Твердофазный синтез пептидов – Большая эффективность благодаря ультразвуковой обработке
Синтез твердофазных пептидов (SPPS) является распространенным методом синтеза пептидов. Ультразвуковая обработка является надежным инструментом для интенсификации синтеза твердофазных пептидов, что приводит к повышению выхода, улучшению чистоты, отсутствию рацемизации и значительному ускорению реакции. Hielscher Ultrasonics предлагает различные ультразвуковые решения для синтеза, расщепления и растворения пептидов.
Ультразвуковой твердофазный синтез пептидов
Ультразвуковая обработка уже широко применяется в качестве интенсификационного метода в органическом синтезе и хорошо известна своими преимуществами, такими как резкое сокращение времени реакции, более высокий выход, меньшее количество побочных продуктов, инициирование путей, которые не могли быть достигнуты другими способами, и/или лучшая селективность. Большие преимущества также могут быть получены, когда ультразвук сочетается с реакциями синтеза пептидов. Результаты исследований показали, что синтез пептидов с помощью ультразвука позволяет добиться оптимального выхода пептидов высокой чистоты без рацемизации в течение короткого времени реакции.
- Высокий выход пептидов
- Значительно более быстрый синтез
- Более высокая чистота пептидов
- Отсутствие рацемизации
- Параллельный синтез различных пептидов
- Масштабируемость до любого объема
Ультразвуковой чашечный горн для равномерной ультразвуковой обработки нескольких корпусов реактора для улучшения синтеза пептидов.
Иллюстрация, демонстрирующая метод твердофазного синтеза пептидов по Меррифилду. Ультразвуковая обработка используется для ускорения и усиления синтетической реакции, а также для отщепления синтезированных пептидов от смолы.
График: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Исследование | Исследуемый(е) пептид(ы) | Время реакции (классический метод и метод US-SPPS) | Чистота сырой нефти (классическая методика и методика US-SPPS) | Рацемизация и побочные реакции | Основные выводы |
|---|---|---|---|---|---|
| Вольчанский и др. (2019) | Мет-энкефалин, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-эндорфин | 600–1920 мин → 48–284 мин | 24,2–71,3 % → 60,6–89,9 % | Для Cys/His ничего не наблюдалось даже при 70 °C | ~7–12-кратное ускорение синтеза; значительное повышение чистоты, особенно для последовательностей, склонных к агрегации, таких как TAT. |
| Сильва и др. (2021) | Pep1 (12-мер), Pep2 (9-мер), Pep3 (25-мер) | >3515/365 мин → ~250/85 мин (Pep1/Pep2); Pep3: 347 мин (только в США) | 73–84 % → 72–82 % (Pep1/Pep2) | Не проверялось; отмечено незначительное снижение чистоты Pep2 | Скорость реакции Pep1 сократилась в 14 раз; выход сырого продукта значительно возрос. |
| Мерлино и др. (2019) | Модельные пентапептиды, пептиды длиной до 44 аминокислотных остатков, “Сложные последовательности” (Aβ 1–42, ACP 65–74) | 60 мин → 30 мин (модель) | 84 % → 93 % (модель); значительно выше, чем при термическом нагреве (~45 °C) | Значительного увеличения содержания энантиомеров Cys/His не наблюдается | Очень эффективен для сложных последовательностей и последовательностей, склонных к агрегации; позволяет снизить избыток реагента при сохранении высокой степени очистки. |
Синтез твердофазных пептидов улучшен с помощью ультразвука
Твердофазный пептидный синтез (SPPS) — это химическая реакция, которая позволяет собрать пептидную цепь путем последовательных реакций производных аминокислот на нерастворимой пористой основе. Однако традиционный синтез твердофазных пептидов является относительно неэффективным и медленным процессом. Таким образом, ультразвуковая интенсификация синтеза пептидов является высоко ценимым инструментом для более эффективного и быстрого синтеза пептидов.
Сильва и др. (2021) провели сравнение “классический” Твердофазный синтез пептидов (SPPS) с использованием флуоренилметоксикарбонила (Fmoc) и ультразвука (US) — на основе синтеза трех пептидов, а именно: специфичного к рецептору 3 фактора роста фибробластов (FGFR3) пептида Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) и новых пептидов Pep2 (RQMATADEA-NH2) и Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH₂).
