Sinteza peptidică în fază solidă – mai eficientă prin sonicare
Sinteza peptidică în fază solidă (SPPS) este metoda uzuală pentru sinteza peptidelor. Ultrasonicarea este un instrument fiabil pentru intensificarea sintezei peptidice în fază solidă, având ca rezultat randamente mai mari, puritate îmbunătățită, absența racemizării și o viteză de reacție semnificativ accelerată. Hielscher Ultrasonics oferă diverse soluții cu ultrasunete pentru sinteza, clivarea și dizolvarea peptidelor.
Sinteza peptidică în fază solidă cu ultrasunete
Ultrasonicarea este deja aplicată pe scară largă ca metodă de intensificare în sinteza organică și este bine cunoscută pentru avantajele sale, precum timpi de reacție drastic reduși, randamente mai mari, mai puțini produși secundari, inițierea unor căi de reacție care nu ar putea fi realizate în alte moduri și/sau o selectivitate mai bună. Beneficii importante pot fi obținute și atunci când sonicarea este cuplată în reacțiile de sinteză peptidică. Rezultatele cercetărilor au demonstrat că sinteza peptidică asistată de ultrasunete atinge un randament optimizat de peptide cu puritate ridicată, fără racemizare, într-un timp de reacție scurt.
- Randamente ridicate de peptide
- Sinteză semnificativ mai rapidă
- Puritate mai mare a peptidelor
- Fără racemizare
- Sinteza în paralel a diverselor peptide
- Scalabilă la orice volum
CupHorn cu ultrasunete pentru sonicarea uniformă a mai multor vase de reacție, pentru o sinteză peptidică îmbunătățită.
Grafic care ilustrează sinteza peptidică în fază solidă Merrifield. Ultrasonicarea este utilizată pentru a promova și a îmbunătăți reacția de sinteză, precum și pentru clivarea peptidelor sintetizate de pe rășină.
Grafic: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Studiu | Peptida/peptidele studiate | Timp de reacție (clasic vs US-SPPS) | Puritatea produsului brut (clasic vs US-SPPS) | Racemizare și reacții secundare | Concluzii principale |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-encefalină, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorfină | 600–1920 min → 48–284 min | 24,2–71,3% → 60,6–89,9% | Nu s-a observat pentru Cys/His, nici măcar la 70°C | Sinteză de ~7–12x mai rapidă; îmbunătățiri majore ale purității, în special pentru secvențele predispuse la agregare, precum 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 (doar US) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Netestat; s-a constatat o ușoară scădere a purității la Pep2 | Reducerea timpului de 14x pentru Pep1; randamentele brute au crescut semnificativ. |
| Merlino et al. (2019) | Pentapeptide model, peptide de până la 44-mer, „secvențe dificile” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (model) | 84% → 93% (model); semnificativ mai mare decât la încălzirea termică (~45°C) | Nicio creștere semnificativă pentru enantiomerii Cys/His | Foarte eficientă pentru secvențele dificile/predispuse la agregare; permite un exces redus de reactivi, menținând în același timp o puritate ridicată. |
Sinteza peptidică în fază solidă îmbunătățită cu ultrasunete
Sinteza peptidică în fază solidă (SPPS) este o reacție chimică ce permite asamblarea unui lanț peptidic prin reacții succesive ale derivaților de aminoacizi pe un suport poros insolubil. Totuși, sinteza peptidică tradițională în fază solidă este un proces relativ ineficient și lent. Prin urmare, intensificarea cu ultrasunete a sintezei peptidice este un instrument foarte apreciat pentru o sinteză mai eficace și mai rapidă a peptidelor.
Silva et al. (2021) au comparat sinteza peptidică în fază solidă (SPPS) „clasică” cu fluorenilmetoxicarbonil (Fmoc) cu SPPS asistată de ultrasunete (US), pe baza preparării a trei peptide, și anume peptida Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2), specifică receptorului 3 al factorului de creștere a fibroblastelor (FGFR3), și noile peptide Pep2 (RQMATADEA-NH2) și Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS asistată de US a condus la o reducere a timpului de asamblare a peptidelor de 14 ori (Pep1) și de 4 ori (Pep2) comparativ cu metoda „clasică”. Interesant este că SPPS asistată de ultrasunete a produs Pep1 cu o puritate mai mare (82%) decât SPPS „clasică” (73%). Reducerea semnificativă a timpului, combinată cu puritatea ridicată obținută pentru peptida brută, a determinat echipa de cercetare să aplice SPPS asistată de US la peptida mare Pep3, care prezintă un număr ridicat de aminoacizi hidrofobi și homooligo-secvențe. Remarcabil, sinteza acestei peptide 25-mer a fost realizată în mai puțin de 6 ore (347 min), cu o puritate moderată (aprox. 49%).
