და Acm-ის მეთილენის ჯგუფის ქიმიური წანაცვლებები (მარცხენა პანელები), ასევე Val-ის ɣ-მეთილის პროტონების ქიმიური წანაცვლებები (მარჯვენა პანელები) აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება 70°C-ზე არ იწვევს რაცემიზაციას.
(კვლევა და ანალიზი: Wołczański et al., 2019)
პეპტიდების ულტრაბგერითი გახლეჩა
მყარი ფაზის პეპტიდური სინთეზის (SPPS) შემდეგ სინთეზირებული პეპტიდები უნდა მოცილდეს პოლიმერულ ფისებს. ეს ეტაპი ასევე ცნობილია როგორც დამცავი ჯგუფების მოცილება. ფისიდან პეპტიდების მოსაცილებლად ჩვეულებრივი შენჯღრევისა და ულტრაბგერითი დამუშავების შედარებისას, შენჯღრევის მეთოდს სჭირდება დაახლ. 1 საათი, ხოლო ულტრაბგერითი მოცილება შეიძლება შესრულდეს 15-დან 20 წთ-ში. ულტრაბგერითი მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაცული ამინომჟავებისა და პეპტიდების მოსაცილებლად, რომლებიც პოლისტიროლის ფისებთან ბენზილის რთულეთერული ბმებით არის დაკავშირებული.
პოლისტიროლის ფისიდან პეპტიდების ულტრაბგერითი მოცილება სწრაფი პროცედურით უზრუნველყოფს მაღალი სიწმინდის პეპტიდების მაღალ გამოსავლიანობას, რაცემიზაციის გარეშე.
(კვლევა და გრაფიკა: ©Anuradha and Ravindranath, 1995)
ულტრაბგერითი აღრევის რეაქტორი პეპტიდური სინთეზის გასაუმჯობესებლად და დასაჩქარებლად. სურათზე ნაჩვენებია ულტრაბგერითი აპარატი UP200St მინის რეაქტორში, რომელშიც მორევა მიმდინარეობს.
მაღალეფექტური ულტრაბგერითი აპარატები პეპტიდური სინთეზისთვის
Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ სხვადასხვა ულტრაბგერით გადაწყვეტას პირდაპირი და არაპირდაპირი ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის. მძლავრი და ზუსტად მართვადი ულტრაბგერითი პროცესორები რეაქციის ჭურჭელს ზუსტად საჭირო რაოდენობის ულტრაბგერით ენერგიას აწვდიან. იმის მიუხედავად, სინთეზის ჭურჭლად შპრიცებს, სინჯარებს, მრავალფოსოიან ფირფიტებს თუ მინის რეაქტორებს იყენებთ, Hielscher Ultrasonics პეპტიდებთან დაკავშირებული თქვენი ამოცანისთვის ყველაზე შესაფერის ულტრაბგერით აპარატს გთავაზობთ.
- ინდივიდუალურად შექმნილი პეპტიდები
- მასშტაბური პეპტიდური წარმოება
- პეპტიდური ბიბლიოთეკები
პეპტიდების სინთეზი ხშირად შპრიცებში ხორციელდება (მაგ., ფოროვანი ფილტრით აღჭურვილ შპრიცულ რეაქტორებში). Hielscher-ის ულტრაბგერითი შპრიცის შემრევი პეპტიდურ ხსნარს ულტრაბგერითად ამუშავებს, ულტრაბგერითი ტალღების შპრიცის კედლის გავლით სითხეში გადაცემით. ულტრაბგერითი შპრიცის შემრევი პეპტიდების ულტრაბგერის დახმარებით სინთეზისთვის ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული ულტრაბგერითი გადაწყვეტაა.
ულტრაბგერითი კუპჰორნი (Cuphorn) შესაფერისი ინსტრუმენტია მაქსიმუმ 5 რეაქტორული ჭურჭლის ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის, ხოლო VialTweeter იტევს მაქსიმუმ ათ რეაქციულ სინჯარას და მომჭერით დასამაგრებელი აქსესუარის მეშვეობით დამატებით ხუთ უფრო დიდ ჭურჭელს.
სხვა ტიპის რეაქტორებისთვის, როგორიცაა Merrifield-ის ან Kamysz-ის მყარი ფაზის რეაქტორი და სხვა პოლიპროპილენის ან ბოროსილიკატის ჭურჭლები და რეაქტორები, Hielscher სთავაზობს ულტრაბგერითი დამუშავების სისტემებს პირდაპირი და არაპირდაპირი ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის, ინდივიდუალურად შექმნილი კლიპ-ონ მონტაჟით ან ფლანგით.
რა თქმა უნდა, უფრო დიდი მინის რეაქტორები მორევით, მაგ., ხსნარის ფაზაში სინთეზისთვის, მარტივად შეიძლება აღიჭურვოს ნებისმიერი ზომის ულტრაბგერითი ზონდებით (იგივე სონოტროდებით ან ულტრაბგერითი რქებით).
- ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების სხვადასხვა ტიპი
- პირდაპირი და არაპირდაპირი ულტრაბგერითი დამუშავება
- ინტენსივობის ზუსტი კონტროლი
- ტემპერატურის ზუსტი კონტროლი
- უწყვეტი ან იმპულსური ულტრაბგერა
- სმარტ ფუნქციები, პროგრამირებადი მოწყობილობები
- ხელმისაწვდომი ნებისმიერი მოცულობისთვის
- ლინეარული მასშტაბირებადობა
მრავალფოსოიან/მიკროტიტრულ ფირფიტებში პეპტიდების მყარფაზური სინთეზისთვის UIP400MTP იდეალური მოწყობილობაა. ულტრაბგერითი კავიტაცია არაპირდაპირი გზით თანაბრად მიეწოდება ნიმუშების მრავალრიცხოვან ფოსოებს, რაც აუმჯობესებს მასათა გადატანასა და სინთეზის რეაქციას. იხილეთ ქვემოთ მოცემული ვიდეო, რომ ნახოთ მიკროფირფიტის ულტრაბგერითი დამუშავების სისტემა UIP400MTP მოქმედებაში!
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალეფექტურ ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის, დისპერგირების, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საცდელ და სამრეწველო მასშტაბებში.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს ულტრაბგერითი პეპტიდური სინთეზის შესახებ
რა არის პეპტიდები?
პეპტიდები არის ნაერთები, რომლებშიც მრავალი ამინომჟავა ამიდური ბმებით, ე.წ. პეპტიდური ბმებითაა დაკავშირებული. როდესაც ისინი გაერთიანებულია რთულ სტრუქტურებში, რომლებიც, როგორც წესი, 50 ან მეტი ამინომჟავისგან შედგება, ამ დიდ პეპტიდურ სტრუქტურებს ცილები ეწოდება. პეპტიდები სიცოცხლის აუცილებელი საშენი მასალაა და ორგანიზმში მრავალფეროვან ფუნქციას ასრულებს.
როგორ მუშაობს პეპტიდური სინთეზი?
ორგანულ ქიმიაში, მოლეკულურ ბიოლოგიასა და სიცოცხლის მეცნიერებებში, პეპტიდური სინთეზი პეპტიდების წარმოების პროცესია. პეპტიდები ქიმიურად სინთეზდება ერთი ამინომჟავის კარბოქსილის ჯგუფისა და მეორე ამინომჟავის ამინოჯგუფის კონდენსაციის რეაქციის გზით. არასასურველი გვერდითი რეაქციების თავიდან ასაცილებლად სხვადასხვა ამინომჟავის გვერდით ჯაჭვებთან, ჩვეულებრივ, დამცავი ჯგუფების (ასევე სადამცავი ჯგუფების) სტრატეგიები გამოიყენება.
ქიმიური (in-vitro) პეპტიდური სინთეზი უმეტეს შემთხვევაში იწყება შემომავალი ამინომჟავის კარბოქსილის ჯგუფის (C-ტერმინუსი) მზარდი პეპტიდური ჯაჭვის N-ტერმინუსთან დაკავშირებით. ამ C-to-N სინთეზის საპირისპიროდ, ცოცხალ ორგანიზმებში გრძელი პეპტიდების ბუნებრივი ცილოვანი ბიოსინთეზი საპირისპირო მიმართულებით მიმდინარეობს. ეს ნიშნავს, რომ ბიოსინთეზში შემომავალი ამინომჟავის N-ტერმინუსი ცილოვანი ჯაჭვის C-ტერმინუსთანაა დაკავშირებული (N-to-C).
პეპტიდური სინთეზის კვლევისა და განვითარების უმეტესი პროტოკოლები მყარი ფაზის მეთოდებზეა დაფუძნებული, ხოლო ხსნარის ფაზის სინთეზის მეთოდები პეპტიდების მასშტაბურ სამრეწველო წარმოებაში გვხვდება.
რა არის პეპტიდური სინთეზის თანამედროვე მდგომარეობა?
SUS-SPPS (მდგრადი, ულტრაბგერით ხელშეწყობილი SPPS) დადასტურდა, რომ პროცესს თითოეულ ციკლში მხოლოდ ორ ეტაპამდე ამცირებს (გაერთიანებული შეერთება/ტერმინალური ჯგუფების ბლოკირება/დამცავი ჯგუფების მოცილება + ერთჯერადი გამორეცხვა), რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს გამხსნელის მოხმარებასა და დროს. (იხ. Mottola et al., 2025)
ულტრაბგერითი TAPS არის ახალი კომბინაცია, რომლის წარმატებაც სრულ სინთეზებში (მაგ., ლიპობაქტინის) უკვე დადასტურებულია და რომელსაც CDMO-ები API-ის წარმოებისთვის იკვლევენ.
გაიგეთ ულტრაბგერითი TAGGING პეპტიდური სინთეზის უპირატესობები!
უწყვეტი დამუშავება იკვლევა როგორც შემდგომი გაუმჯობესების შესაძლებლობა – აღწერილია სილილირებული თეგის დახმარებით უწყვეტი, ერთ რეაქტორში მიმდინარე სინთეზის პლატფორმები.
დარგი მოძრაობს მწვანე ქიმიის პრინციპებისკენ, სადაც ულტრაბგერა და TAPS ორივე უზრუნველყოფენ გამხსნელის ნაკლებ მოხმარებას, რეაგენტების დაბალ დატვირთვასა და გაუმჯობესებულ მდგრადობას.
ლიტერატურა / ლიტერატურული წყაროები
- 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 აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული ზომიდან სამრეწველო ზომამდე.