Festphase-Peptidsynthes – Méi effizient mat Ultraschallbehandlung
D’Festphase-Peptidsynthes (SPPS) ass déi üblech Method fir d’Peptidsynthes. D’Ultraschallbehandlung ass en zouverlässegt Mëttel fir d’Festphase-Peptidsynthes ze verstäerken, wat zu méi héije Rendementer, verbesserter Rengheet, kenger Racemiséierung an enger däitlech erhéichter Reaktiounsvitesse féiert. Hielscher Ultrasonics bitt verschidden Ultraschallléisunge fir d’Peptidsynthes, d’Ofspaltung an d’Opléisung un.
Ultraschallgestëtzte Festphase-Peptidsynthes
D’Ultraschallbehandlung gëtt schonn a groussem Ëmfang als Verstäerkungsmethod an der organescher Synthes agesat an ass bekannt fir hir Virdeeler wéi drastesch verkierzte Reaktiounszäiten, méi héich Rendementer, manner Nieweprodukter, d’Ausléise vu Reaktiounsweeër, déi op aner Manéieren net méiglech wieren, an/oder eng besser Selektivitéit. Grouss Virdeeler kënnen och erreecht ginn, wann Ultraschall a Peptidsynthesreaktiounen agekoppelt gëtt. Fuerschungsresultater hu gewisen, datt d’ultraschallgestëtzte Peptidsynthes bannent enger kuerzer Reaktiounszäit en optiméierte Rendement u Peptide mat héijer Rengheet an ouni Racemiséierung erreecht.
- Héich Peptidrendementer
- Däitlech méi séier Synthes
- Méi héich Peptidrengheet
- Keng Racemiséierung
- Parallel Synthes vu verschiddene Peptiden
- Op all Volumen skaléierbar
Ultraschall-Cuphorn fir déi gläichméisseg Ultraschallbehandlung vu méi Reaktiounsgefäässer fir eng verbessert Peptidsynthes.
Grafik, déi d’Merrifield-Festphase-Peptidsynthes weist. D’Ultraschallbehandlung gëtt agesat, fir d’Synthesreaktioun ze fërderen an ze verstäerken, souwéi fir déi synthetiséiert Peptide vum Harz ofzespalten.
Grafik: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Etüd | Ënnersicht Peptid(en) | Reaktiounszäit (klassesch géintiwwer US-SPPS) | Rengheet vum Réiprodukt (klassesch géintiwwer US-SPPS) | Racemiséierung an Niewereaktiounen | Wichtegst Erkenntnisser |
|---|---|---|---|---|---|
| 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% | Keng bei Cys/His observéiert, och net bei 70°C | ~7–12x méi séier Synthes; grouss Verbesserunge vun der Rengheet, besonnesch bei Sequenzen, déi zur Aggregatioun tendéieren, wéi 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 (nëmmen US) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Net getest; liichte Réckgang vun der Rengheet bei Pep2 festgestallt | 14x Zäitreduktioun fir Pep1; Rendementer u Réiprodukt däitlech erhéicht. |
| Merlino et al. (2019) | Modellpentapeptiden, Peptide bis zu 44-mer, “schwiereg Sequenzen” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (Modell) | 84% → 93% (Modell); däitlech méi héich wéi bei thermescher Erhëtzung (~45°C) | Keng signifikant Erhéijung bei Cys/His-Enantiomeren | Héich effektiv bei schwierege Sequenzen a Sequenzen, déi zur Aggregatioun tendéieren; erméiglecht e reduzéierten Iwwerschoss u Reagenzien, wärend eng héich Rengheet bäibehale gëtt. |
Mat Ultraschall verbessert Festphase-Peptidsynthes
D’Festphase-Peptidsynthes (SPPS) ass eng cheemesch Reaktioun, déi et erméiglecht, eng Peptidketten duerch successiv Reaktioune vun Aminosaierderivater op engem onléisleche poréisen Dréier opzebauen. Déi traditionell Festphase-Peptidsynthes ass awer e relativ ineffizienten a luese Prozess. Dofir ass d’Intensivéierung vun der Peptidsynthes duerch Ultraschall e ganz geschaten Instrument fir eng méi effikass a méi séier Synthes vu Peptiden.