Sinteză peptidică mai rapidă prin sinteza peptidică în fază solidă cu agitare ultrasonică.
(Studiu și analiză: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) au realizat, de asemenea, un studiu cuprinzător al efectelor ultrasunetelor asupra sintezei peptidice în fază solidă bazate pe Fmoc, care a permis sinteza diferitelor peptide biologic active (de până la 44-mer), cu o economie remarcabilă de material și de timp de reacție. Aceștia au demonstrat că ultrasonicarea nu a exacerbat principalele reacții secundare și a îmbunătățit sinteza peptidelor cu „secvențe dificile”, plasând sinteza peptidică în fază solidă promovată de ultrasunete (US-SPPS) printre strategiile actuale de sinteză peptidică de înaltă eficiență.
Disponibilitatea sistemelor de înaltă performanță pentru sinteza ultrasonică (sonică) a peptidelor permite rate de sinteză semnificativ îmbunătățite și o creștere a purității produselor brute. (cf. Wołczański et al., 2019)
Investigarea racemizării. Comparația spectrelor 1H RMN semnificative ale peptidelor model sintetizate manual prin abordarea clasică la temperatura camerei vs metoda ultrasonică la temperatură ridicată. Deplasările chimice ale protonilor α ai His și Cys și ale grupării metilen din Acm (panourile din stânga), precum și ale protonilor ɣ-metil ai Val (panourile din dreapta) arată că sonicarea la 70°C nu provoacă racemizare.
(Studiu și analiză: Wołczański et al., 2019)
Clivarea peptidelor cu ultrasunete
După sinteza peptidică în fază solidă (SPPS), peptidele sintetizate trebuie clivate de pe rășinile polimerice. Această etapă este cunoscută și sub denumirea de deprotecție. Atunci când se compară agitarea obișnuită și ultrasonicarea pentru clivarea peptidelor de pe rășină, metoda prin agitare necesită aprox. 1 oră, în timp ce clivarea cu ultrasunete poate fi realizată în 15 până la 20 min. Clivarea peptidelor cu ultrasunete poate fi aplicată la clivarea aminoacizilor protejați și a peptidelor legate de rășini de polistiren prin legături esterice benzilice.
Clivarea cu ultrasunete a peptidelor de pe rășina de polistiren oferă randamente ridicate de peptide cu puritate ridicată, fără racemizare, printr-o procedură rapidă.
(studiu și grafic: ©Anuradha și Ravindranath, 1995)
Reactor cu agitare ultrasonică pentru o sinteză peptidică îmbunătățită și accelerată. Imaginea prezintă ultrasonicatorul UP200St într-un reactor de sticlă cu agitare.
Ultrasonicatoare de înaltă performanță pentru sinteza peptidică
Hielscher Ultrasonics oferă diverse soluții cu ultrasunete pentru sonicarea directă și indirectă. Procesoarele cu ultrasunete puternice și controlabile cu precizie furnizează exact cantitatea potrivită de energie ultrasonică în vasul de reacție. Indiferent dacă utilizați seringi, tuburi, plăci cu godeuri multiple sau reactoare de sticlă ca vas de sinteză, Hielscher Ultrasonics vă oferă cel mai potrivit ultrasonicator pentru aplicația dumneavoastră peptidică.
- peptide personalizate
- producția de peptide la scară largă
- biblioteci de peptide
Multe sinteze peptidice se realizează în seringi (de ex., reactoare-seringă cu frită). Agitatorul cu ultrasunete pentru seringi de la Hielscher supune sonicării soluția peptidică, cuplând undele ultrasonice prin peretele seringii în lichid. Agitatorul cu ultrasunete pentru seringi este una dintre cele mai populare soluții cu ultrasunete pentru sinteza peptidelor asistată de ultrasunete.
