Peptīdu sintēze cietfāzē – Lielāka efektivitāte, izmantojot ultraskaņas apstrādi
Cietās fāzes peptīdu sintēze (SPPS) ir izplatīta peptīdu sintēzes metode. Ultrasonication ir uzticams līdzeklis, lai pastiprinātu cietās fāzes peptīdu sintēzi, kā rezultātā tiek iegūta augstāka raža, uzlabota tīrība, nav racemizācijas un ievērojami paātrināts reakcijas ātrums. Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādus ultraskaņas risinājumus peptīdu sintēzei, šķelšanai un izšķīdināšanai.
Ultrasonic Solid-Phase Peptide Synthesis
Ultrasonication jau tiek plaši izmantots kā intensificējoša metode organiskajā sintēzē un ir labi pazīstams ar savām priekšrocībām, piemēram, krasi samazinātu reakcijas laiku, augstāku ražu, mazāk blakusproduktu, ceļu uzsākšanu, ko nevarēja sasniegt citos veidos, un / vai labāku selektivitāti. Lielus ieguvumus var iegūt arī tad, ja ultraskaņas apstrāde ir saistīta ar peptīdu sintēzes reakcijām. Pētījumu rezultāti ir parādījuši, ka ultrasoniski atbalstīta peptīdu sintēze sasniedz optimizētu peptīdu ražu ar augstu tīrību, bez racemizācijas īsā reakcijas laikā.
- Augstas peptīdu ražas
- Ievērojami ātrāka sintēze
- Augstāka peptīdu tīrība
- Nav sacīkšu
- Dažādu peptīdu paralēlā sintēze
- Scalable to any volume
Ultraskaņas cuphorn vairāku reaktoru kuģu vienotai ultraskaņas apstrādei, lai uzlabotu peptīdu sintēzi.
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.
Attēls: ©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, “sarežģītas secības” (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. |
Cietās fāzes peptīdu sintēze uzlabota ar ultraskaņu
Cietās fāzes peptīdu sintēze (SPPS) ir ķīmiska reakcija, kas ļauj samontēt peptīdu ķēdi, secīgi reaģējot uz aminoskābju atvasinājumiem uz nešķīstošu porainu atbalstu. Tomēr tradicionālā cietās fāzes peptīdu sintēze ir salīdzinoši neefektīvs un lēns process. Tāpēc peptīdu sintēzes ultraskaņas intensifikācija ir augsti novērtēts instruments efektīvākai un ātrākai peptīdu sintēzei.
Silva u.c. (2021) salīdzināja “klasiskais” fluorenilmetoksikarbonila (Fmoc) cietfāzes peptīdu sintēze (SPPS) ar ultraskaņas (US) palīdzībā, pamatojoties uz trīs peptīdu sagatavošanu, proti, fibroblastu augšanas faktora receptora 3 (FGFR3) specifisko peptīdu Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) un jaunajiem peptīdiem Pep2 (RQMATADEA-NH2) un Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
Ar ASV atbalstu īstenotā SPPS metode ļāva 14 reizes (Pep1) un 4 reizes (Pep2) samazināt peptīdu sintēzes laiku salīdzinājumā ar “klasiskais” metode. Interesanti, ka ar ultraskaņas palīdzību veiktajā SPPS procesā tika iegūts Pep1 ar augstāku tīrības pakāpi (82 %) nekā “klasiskais” SPPS (73 %). Ievērojamais laika ietaupījums kopā ar sasniegto augsto neattīrīto peptīdu tīrību mudināja pētniecības komandu piemērot ultraskaņas atbalstīto SPPS lielajam peptīdam Pep3, kurā ir liels skaits hidrofobu aminoskābju un homooligosekvenču. Pārsteidzoši, ka šī 25-mer peptīda sintēze tika paveikta mazāk nekā 6 stundās (347 min) ar vidēju tīrību (aptuveni 49 %).
Ātrāka peptīdu sintēze, izmantojot cietās fāzes peptīdu sintēzi, izmantojot ultraskaņas uzbudinājumu.