Silva et al. (2021) hunn déi “klassesch” Fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)-Festphase-Peptidsynthes (SPPS) mat der duerch Ultraschall (US) ënnerstëtzter SPPS verglach, op Basis vun der Hierstellung vun dräi Peptiden, nämlech dem fir de Fibroblaste-Wuesstumsfaktor-Rezeptor 3(FGFR3) spezifesche Peptid Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) an den neie Peptiden Pep2 (RQMATADEA-NH2) a Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
Déi duerch US ënnerstëtzt SPPS huet d’Zäit fir den Opbau vun de Peptiden am Verglach mat der “klassescher” Method ëm de Faktor 14 (Pep1) respektiv ëm de Faktor 4 (Pep2) reduzéiert. Interessanterweis huet déi duerch Ultraschall ënnerstëtzt SPPS Pep1 mat enger méi héijer Rengheet (82%) geliwwert wéi déi “klassesch” SPPS (73%). Déi bedeitend Zäitreduktioun a Kombinatioun mat der erreechter héijer Rengheet vun de Roupeptiden huet d’Fuerschungsekipp dozou bruecht, déi duerch US ënnerstëtzt SPPS op dat grousst Peptid Pep3 unzewenden, dat eng héich Zuel u hydrophoben Aminosaieren an Homooligosequenzen opweist. Bemierkenswäerterweis ass d’Synthes vun dësem Peptid aus 25 Aminosaieren a manner wéi 6 Stonnen (347 min) mat enger mëttelméisseger Rengheet (ongeféier 49%) gelongen.
Méi séier Peptidsynthes duerch Festphase-Peptidsynthes mat Beweegung duerch Ultraschall.
(Etüd an Analys: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) hunn och eng ëmfaassend Etüd iwwer d’Auswierkunge vun Ultraschall op d’Fmoc-baséiert Festphase-Peptidsynthes duerchgefouert, déi d’Synthes vu verschiddene biologesch aktive Peptiden (mat bis zu 44 Aminosaieren) mat enger bemierkenswäerter Aspuerung u Material a Reaktiounszäit erméiglecht huet. Si hunn nogewisen, datt d’Ultraschallbehandlung déi wichtegst Niewereaktiounen net verstäerkt huet an d’Synthes vu Peptide mat “schwierege Sequenzen” verbessert huet, wouduerch déi duerch Ultraschall gefërdert Festphase-Peptidsynthes (US-SPPS) zu den aktuelle Strategië fir eng héich effizient Peptidsynthes gehéiert.
D’Disponibilitéit vu leeschtungsstaarke Systemer fir d’Synthes vu Peptiden duerch Ultraschall (sonesch Synthes) erméiglecht däitlech verbessert Synthesvitessen an eng Erhéijung vun der Rengheet vun de Rouprodukter. (vgl. Wołczański et al., 2019)
D’Ënnersichung vun der Racemiséierung. Verglach vun aussokräftegen 1H NMR-Spektre vu Modellpeptiden, déi manuell mat der klassescher Approche bei Raumtemperatur respektiv mat der Ultraschallmethod bei erhéichter Temperatur synthetiséiert goufen. Déi cheemesch Verréckelunge vun den α-Protone vun His a Cys an der Methylengrupp vun Acm (lénks Diagrammer) souwéi vun den ɣ-Methylprotone vu Val (riets Diagrammer) weisen, datt d’Ultraschallbehandlung bei 70°C keng Racemiséierung verursaacht.
(Etüd an Analys: Wołczański et al., 2019)
Ofspaltung vu Peptiden duerch Ultraschall
No der Festphase-Peptidsynthes (SPPS) mussen déi synthetiséiert Peptide vun de polymere Harzer ofgespléckt ginn. Dëse Schrëtt ass och als Ofspaltung vun de Schutzgruppe bekannt. Wann dat üblecht Rëselen an d’Ultraschallbehandlung fir d’Ofspaltung vu Peptide vum Harz verglach ginn, brauch d’Rëselmethod ongeféier 1 Stonn, wärend d’Ofspaltung duerch Ultraschall a 15 bis 20 min duerchgefouert ka ginn. D’Peptidofspaltung duerch Ultraschall kann op d’Ofspaltung vu geschützten Aminosaieren a Peptiden ugewannt ginn, déi iwwer benzylech Esterbindungen u Polystyrolharzer gebonne sinn.
