Sinteza e peptideve në fazë të ngurtë – Më efikase me sonikim
Sinteza e peptideve në fazë të ngurtë (SPPS) është metoda e zakonshme për sintezën e peptideve. Trajtimi me ultratinguj është një mjet i besueshëm për intensifikimin e sintezës së peptideve në fazë të ngurtë, duke sjellë rendimente më të larta, pastërti të përmirësuar, mungesë racemizimi dhe shpejtësi dukshëm më të lartë të reaksionit. Hielscher Ultrasonics ofron zgjidhje të ndryshme me ultratinguj për sintezën, shkëputjen dhe tretjen e peptideve.
Sinteza e peptideve në fazë të ngurtë me ultratinguj
Trajtimi me ultratinguj tashmë përdoret gjerësisht si metodë intensifikimi në sintezën organike dhe njihet mirë për përparësitë e tij, si kohëzgjatje drastikisht më të shkurtra të reaksioneve, rendimente më të larta, më pak nënprodukte, nisja e rrugëve të reaksionit që nuk mund të realizoheshin me mënyra të tjera dhe/ose selektivitet më i mirë. Përfitime të mëdha mund të arrihen edhe kur sonikimi zbatohet në reaksionet e sintezës së peptideve. Rezultatet e kërkimeve kanë treguar se sinteza e peptideve e asistuar me ultratinguj arrin rendiment të optimizuar të peptideve me pastërti të lartë, pa racemizim, brenda një kohe të shkurtër reaksioni.
- Rendimente të larta të peptideve
- Sintezë dukshëm më e shpejtë
- Pastërti më e lartë e peptideve
- Pa racemizim
- Sintezë paralele e peptideve të ndryshme
- E shkallëzueshme për çdo vëllim
Sonotrodë ultrasonike në formë kupe për sonikimin e njëtrajtshëm të disa enëve të reaktorit për përmirësimin e sintezës së peptideve.
Grafik që paraqet sintezën e peptideve në fazë të ngurtë sipas Merrifield. Trajtimi me ultratinguj përdoret për të nxitur dhe përmirësuar reaksionin e sintezës, si dhe për shkëputjen e peptideve të sintetizuara nga rrëshira.
Grafiku: ©Conejos-Sanchez et al., 2014)
| Studimi | Peptidi(et) e studiuara | Koha e reaksionit (metoda klasike kundrejt US-SPPS) | Pastërtia e produktit bruto (metoda klasike kundrejt US-SPPS) | Racemizimi dhe reaksionet anësore | Përfundimet kryesore |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-enkefalina, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorfina | 600–1920 min → 48–284 min | 24,2–71,3% → 60,6–89,9% | Nuk u vërejtën për Cys/His, edhe në 70°C | Sintezë ~7–12x më e shpejtë; përmirësime të mëdha të pastërtisë, veçanërisht për sekuencat e prirura për agregim, si 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 (vetëm me ultratinguj) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | Nuk u testua; u vërejt një rënie e lehtë e pastërtisë për Pep2 | Reduktim i kohës me faktor 14x për Pep1; rendimentet e produktit bruto u rritën ndjeshëm. |
| Merlino et al. (2019) | Pentapeptide model, peptide deri në 44-mer, “sekuenca të vështira” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (modeli) | 84% → 93% (modeli); dukshëm më e lartë sesa me ngrohje termike (~45°C) | Pa rritje të konsiderueshme për enantiomerët e Cys/His | Shumë efektive për sekuencat e vështira/të prirura për agregim; mundëson zvogëlimin e tepricës së reagentëve duke ruajtur pastërti të lartë. |
Sinteza e peptideve në fazë të ngurtë e përmirësuar me ultratinguj
Sinteza e peptideve në fazë të ngurtë (SPPS) është një reaksion kimik që mundëson ndërtimin e një zinxhiri peptidik përmes reaksioneve të njëpasnjëshme të derivateve të aminoacideve mbi një mbështetës poroz të patretshëm. Megjithatë, sinteza tradicionale e peptideve në fazë të ngurtë është një proces relativisht joefikas dhe i ngadaltë. Prandaj, intensifikimi i sintezës së peptideve me ultratinguj është një mjet shumë i vlerësuar për një sintezë më efikase dhe më të shpejtë të peptideve.