(Pētījums un analīze: Wołczański et al., 2019)
Merlino un citi (2019) veica arī visaptverošu pētījumu par ultraskaņas ietekmi uz Fmoc bāzētu cietfāzes peptīdu sintēzi, kas ļāva sintezēt dažādus bioloģiski aktīvus peptīdus (līdz pat 44-meriem), ievērojami ietaupot materiālu un reakcijas laiku. Viņi pierādīja, ka ultraskaņas iedarbība neizraisīja galveno blakusreakciju pastiprināšanos un uzlaboja tādu peptīdu sintēzi, kuriem piemīt “sarežģītas secības”, novietojot ultrasoniski veicināto cietās fāzes peptīdu sintēzi (US-SPPS) starp pašreizējām augstas efektivitātes peptīdu sintētiskajām stratēģijām.
Augstas veiktspējas sistēmu pieejamība peptīdu ultraskaņas (skaņas) sintēzei ļauj ievērojami uzlabot sintēzes ātrumu un palielināt izejvielu tīrību. (sk. Wołczański et al., 2019)
Racemizācijas izmeklēšana. Nozīmīgu 1H NMR spektru salīdzinājums modeļiem peptīdi, kas sintezēti manuāli, izmantojot klasisko pieeju istabas temperatūrā vs ultraskaņas metode paaugstinātā temperatūrā. Viņa un Cys ķīmiskās nobīdes α-protonu un Metilēngrupas Acm (kreisie paneļi), Val (labie paneļi) ɣ-metilgrupas ķīmiskās nobīdes liecina, ka ultraskaņas apstrāde 70 ° C temperatūrā neizraisa racemizāciju.
(Pētījums un analīze: Wołczański et al., 2019)
Peptīdu ultraskaņas šķelšanās
Pēc cietās fāzes peptīdu sintēzes (SPPS) sintezētie peptīdi jāatšķeļ no polimēru sveķiem. Šis solis ir pazīstams arī kā aizsardzība. Ja salīdzina parasto kratīšanu un ultrasonikāciju peptīdu šķelšanai no sveķiem, kratīšanas metode prasa aptuveni 1 stundu, bet ultraskaņas šķelšanos var veikt 15 līdz 20 minūšu laikā. Ultraskaņas peptīdu šķelšanos var pielietot aizsargāto aminoskābju un peptīdu, kas saistīti ar polistirola sveķiem, šķelšanai caur benzilestera saitēm.
Peptīdu ultraskaņas šķelšanās no polistirola sveķiem dod augstu peptīdu ražu augstā tīrībā, bez racemizācijas, ātrās procedūras laikā.
(pētījums un grafika: ©Anuradha un Ravindranath, 1995)
Ultrasoniski satraukts reaktors uzlabotai un paātrinātai peptīdu sintēzei. Attēlā redzams ultrasonicator UP200St maisāmā stikla reaktorā.
Augstas veiktspējas ultrasonikatori peptīdu sintēzei
Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādus ultraskaņas risinājumus tiešai un netiešai ultraskaņas apstrādei. Jaudīgi un precīzi kontrolējami ultraskaņas procesori reakcijas traukam piegādā tieši pareizo ultraskaņas enerģijas daudzumu. Neatkarīgi no tā, vai kā sintēzes trauku izmantojat šļirces, caurules, vairāku urbumu plāksnes vai stikla reaktorus, Hielscher Ultrasonics piedāvā vispiemērotāko ultrasonicator jūsu peptīdu lietošanai.
- pielāgoti peptīdi
- liela mēroga peptīdu ražošana
- peptīdu bibliotēkas
Daudzas peptīdu sintēzes tiek veiktas šļircēs (piemēram, šļirču reaktoros). Hielscher ultraskaņas šļirces maisītājs apstrādā peptīdu šķīdumu, savienojot ultraskaņas viļņus caur šļirces sienu šķidrumā. Ultraskaņas šļirces maisītājs ir viens no populārākajiem ultraskaņas risinājumiem peptīdu ultraskaņas sintēzei.
Ultraskaņas cuphorn ir piemērots līdzeklis, lai ultraregulētu līdz 5 reaktora traukiem, savukārt VialTweeter var turēt līdz desmit reakcijas caurulēm, kā arī papildus piecus lielākus traukus, izmantojot piestiprināmu piederumu.
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.
