Síntese de péptidos mais eficiente com recurso à sonicação

Síntese de peptídeos de fase sólida (SPPS) é o método comum para a síntese de peptídeos. Ultrasonication é uma ferramenta confiável para intensificar a síntese de peptídeos em fase sólida, resultando em maiores rendimentos, pureza melhorada, sem racemização e velocidade de reação significativamente acelerada. Hielscher Ultrasonics oferece várias soluções de ultrassom para a síntese de peptídeos, clivagem e dissolução.

Síntese ultra-sónica de péptidos

Ultrasonication já é amplamente aplicado como método de intensificação em síntese orgânica e é bem conhecido por suas vantagens, tais como tempos de reação drasticamente reduzidos, rendimentos mais elevados, menos subprodutos, a iniciação de caminhos, que não poderiam ser alcançados de outras maneiras, e / ou melhor seletividade. Podem também obter-se grandes benefícios quando a sonicação é associada a reacções de síntese de péptidos. Os resultados da investigação demonstraram que a síntese de péptidos ultrassonicamente assistida atinge um rendimento optimizado de péptidos com elevada pureza, sem racemização dentro de um curto tempo de reação.

Gráfico que demonstra a síntese de péptidos em fase sólida de Merrifield. A ultra-sons é utilizada para promover e melhorar a reação de síntese, bem como para a clivagem dos péptidos sintetizados a partir da resina.
Gráfico: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)

Síntese de péptidos em fase sólida melhorada com ultra-sons

A síntese de péptidos em fase sólida (SPPS) é uma reação química que permite a montagem de uma cadeia peptídica através de reacções sucessivas de derivados de aminoácidos num suporte poroso insolúvel. No entanto, a síntese tradicional de péptidos em fase sólida é um processo relativamente ineficiente e lento. Por conseguinte, a intensificação ultra-sónica da síntese de péptidos é uma ferramenta altamente considerada para uma síntese mais eficaz e rápida de péptidos.
Silva et al. (2021) compararam “clássico” Síntese de péptidos em fase sólida (SPPS) com fluorenilmetoxicarbonilo (Fmoc) assistida por ultrassons (US) assistida pela SPPS, com base na preparação de três péptidos, nomeadamente o péptido Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2), específico do recetor 3 do fator de crescimento dos fibroblastos (FGFR3), e os novos péptidos Pep2 (RQMATADEA-NH2) e Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
O SPPS assistido por ultrassom levou a uma redução de 14 vezes (Pep1) e de 4 vezes (Pep2) no tempo de montagem do péptido, em comparação com o “clássico” método. Curiosamente, o SPPS assistido por ultrassons produziu Pep1 com maior pureza (82%) do que o “clássico” SPPS (73 %). A significativa redução do tempo, aliada à elevada pureza do péptido bruto obtida, levou a equipa de investigação a aplicar a SPPS assistida por ultrassons ao péptido de grande tamanho Pep3, que apresenta um elevado número de aminoácidos hidrofóbicos e homooligosequências. Notavelmente, a síntese deste péptido de 25 meros foi concluída em menos de 6 horas (347 min), com uma pureza moderada (aprox. 49%).

Síntese mais rápida de peptídeos através da síntese de peptídeos em fase sólida utilizando agitação ultra-sónica.
(Estudo e análise: Wołczański et al., 2019)

Merlino et al. (2019) também realizaram um estudo abrangente sobre os efeitos da ultrassonicação na síntese de péptidos em fase sólida baseada em Fmoc, o que permitiu a síntese de diferentes péptidos biologicamente ativos (até 44-mer), com uma poupança notável de material e tempo de reação. Demonstraram que a ultrasonicação não agravou as principais reações secundárias e melhorou a síntese de péptidos dotados de “sequências difíceis”colocando a síntese de péptidos em fase sólida promovida por ultra-sons (US-SPPS) entre as actuais estratégias de síntese de péptidos de elevada eficiência.

A disponibilidade de sistemas de alto desempenho para a síntese ultrassônica (sônica) de peptídeos permite taxas de síntese significativamente melhoradas e um aumento da pureza dos produtos brutos. (cf. Wołczański et al., 2019)

A investigação da racemização. Comparação de espectros significativos de RMN de 1H de peptídeos modelos sintetizados manualmente usando a abordagem clássica à temperatura ambiente vs método ultra-sônico a temperatura elevada. Os deslocamentos químicos de His e Cys α-protons e grupo metileno de Acm (painéis esquerdos), ɣ-protons de metil de Val (painéis direitos) mostram que a sonicação a 70 ° C não causa racemização.
(Estudo e análise: Wołczański et al., 2019)

Clivagem ultra-sónica de péptidos

Após a síntese de péptidos em fase sólida (SPPS), os péptidos sintetizados devem ser separados das resinas poliméricas. Esta etapa é também conhecida como desproteção. Quando se comparam a agitação comum e a ultra-sons para a clivagem de péptidos da resina, o método de agitação requer cerca de 1 hora, enquanto a clivagem ultra-sónica pode ser realizada em 15 a 20 minutos. A clivagem ultra-sónica de péptidos pode ser aplicada à clivagem de aminoácidos protegidos e de péptidos ligados a resinas de poliestireno através de ligações éster benzílicas.

A clivagem ultra-sónica de péptidos a partir de resina de poliestireno dá elevados rendimentos de péptidos em alta pureza, sem racemização, dentro de um procedimento rápido.
(estudo e gráfico: ©Anuradha e Ravindranath, 1995)

Ultrasonicators de alto desempenho para a síntese de peptídeos

Hielscher Ultrasonics oferece várias soluções ultra-sônicas para sonicação direta e indireta. Processadores ultra-sônicos poderosos e precisamente controláveis fornecem exatamente a quantidade certa de energia de ultrassom para o vaso de reação. Se você usar seringas, tubos, placas de poços múltiplos, ou reatores de vidro como vaso de síntese, Hielscher Ultrasonics oferece o ultrasonicator mais adequado para a sua aplicação de peptídeos.

Muitas sínteses de péptidos são realizadas em seringas (por exemplo, reactores de seringas fritas). O agitador de seringa de ultra-sons de Hielscher sonicates a solução de péptido acoplando as ondas de ultrassom através da parede da seringa para o líquido. O agitador de seringa ultra-sônica é uma das soluções ultra-sônicas mais populares para a síntese ultra-sônica assistida de peptídeos.
A corneta ultra-sónica é uma ferramenta adequada para sonicar até 5 recipientes de reação, enquanto o VialTweeter pode conter até dez tubos de reação e, adicionalmente, cinco recipientes maiores através de um acessório de fixação.
Para outros tipos de reatores, como os reatores de fase sólida Merrifield ou Kamysz e outros recipientes e reatores de polipropileno ou borossilicato, a Hielscher oferece sistemas ultrassónicos personalizados do tipo «clamp-on» para sonicação indireta.

É claro que os reatores de vidro com agitação de maiores dimensões, por exemplo, para síntese em fase de solução, podem ser facilmente equipados com sondas ultrassónicas (também conhecidas como sonotrodos ou cornetas ultrassónicas) de qualquer tamanho.

Para a síntese de péptidos em fase sólida em placas de múltiplos poços/microtitulação, o UIP400MTP é o dispositivo ideal. A cavitação ultrassónica é acoplada indiretamente e de forma uniforme aos inúmeros poços de amostra, proporcionando uma transferência de massa e uma reação de síntese superiores. Veja o vídeo abaixo para conhecer o O sonicador para microplacas UIP400MTP em ação!