Festphas-Peptid-Synthese – Effizienter mat Sonikatioun
Solid Phase Peptid Synthese (SPPS) ass déi gemeinsam Method fir Peptid Synthese. Ultrasonication ass en zouverlässeg Tool fir d'Synthese vun zolidd Phase Peptid ze verstäerken, wat zu méi héije Rendementer resultéiert, verbessert Rengheet, keng Racemiséierung a wesentlech beschleunegt Reaktiounsgeschwindegkeet. Hielscher Ultrasonics bitt verschidde Ultraschallléisungen fir Peptidsynthese, Spaltung an Opléisung.
Ultrasonic Solid-Phase Peptide Synthesis
Ultraschall gëtt scho wäit als Verstäerkungsmethod an der organescher Synthese ugewannt an ass bekannt fir seng Virdeeler wéi drastesch reduzéiert Reaktiounszäiten, méi héich Ausbezuelen, manner Nebenprodukter, d'Initiatioun vu Weeër, déi net op aner Weeër erreecht kënne ginn, an / oder besser Selektivitéit. Grouss Virdeeler kënnen och kritt ginn, wann d'Sonicatioun a Peptidsynthesereaktiounen gekoppelt ass. Fuerschungsresultater hunn bewisen datt ultraschall assistéiert Peptidsynthese optiméiert Ausbezuele vu Peptiden mat héijer Rengheet erreecht, ouni Racemiséierung bannent enger kuerzer Reaktiounszäit.
- Héich Peptid Ausbezuelen
- Däitlech méi séier Synthese
- Méi héich Peptid Rengheet
- Keng racemization
- Parallel Synthese vu verschiddene Peptiden
- Scalable to any volume
Ultrasonic Cuphorn fir déi eenheetlech Sonikatioun vu verschiddene Reaktergefässer fir eng verbessert Peptidsynthese.
Graphic demonstrating the Merrifield solid phase peptide synthesis. Ultrasonication is used to promote and enhance the synthesis reaction as well as for cleavage of the synthesized peptides from the resin.
Grafik: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Study | Peptide(s) Studied | Reaction Time (Classical vs US-SPPS) | Crude Purity (Classical vs US-SPPS) | Racemization and Side Reactions | Key Takeaways |
|---|---|---|---|---|---|
| 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% | None observed for Cys/His, even at 70°C | ~7–12x faster synthesis; major purity improvements, especially for aggregation-prone sequences like 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 (US only) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Not tested; slight purity drop in Pep2 noted | 14x time reduction for Pep1; crude yields significantly increased. |
| Merlino et al. (2019) | Model pentapeptides, peptides up to 44-mer, “schwéier Sequenzen” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (model) | 84% → 93% (model); significantly higher than thermal heating (~45°C) | No significant increase for Cys/His enantiomers | Highly effective for difficult/aggregation-prone sequences; allows reduced reagent excess while maintaining high purity. |
Solid Phase Peptid Synthese verbessert mat Ultraschall
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) ass eng chemesch Reaktioun déi d'Assemblée vun enger Peptidkette duerch successive Reaktioune vun Aminosaier Derivate op enger onlöslecher poröser Ënnerstëtzung erlaabt. Wéi och ëmmer, déi traditionell zolidd Phase Peptidsynthese ass e relativ ineffizienten a luesen Prozess. Dofir ass d'Ultraschallintensivéierung vun der Peptidsynthese en héich ugesi Tool fir eng méi effizient a séier Synthese vu Peptiden.
Silva et al. (2021) compared “classical” fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)-solid phase peptide synthesis (SPPS) with ultrasound (US)-assisted SPPS based on the preparation of three peptides, namely the fibroblast growth factor receptor 3(FGFR3)-specific peptide Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) and the novel peptides Pep2 (RQMATADEA-NH2) and Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
US-assisted SPPS led to a 14-fold (Pep1) and 4-fold time reduction (Pep2) in peptide assembly compared to the “classical” method. Interestingly, ultrasound-assisted SPPS yielded Pep1 in higher purity (82%) than the “classical” SPPS (73%). Déi bedeitend Zäitreduktioun kombinéiert mat der erreechbarer rauer Peptidreinheet huet d'Fuerschungsteam opgefuerdert US-assistéiert SPPS op dat grousst Peptid Pep3 anzesetzen, wat eng héich Unzuel vun hydrophoben Aminosäuren an Homooligo-Sequenzen weist. Bemierkenswäert war d'Synthese vun dësem 25-mer Peptid bannent manner wéi 6 Stonnen (347 min) a moderéierter Rengheet (ongeféier 49%).