Protams, lielākus stikla reaktorus ar maisītāju, piemēram, šķīduma fāzes sintēzei, var viegli aprīkot ar jebkura izmēra ultraskaņas zondēm (t. s. sonotrodēm vai ultraskaņas ragiem).
- dažādi ultrasonikatoru veidi
- tieša un netieša ultraskaņas apstrāde
- Precīza intensitātes kontrole
- precīza temperatūras kontrole
- nepārtraukta vai impulsējoša ultraskaņa
- viedās funkcijas, programmējamas ierīces
- pieejams jebkuram sējumam
- lineārā mērogojamība
Peptīdu sintēzei cietā fāzē daudzbedrīšu/mikrotitru plāksnēs UIP400MTP ir ideāls aparāts. Ultraskaņas kavitācija tiek netieši un vienmērīgi pārnesta uz daudzajām paraugu bedrītēm, nodrošinot izcilu masas pārnesi un sintēzes reakciju. Noskatieties zemāk esošo video, lai redzētu, kā Mikroplates ultraskaņas iekārta UIP400MTP darbībā!
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus sajaukšanas lietojumiem, dispersijai, emulgācijai un ekstrakcijai laboratorijā, izmēģinājuma un rūpnieciskā mērogā.
Vērts zināt par peptīdu sintēzi ar ultraskaņas palīdzību
Kas ir peptīdi?
Peptīdi ir savienojumi, kuros vairākas aminoskābes ir saistītas ar amīdu saitēm, tā sauktajām peptīdu saitēm. Ja tas ir saistīts ar sarežģītām struktūrām – Parasti sastāv no 50 vai vairāk aminoskābēm - šīs lielās peptīdu struktūras sauc par olbaltumvielām. Peptīdi ir būtisks dzīvības pamatelements un pilda daudzas funkcijas organismā.
Kā notiek peptīdu sintēze?
Organiskajā ķīmijā, molekulārajā bioloģijā un zinātnē par dzīvību peptīdu sintēze ir peptīdu ražošanas process. Peptīdi tiek ķīmiski sintezēti, kondensācijas procesā reaģējot uz vienas aminoskābes karboksilgrupu uz citas aminoskābes aminogrupu. Grupu (arī aizsarggrupu) aizsardzības stratēģijas parasti tiek izmantotas, lai izvairītos no nevēlamām blakusparādībām ar dažādām aminoskābju sānu ķēdēm.
Ķīmiskā (in-vitro) peptīdu sintēze visbiežāk sākas, savienojot ienākošās aminoskābes (C-terminus) karboksilgrupu ar augošās peptīdu ķēdes N-terminu. Pretēji šai C-to-N sintēzei, dzīvo organismu garo peptīdu dabiskā olbaltumvielu biosintēze notiek pretējā virzienā. Tas nozīmē, ka biosintēzē ienākošās aminoskābes N-termins ir saistīts ar olbaltumvielu ķēdes C-terminu (N-to-C).
Lielākā daļa peptīdu sintēzes pētniecības un izstrādes protokolu ir balstīti uz cietās fāzes metodēm, savukārt šķīduma fāzes sintēzes metodes var atrast liela mēroga peptīdu rūpnieciskajā ražošanā.
Kāda ir pašreizējā situācija peptīdu sintēzes jomā?
SUS-SPPS (ilgtspējīga ultraskaņas palīdzībā veikta 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)
Ar ultraskaņu atbalstīta TAPS procedūra ir jauna kombinācija, kurai ir pierādīta efektivitāte pilnīgās sintēzēs (piem., lipobaktīna gadījumā) un kuru CDMO uzņēmumi izpēta aktīvo farmaceitisko vielu (API) ražošanai.
Atklājiet ultraskaņas palīdzībā veiktās peptīdu sintēzes priekšrocības!
nepārtraukta apstrāde tiek izpētīts kā papildu uzlabojums – Ir aprakstītas silylētas marķieru palīdzības nepārtrauktas vienā traukā notiekošas sintēzes platformas.
Šajā jomā notiek pāreja uz zaļās ķīmijas principiem, un gan ultraskaņa, gan TAPS veicina šķīdinātāju patēriņa samazināšanu, mazāku reaģentu patēriņu un ilgtspējības uzlabošanu.
Literatūra / Atsauces
- 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 ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no Lab līdz rūpnieciskais izmērs.