Silva et al. (2021) krahasuan sintezën «klasike» të peptideve në fazë të ngurtë (SPPS) me fluorenilmetoksikarbonil (Fmoc) me SPPS të asistuar me ultratinguj (US), bazuar në përgatitjen e tre peptideve, përkatësisht peptidit Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2), specifik për receptorin 3 të faktorit të rritjes së fibroblasteve (FGFR3), dhe peptideve të reja Pep2 (RQMATADEA-NH2) dhe Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2).
SPPS e asistuar me US çoi në një reduktim 14-fish (Pep1) dhe 4-fish (Pep2) të kohës së ndërtimit të peptideve krahasuar me metodën «klasike». Është interesante se SPPS e asistuar me ultratinguj dha Pep1 me pastërti më të lartë (82%) sesa SPPS «klasike» (73%). Reduktimi i ndjeshëm i kohës, i kombinuar me pastërtinë e lartë të arritur të peptideve të papastruara, e nxiti ekipin kërkimor të zbatonte SPPS të asistuar me US për peptidin e madh Pep3, i cili përmban një numër të lartë aminoacidesh hidrofobe dhe sekuencash homooligomerike. Vlen të theksohet se sinteza e këtij peptidi me 25 njësi u arrit në më pak se 6 orë (347 min), me pastërti mesatare (rreth 49%).
Sintezë më e shpejtë e peptideve përmes sintezës së peptideve në fazë të ngurtë duke përdorur trazimin me ultratinguj.
(Studimi dhe analiza: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) kryen gjithashtu një studim gjithëpërfshirës të efekteve të ultratingujve mbi sintezën e peptideve në fazë të ngurtë të bazuar në Fmoc, e cila mundësoi sintezën e peptideve të ndryshme biologjikisht aktive (deri në 44 njësi), me kursime të konsiderueshme të materialit dhe kohës së reaksionit. Ata treguan se trajtimi me ultratinguj nuk i përkeqësoi reaksionet anësore kryesore dhe përmirësoi sintezën e peptideve me «sekuenca të vështira», duke e renditur sintezën e peptideve në fazë të ngurtë të nxitur me ultratinguj (US-SPPS) ndër strategjitë aktuale shumë efikase të sintezës së peptideve.
Disponueshmëria e sistemeve me performancë të lartë për sintezën e peptideve me ultratinguj (sonike) mundëson përmirësimin e ndjeshëm të shpejtësive të sintezës dhe rritjen e pastërtisë së produkteve të papastruara. (shih Wołczański et al., 2019)
Hetimi i racemizimit. Krahasimi i spektrave domethënëse të 1H NMR të peptideve model të sintetizuara manualisht duke përdorur metodën klasike në temperaturën e dhomës kundrejt metodës me ultratinguj në temperaturë të ngritur. Zhvendosjet kimike të protoneve α të His dhe Cys dhe të grupit metilen të Acm (panelet majtas), si dhe të protoneve të grupit ɣ-metil të Val (panelet djathtas), tregojnë se trajtimi me ultratinguj në 70°C nuk shkakton racemizim.
(Studimi dhe analiza: Wołczański et al., 2019)
Shkëputja e peptideve me ultratinguj
Pas sintezës së peptideve në fazë të ngurtë (SPPS), peptidet e sintetizuara duhet të shkëputen nga rrëshirat polimerike. Ky hap njihet gjithashtu si heqja e grupeve mbrojtëse. Kur krahasohen tundja e zakonshme dhe trajtimi me ultratinguj për shkëputjen e peptideve nga rrëshira, metoda e tundjes kërkon rreth 1 orë, ndërsa shkëputja me ultratinguj mund të kryhet në 15 deri në 20 min. Shkëputja e peptideve me ultratinguj mund të zbatohet për shkëputjen e aminoacideve dhe peptideve të mbrojtura, të lidhura me rrëshirat e polistirenit përmes lidhjeve esterike benzilike.