D’Ofspaltung vu Peptide vu Polystyrolharz duerch Ultraschall liwwert an engem séiere Verfare héich Ausbezuele vu Peptide mat héijer Rengheet, ouni Racemiséierung.
(Etüd a Grafik: ©Anuradha a Ravindranath, 1995)
Reakter mat Beweegung duerch Ultraschall fir eng verbessert a beschleunegt Peptidsynthes. D’Bild weist den Ultraschallapparat UP200St an engem Glasreakter mat Réierwierk.
Leeschtungsstaark Ultraschallapparater fir d’Peptidsynthes
Hielscher Ultrasonics bitt verschidden Ultraschallléisunge fir direkt an indirekt Ultraschallbehandlung un. Leeschtungsstaark a präzis steierbar Ultraschallprozessoren féieren dem Reaktiounsgefäss genee déi richteg Quantitéit un Ultraschallenergie zou. Egal ob Dir Sprëtzen, Réier, Multiwell-Placken oder Glasreaktoren als Synthesgefäss benotzt, Hielscher Ultrasonics bitt deen Ultraschallapparat un, deen am beschte fir Är Peptidapplikatioun gëeegent ass.
- moossgeschneiderte Peptiden
- Peptidproduktioun a groussem Moossstaf
- Peptidbibliothéiken
Vill Peptidsynthese ginn a Sprëtzen duerchgefouert (z. B. Sprëtzereaktore mat Fritten). Den Ultraschallagitator fir Sprëtze vun Hielscher behandelt d’Peptidléisung mat Ultraschall, andeems en d’Ultraschallwellen duerch d’Sprëtzewand an d’Flëssegkeet akoppelt. Den Ultraschallagitator fir Sprëtzen ass eng vun de beléiftsten Ultraschallléisunge fir d’ultraschallënnerstëtzt Synthes vu Peptiden.
Den Ultraschall-CupHorn ass e gëeegent Instrument, fir bis zu 5 Reaktiounsgefässer mat Ultraschall ze behandelen, wärend de VialTweeter bis zu zéng Reaktiounsréier an zousätzlech fënnef méi grouss Gefässer iwwer Klemmzubehör ophuele kann.
Fir aner Reaktortyppe wéi de Merrifield- oder Kamysz-Festphasereaktor an aner Gefässer a Reaktoren aus Polypropylen oder Borosilikat bitt Hielscher Ultraschallapparater fir indirekt an direkt Ultraschallbehandlung mat moossgeschneiderter Klemmbefestegung oder Flansch un.
Natierlech kënne méi grouss Glasreaktore mat Réierwierk, z. B. fir d’Synthes an der Léisungsphas, einfach mat Ultraschallsonden (och Sonotroden oder Ultraschallhäerner genannt) vun all Gréisst equipéiert ginn.
- verschidden Typpe vun Ultraschallapparater
- direkt an indirekt Ultraschallbehandlung
- präzis Steierung vun der Intensitéit
- präzis Temperatursteierung
- kontinuéierlechen oder gepulsten Ultraschall
- intelligent Funktiounen, programméierbar Apparater
- fir all Volumen verfügbar
- linear Skaléierbarkeet
Fir d’Festphasepeptidsynthes a Multiwell-/Mikrotiterplacken ass den UIP400MTP den idealen Apparat. D’Ultraschallkavitatioun gëtt indirekt a gläichméisseg an déi vill Prouwevertiefungen akoppelt, fir e besonnesch gudde Stofftransport an eng besonnesch gutt Synthesreaktioun z’erreechen. Kuckt de Video hei ënnen, fir den Ultraschallapparat fir Mikroplacken UIP400MTP an Aktioun ze gesinn!
Kontaktéiert eis! / Stellt eis Är Froen!