С помощью SPPS, реализованной при поддержке США, время сборки пептидов сократилось в 14 раз (Pep1) и в 4 раза (Pep2) по сравнению с “классический” метод. Интересно, что при использовании ультразвука в процессе SPPS был получен Pep1 с более высокой степенью чистоты (82 %), чем при “классический” SPPS (73 %). Значительное сокращение времени в сочетании с достигнутой высокой чистотой сырого пептида побудило исследовательскую группу применить метод SPPS с использованием ультразвука для синтеза крупного пептида Pep3, который содержит большое количество гидрофобных аминокислот и гомоолигопоследовательностей. Примечательно, что синтез этого 25-мерного пептида был осуществлен менее чем за 6 часов (347 мин) с получением продукта умеренной чистоты (около 49 %).
Более быстрый синтез пептидов за счет синтеза твердофазных пептидов с использованием ультразвукового перемешивания.
(Исследование и анализ: Wołczański et al., 2019)
Мерлино и др. (2019) также провели всестороннее исследование влияния ультразвука на твердофазный синтез пептидов по методу Fmoc, что позволило синтезировать различные биологически активные пептиды (длиной до 44 аминокислотных остатков) с заметной экономией материалов и времени реакции. Они продемонстрировали, что ультразвуковая обработка не усиливала основные побочные реакции и улучшала синтез пептидов, обладающих “Сложные последовательности”, что ставит синтез твердофазных пептидов под ультразвуковым контролем (US-SPPS) в число современных высокоэффективных стратегий синтеза пептидов.
Наличие высокопроизводительных систем для ультразвукового (звукового) синтеза пептидов позволяет значительно улучшить скорость синтеза и повысить чистоту исходных продуктов. (ср. Wołczański et al., 2019)
Исследование рацемизации. Сравнение значимых 1Н-спектров ЯМР модельных пептидов, синтезированных вручную с использованием классического подхода при комнатной температуре, с ультразвуковым методом при повышенной температуре. Химические сдвиги His и Cys α-протонов и метиленовой группы Acm (левые панели), ɣ-метилпротонов Val (правые панели) показывают, что ультразвук при 70°C не вызывает рацемизации.
(Исследование и анализ: Wołczański et al., 2019)
Ультразвуковое расщепление пептидов
После синтеза твердофазных пептидов (SPPS) синтезированные пептиды должны быть отделены от полимерных смол. Этот шаг также известен как снятие защиты. Если сравнить обычное встряхивание и ультразвуковое воздействие для расщепления пептидов из смолы, то метод встряхивания занимает около 1 часа, в то время как ультразвуковое расщепление может быть выполнено за 15-20 минут. Ультразвуковое расщепление пептидов может быть применено для расщепления защищенных аминокислот и пептидов, связанных с полистирольными смолами посредством бензиловых эфирных связей.
Ультразвуковое расщепление пептидов из полистирольной смолы дает высокие выходы пептидов высокой чистоты, без рацемизации, в рамках быстрой процедуры.
(этюд и графика: ©Анурадха и Равиндранатх, 1995)
Реактор с ультразвуковой мешалкой для улучшенного и ускоренного синтеза пептидов. На рисунке показан ультразвуковой аппарат UP200St в реакторе с перемешиванием стекла.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для синтеза пептидов
Hielscher Ultrasonics предлагает различные ультразвуковые решения для прямой и непрямой ультразвуковой обработки. Мощные и точно управляемые ультразвуковые процессоры подают точно такое количество ультразвуковой энергии в реакционный сосуд. Независимо от того, используете ли вы шприцы, трубки, многолуночные планшеты или стеклянные реакторы в качестве резервуара для синтеза, Hielscher Ultrasonics предлагает наиболее подходящий ультразвуковой аппарат для вашего применения пептидов.
- Пептиды по индивидуальному заказу
- Крупнотоннажное производство пептидов
- Пептидные библиотеки
Многие синтезы пептидов выполняются в шприцах (например, в реакторах с фриттированными шприцами). Ультразвуковая мешалка для шприцев Hielscher обрабатывает раствор пептида ультразвуком, связывая ультразвуковые волны через стенку шприца с жидкостью. Ультразвуковая мешалка для шприцев является одним из самых популярных ультразвуковых решений для ультразвукового синтеза пептидов.