Méi séier Peptidsynthese iwwer zolidd Phase Peptidsynthese mat Ultraschall Agitatioun.
(Studie an Analyse: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) also conducted a comprehensive study of the ultrasonic effects on Fmoc-based solid-phase peptide synthesis, which allowed for the synthesis of different biologically active peptides (up to 44-mer), with a remarkable savings of material and reaction time. They demonstrated that ultrasonication did not exacerbate the main side reactions and improved the synthesis of peptides endowed with “schwéier Sequenzen”, d'Ultraschall gefördert Solid-Phase Peptidsynthese (US-SPPS) ënnert den aktuellen héicheffizienten Peptidsynthesestrategien ze setzen.
D'Disponibilitéit vun High-Performance Systemer fir d'Ultraschall (klang) Synthese vu Peptiden erlaabt wesentlech verbesserte Synthesraten an eng Erhéijung vun der Rengheet vu Rohprodukter. (cf. Wołczański et al., 2019)
D'Untersuchung vun der Racemiséierung. Verglach vu bedeitende 1H NMR Spektra vu Modeller Peptiden manuell synthetiséiert mat der klassescher Approche bei Raumtemperatur vs Ultraschallmethod bei erhiewter Temperatur. Chemesch Verréckelung vu His a Cys α-Protonen a Methylengrupp vun Acm (lénks Paneele), ɣ-Methyl Protonen vu Val (riets Paneele) weisen datt d'Sonicatioun bei 70 ° C keng Racemiséierung verursaacht.
(Studie an Analyse: Wołczański et al., 2019)
Ultraschall Spaltung vu Peptiden
No Solid-Phase Peptidsynthese (SPPS), musse synthetiséiert Peptiden aus de polymeresche Harze ofgeschnidden ginn. Dëse Schrëtt ass och bekannt als Deprotectioun. Wann allgemeng Schüttel an Ultraschall fir Peptid Spaltung aus Harz verglach ginn, erfuerdert d'Schüttelmethod ca. 1 Stonn, wärend d'Ultraschallspaltung a 15 bis 20 min erreeche kann. D'Ultraschall Peptid Spaltung kann op d'Spaltung vu geschützte Aminosäuren a Peptiden applizéiert ginn, verbonne mat Polystyrolharzen duerch benzylesch Esterbindungen.
Ultraschall Spaltung vu Peptiden aus Polystyrolharz gëtt héich Ausbezuele vu Peptiden an héijer Rengheet, ouni Racemiséierung, bannent enger schneller Prozedur.
(Studie a Grafik: © Anuradha a Ravindranath, 1995)
Ultraschall agitéiert Reaktor fir verbessert a beschleunegt Peptidsynthese. D'Bild weist de Ultraschall UP200St an engem gerührte Glasreaktor.
High-Performance Ultrasonicators fir Peptide Synthese
Hielscher Ultrasonics bitt verschidde Ultraschallléisung fir direkt an indirekt Sonikatioun. Mächteg a präzis kontrolléierbar Ultraschallprozessoren liwweren genau déi richteg Quantitéit un Ultraschallenergie un d'Reaktiounsschëff. Egal ob Dir Sprëtzen, Réier, Multi-Well Placken oder Glasreaktoren als Synthesebehälter benotzt, Hielscher Ultrasonics bitt de gëeegentste Ultraschall fir Är Peptidapplikatioun.
- personaliséiert Peptiden
- grouss-Skala Peptid Produktioun
- peptide Bibliothéiken
Vill Peptidsynthese ginn a Sprëtzen ausgefouert (zB frittéiert Sprëtzreaktoren). Den Hielscher Ultraschallsprëtzagitator sonicéiert d'Peptidléisung, déi d'Ultraschallwellen duerch d'Sprëtzmauer an d'Flëssegkeet koppelt. Den Ultraschallsprëtzagitator ass eng vun de populäersten Ultraschallléisungen fir d'Ultraschall-assistéiert Synthese vu Peptiden.