Dispozitivul CupHorn cu ultrasunete este un instrument adecvat pentru sonicarea a până la 5 vase de reacție, în timp ce VialTweeter poate susține până la zece tuburi de reacție, plus încă cinci vase mai mari prin intermediul unui accesoriu de prindere.
Pentru alte tipuri de reactoare, precum reactorul în fază solidă Merrifield sau Kamysz și alte vase și reactoare din polipropilenă sau borosilicat, Hielscher oferă sonicatoare pentru sonicare indirectă și directă, cu montaj de prindere personalizat sau flanșă.
Desigur, reactoarele de sticlă cu agitare mai mari, de ex. pentru sinteza în fază de soluție, pot fi echipate cu ușurință cu sonde ultrasonice (cunoscute și ca sonotrode sau sonotrode cu ultrasunete) de orice dimensiune.
- diverse tipuri de ultrasonicatoare
- sonicare directă și indirectă
- control precis al intensității
- control precis al temperaturii
- ultrasunete continue sau pulsate
- funcții inteligente, dispozitive programabile
- disponibile pentru orice volum
- scalabilitate liniară
Pentru sinteza peptidică în fază solidă în plăci cu godeuri multiple/microtitrare, UIP400MTP este dispozitivul ideal. Cavitația ultrasonică este cuplată indirect și uniform în numeroasele godeuri cu probe, pentru un transfer de masă și o reacție de sinteză superioare. Urmăriți videoclipul de mai jos pentru a vedea sonicatorul pentru microplăci UIP400MTP în acțiune!
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsificare și extracție la scară de laborator, pilot și industrială.
Informații utile despre sinteza peptidică cu ultrasunete
Ce sunt peptidele?
Peptidele sunt compuși în care mai mulți aminoacizi sunt legați prin legături amidice, așa-numitele legături peptidice. Atunci când sunt legate în structuri complexe – constând de obicei din 50 sau mai mulți aminoacizi –, aceste structuri peptidice mari sunt denumite proteine. Peptidele sunt un element constitutiv esențial al vieții și îndeplinesc numeroase funcții în organism.
Cum funcționează sinteza peptidică?
În chimia organică, biologia moleculară și științele vieții, sinteza peptidică este procesul de producere a peptidelor. Peptidele sunt sintetizate chimic prin reacția de condensare a grupării carboxil a unui aminoacid cu gruparea amino a altui aminoacid. Strategiile cu grupări protectoare (numite și grupări de protecție) sunt de obicei utilizate pentru a evita reacțiile secundare nedorite cu diversele catene laterale ale aminoacizilor.
Sinteza peptidică chimică (in vitro) începe cel mai adesea prin cuplarea grupării carboxil a aminoacidului care intră (C-terminal) la N-terminalul lanțului peptidic în creștere. Spre deosebire de această sinteză C-către-N, biosinteza proteică naturală a peptidelor lungi în organismele vii are loc în direcția opusă. Aceasta înseamnă că, în biosinteză, N-terminalul aminoacidului care intră este legat la C-terminalul lanțului proteic (N-către-C).
Cele mai multe protocoale de cercetare și dezvoltare pentru sinteza peptidică se bazează pe metode în fază solidă, în timp ce metodele de sinteză în fază de soluție se regăsesc în producția industrială la scară largă a peptidelor.
Care este stadiul actual al tehnicii în sinteza peptidică?
SUS-SPPS (SPPS sustenabilă asistată de ultrasunete) s-a dovedit a reduce procesul la doar două etape per ciclu (cuplare/capping/deprotecție combinate + o singură spălare), reducând semnificativ consumul de solvent și timpul. (cf. Mottola et al., 2025)
TAPS asistată de ultrasunete este o combinație emergentă, cu succes demonstrat în sinteze totale (de ex., lipobactin), și este explorată de CDMO-uri pentru fabricarea API-urilor.
Descoperiți avantajele sintezei peptidice TAGGING asistate de ultrasunete!
Procesarea continuă este explorată ca o îmbunătățire suplimentară – au fost descrise platforme de sinteză continuă one-pot asistată de etichete sililate.
Domeniul evoluează către principiile chimiei verzi, ultrasunetele și TAPS contribuind ambele la reducerea consumului de solvenți, la o încărcare mai mică cu reactivi și la o sustenabilitate îmbunătățită.
Literatură / Referințe
- 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 produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la scară de laborator până la scară industrială.