Hielscher Ultrasonics produzéiert héichleeschtungsfäeg Ultraschallhomogenisateure fir Mëschapplikatiounen, Dispersioun, Emulgéierung an Extraktioun am Labo-, Pilot- an industrielle Moossstaf.
Wëssenswäertes iwwer d’Ultraschall-Peptidsynthes
Wat si Peptiden?
Peptide si Verbindungen, an deene méi Aminosaieren iwwer Amidbindungen, sougenannt Peptidbindungen, matenee verbonne sinn. Wa se a komplexe Strukture gebonne sinn – déi typescherweis aus 50 oder méi Aminosaieren bestinn –, ginn dës grouss Peptidstrukturen als Proteinne bezeechent. Peptide sinn e wesentleche Baustee vum Liewen an erfëllen eng Villzuel vu Funktiounen am Kierper.
Wéi funktionéiert d’Peptidsynthes?
An der organescher Chimie, der Molekularbiologie an de Liewenswëssenschaften ass d’Peptidsynthes de Prozess, bei deem Peptide produzéiert ginn. Peptide gi cheemesch duerch eng Kondensatiounsreaktioun vun der Carboxylgrupp vun enger Aminosaier mat der Aminogrupp vun enger anerer Aminosaier synthetiséiert. Strategie mat Schutzgruppe ginn normalerweis agesat, fir onerwënscht Niewereaktioune mat de verschiddene Säiteketten vun den Aminosaieren ze vermeiden.
Déi cheemesch (in-vitro) Peptidsynthes fänkt meeschtens domat un, datt d’Carboxylgrupp vun der bäikommender Aminosaier (C-Terminus) un den N-Terminus vun der wuessender Peptidkette gekoppelt gëtt. Am Géigesaz zu dëser C-zu-N-Synthes leeft déi natierlech Proteinbiosynthes vu laange Peptiden a liewegen Organismen an der ëmgedréinter Richtung of. Dat bedeit, datt bei der Biosynthes den N-Terminus vun der bäikommender Aminosaier mam C-Terminus vun der Proteinkette verbonne gëtt (N-zu-C).
Déi meescht Fuerschungs- an Entwécklungsprotokoller fir d’Peptidsynthes baséieren op Festphasemethoden, wärend Methode fir d’Synthes an der Léisungsphas an der industrieller Produktioun vu Peptiden a groussem Moossstaf ze fanne sinn.
Wat ass den aktuelle Stand vun der Technik an der Peptidsynthes?
SUS-SPPS (nohalteg ultraschallënnerstëtzt SPPS) huet de Prozess noweislech op nëmmen zwee Schrëtt pro Zyklus reduzéiert (kombinéiert Kopplung/Blockéierung/Ofspaltung vun de Schutzgruppen + een eenzege Wäschschrëtt), wat de Léisungsmëttelverbrauch an den Zäitopwand däitlech reduzéiert. (kuckt Mottola et al., 2025)
Ultraschallënnerstëtzt TAPS ass eng Kombinatioun an der Entwécklung mat nogewisenem Erfolleg bei Totalsynthesen (z. B. Lipobactin) a gëtt vun CDMOe fir d’Produktioun vun aktive pharmazeutesche Wierkstoffer (API) ënnersicht.
Entdeckt d’Virdeeler vun der ultraschallënnerstëtzter TAGGING-Peptidsynthes!
Kontinuéierlech Veraarbechtung gëtt als weider Verbesserung ënnersicht – kontinuéierlech Eendëppen-Synthesplattforme mat Ënnerstëtzung vu silyléierten Tags goufe beschriwwen.
D’Gebitt entwéckelt sech a Richtung vun de Prinzipie vun der grénger Chimie, woubäi souwuel Ultraschall wéi och TAPS zu engem reduzéierte Léisungsmëttelverbrauch, engem méi niddrege Reagenzasaz an enger verbesserter Nohaltegkeet bäidroen.
Literatur / Referenzen
- 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 produzéiert héichleeschtungsfäeg Ultraschallhomogenisateuren a Gréisste vum Labo bis zu industrieller Gréisst.