Ультразвуковой горн является подходящим инструментом для ультразвуковой обработки до 5 корпусов реактора, в то время как VialTweeter может вмещать до десяти реакционных пробирок плюс еще пять больших корпусов с помощью накладного аксессуара.
Для других типов реакторов, таких как твердофазные реакторы типа «Меррифилд» или «Камыш», а также для других сосудов и реакторов из полипропилена или боросиликата компания Hielscher предлагает ультразвуковые устройства для косвенной и прямой обработки ультразвуком с индивидуальным зажимным креплением или фланцем.
Разумеется, более крупные стеклянные реакторы с перемешиванием, например, для синтеза в растворной фазе, можно без труда оснастить ультразвуковыми датчиками (также известными как сонотроды или ультразвуковые рожки) любого размера.
- Различные типы ультразвуковых аппаратов
- прямая и непрямая ультразвук
- Точный контроль интенсивности
- Точный контроль температуры
- непрерывный или импульсный ультразвук
- Умные функции, программируемые устройства
- Доступно для любого объема
- Линейная масштабируемость
Для твердофазного синтеза пептидов в многолуночных/микротитровальных планшетах идеально подходит устройство UIP400MTP. Ультразвуковая кавитация равномерно опосредованно передается во все лунки с образцами, что обеспечивает превосходный массообмен и эффективность синтетической реакции. Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть Ультразвуковой аппарат для микропланшетов UIP400MTP в действии!
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для смешивания, диспергирования, эмульгирования и экстракции в лабораторном, пилотном и промышленном масштабе.
Что нужно знать об ультразвуковом синтезе пептидов
Что такое пептиды?
Пептиды — это соединения, в которых несколько аминокислот связаны амидными связями, так называемыми пептидными связями. При связывании в сложных структурах – Обычно состоящие из 50 или более аминокислот, эти крупные пептидные структуры называются белками. Пептиды являются важным строительным блоком жизни и выполняют множество функций в организме.
Как происходит синтез пептидов?
В органической химии, молекулярной биологии и науках о жизни синтез пептидов — это процесс производства пептидов. Пептиды химически синтезируются в результате реакции конденсации карбоксильной группы одной аминокислоты в аминогруппу другой аминокислоты. Стратегии защитных групп (также защитных групп) обычно используются для того, чтобы избежать нежелательных побочных реакций с различными боковыми цепями аминокислот.
Химический (in vitro) синтез пептидов чаще всего начинается со связывания карбоксильной группы поступающей аминокислоты (С-конца) с N-концом растущей пептидной цепи. В противоположность этому синтезу C-to-N, естественный биосинтез белка длинных пептидов в живых организмах происходит в обратном направлении. Это означает, что при биосинтезе N-конец поступающей аминокислоты соединяется с С-концом белковой цепи (N-to-C).
Большинство протоколов исследований и разработок в области синтеза пептидов основаны на твердофазных методах, в то время как методы синтеза в растворной фазе можно найти в крупномасштабном промышленном производстве пептидов.
Каково современное состояние дел в области синтеза пептидов?
SUS-SPPS (устойчивая SPPS с использованием ультразвука) Было показано, что данный метод позволяет сократить процесс до всего двух этапов на цикл (комбинированное соединение/каппирование/депротекция + однократная промывка), что значительно снижает расход растворителя и сокращает время. (см. Mottola et al., 2025)
TAPS с использованием ультразвука представляет собой новую комбинацию, доказавшую свою эффективность в полных синтезах (например, липобактина), и в настоящее время изучается компаниями, занимающимися контрактной разработкой и производством (CDMO), для производства активных фармацевтических ингредиентов (АФИ).
Откройте для себя преимущества синтеза пептидов методом TAGGING с использованием ультразвука!
непрерывная обработка изучается в качестве меры по дальнейшему совершенствованию – Описаны платформы непрерывного одностадийного синтеза с использованием силилированных меток.
В этой области наблюдается переход к принципам «зелёной химии»: использование ультразвука и технологии TAPS способствует сокращению потребления растворителей, снижению количества используемых реагентов и повышению экологической устойчивости.
Литература / Литература
- 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 производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.