Den Ultrasonic Cuphorn ass e gëeegent Tool fir bis zu 5 Reaktergefässer ze sonikéieren, wärend de VialTweeter bis zu zéng Reaktiounsröhren plus zousätzlech fënnef méi grouss Behälter iwwer Clamp-on Accessoire kann halen.
For other reactor types such as the Merrifield or Kamysz solid-phase reactor and other polypropylene or borosilicate vessels and reactors, Hielscher offers sonicators for indirect and direct sonication with customized clamp-on mounting or flange.
Selbstverständlech si gréisser Rührglasreaktoren, z.B. fir Léisung-Phase Synthes, kann einfach mat Ultraschall Sonden (a.k.a. Sonotrodes oder Ultrasonic Horn) vun all Gréisst equipéiert ginn.
- verschidden Typen vun Ultraschall
- direkt an indirekt sonication
- präzis Intensitéit Kontroll
- präzis Temperaturkontroll
- kontinuéierlech oder pulséiert Ultraschall
- Smart Fonctiounen, programméierbar Apparater
- verfügbar fir all Volumen
- linear Skalierbarkeet
For solid phase peptide synthesis in multi-well/microtiter plates, the UIP400MTP is the ideal device. Ultrasonic cavitation is indirectly coupled uniformly into the numerous sample wells for superior mass transfer and synthesis reaction. Watch the video below to see the microplate sonicator UIP400MTP in action!
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren fir d'Vermëschung vun Uwendungen, Dispersioun, Emulsifikatioun an Extraktioun op Labo, Pilot an Industrieskala.
Facts Worth Knowing about Ultrasonic Peptide Synthesis
What are Peptides?
Peptiden si Verbindunge wou verschidde Aminosäuren iwwer Amidbindunge verbonne sinn, sougenannte Peptidbindungen. Wann a komplexe Strukturen gebonnen – typesch besteet aus 50 oder méi Aminosäuren - dës grouss Peptidstrukture ginn Proteine genannt. Peptiden sinn e wesentleche Bausteen vum Liewen an erfëllen vill Funktiounen am Kierper.
How does Peptide Synthesis Work?
An der organescher Chimie, der Molekulare Biologie, an der Liewenswëssenschaft ass Peptidsynthese de Prozess fir Peptiden ze produzéieren. Peptiden ginn chemesch synthetiséiert iwwer Kondensatiounsreaktioun vun der Carboxylgrupp vun enger Aminosaier op d'Aminogrupp vun enger anerer Aminosaier. Schutzgruppen (och Schutzgruppen) Strategien ginn normalerweis benotzt fir ongewollte Säitreaktiounen mat de verschiddenen Aminosaier Säiteketten ze vermeiden.
Chemesch (in-vitro) Peptidsynthese fänkt meeschtens un andeems d'Carboxylgrupp vun der erakommen Aminosaier (C-Terminus) un den N-Terminus vun der wuessender Peptidkette Kopplung. Am Géigesaz zu dëser C-zu-N Synthese geschitt natierlech Proteinbiosynthese vu laange Peptiden a liewegen Organismen an der entgéintgesate Richtung. Dëst bedeit datt an der Biosynthese den N-Terminus vun der erakomm Aminosaier mam C-Terminus vun der Proteinkette (N-zu-C) verknëppelt ass.
Déi meescht Fuerschungs- an Entwécklungsprotokoller fir Peptidsynthese baséieren op zolidd Phase Methoden, wärend Léisungsphase Synthesemethoden an der grousser industrieller Produktioun vu Peptiden fonnt kënne ginn.
What is the Current State of the Art in Peptide Synthesis?
SUS-SPPS (Sustainable Ultrasound-assisted SPPS) has been demonstrated to reduce the process to just two steps per cycle (combined coupling/capping/deprotection + single wash), significantly reducing solvent consumption and time. (cf. Mottola et al., 2025)
Ultrasonic-assisted TAPS is an emerging combination with demonstrated success in total syntheses (e.g., lipobactin) and is being explored by CDMOs for API manufacturing.
Discover the advantages of ultrasonically-assisted TAGGING peptide synthesis!
Kontinuéierlech Veraarbechtung is being explored as a further enhancement – silylated tag-assisted continuous one-pot synthesis platforms have been described.
The field is moving toward green chemistry principles, with ultrasound and TAPS both contributing to reduced solvent use, lower reagent loading, and improved sustainability.
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 fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren aus Labo zu industriell Gréisst.