Shkëputja e peptideve nga rrëshira e polistirenit me ultratinguj jep rendimente të larta të peptideve me pastërti të lartë, pa racemizim, përmes një procedure të shpejtë.
(studimi dhe grafiku: ©Anuradha dhe Ravindranath, 1995)
Reaktor i trazuar me ultratinguj për sintezë të përmirësuar dhe të përshpejtuar të peptideve. Figura paraqet ultrasonikatorin UP200St në një reaktor qelqi me trazim.
Ultrasonikatorë me performancë të lartë për sintezën e peptideve
Hielscher Ultrasonics ofron zgjidhje të ndryshme ultrasonike për sonikim të drejtpërdrejtë dhe të tërthortë. Procesorët ultrasonikë të fuqishëm dhe të kontrollueshëm me saktësi furnizojnë enën e reaksionit me pikërisht sasinë e duhur të energjisë së ultratingujve. Pavarësisht nëse përdorni shiringa, tuba, pllaka me shumë puse apo reaktorë qelqi si enë sinteze, Hielscher Ultrasonics ofron sonikatorin më të përshtatshëm për aplikimin tuaj me peptide.
- peptideve të personalizuara
- prodhimin e peptideve në shkallë të gjerë
- bibliotekave të peptideve
Shumë sinteza peptidesh kryhen në shiringa (p.sh., reaktorë në formë shiringe me filtër të sinterizuar). Përzierësi ultrasonik i shiringave nga Hielscher sonikon tretësirën e peptideve duke përcjellë valët e ultratingujve përmes murit të shiringës në lëng. Përzierësi ultrasonik i shiringave është një nga zgjidhjet ultrasonike më të njohura për sintezën e peptideve të asistuar me ultratinguj.
Sonotroda ultrasonike në formë kupe është një mjet i përshtatshëm për sonikimin e deri në 5 enëve të reaktorit, ndërsa VialTweeter mund të mbajë deri në dhjetë tuba reaksioni dhe, përveç tyre, pesë enë më të mëdha nëpërmjet një aksesori me kapëse.
Për lloje të tjera reaktorësh, si reaktori i fazës së ngurtë Merrifield ose Kamysz, si dhe për enë dhe reaktorë të tjerë prej polipropileni ose qelqi borosilikat, Hielscher ofron sonikatorë për sonikim të tërthortë dhe të drejtpërdrejtë me montim me kapëse ose me fllanxhë të përshtatur sipas kërkesave.
Sigurisht, reaktorët më të mëdhenj prej qelqi me përzierje, p.sh. për sintezën në fazë të lëngët, mund të pajisen lehtësisht me sonda ultrasonike (të njohura edhe si sonotroda ose brirë ultrasonikë) të çdo madhësie.
- lloje të ndryshme sonikatorësh
- sonikim i drejtpërdrejtë dhe i tërthortë
- kontroll i saktë i intensitetit
- kontroll i saktë i temperaturës
- ultratinguj të vazhdueshëm ose me impulse
- funksione inteligjente, pajisje të programueshme
- të disponueshëm për çdo vëllim
- shkallëzim linear
Për sintezën e peptideve në fazë të ngurtë në pllaka me shumë puse ose pllaka mikrotitrimi, UIP400MTP është pajisja ideale. Kavitacioni ultrasonik përcillet në mënyrë të tërthortë dhe të njëtrajtshme në puset e shumta të mostrave për transferim mase dhe reaksion sinteze superior. Shikoni videon më poshtë për të parë sonikatorin e mikropllakave UIP400MTP në veprim!
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues ultrasonikë me performancë të lartë për aplikime përzierjeje, dispergimi, emulsifikimi dhe ekstraktimi në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.
Fakte që ia vlen të dini për sintezën e peptideve me ultratinguj
Çfarë janë peptidet?
Peptidet janë përbërje në të cilat disa aminoacide lidhen përmes lidhjeve amidike, të ashtuquajturave lidhje peptidike. Kur lidhen në struktura komplekse – që zakonisht përbëhen nga 50 ose më shumë aminoacide –, këto struktura të mëdha peptidike quhen proteina. Peptidet janë një element themelor ndërtues i jetës dhe kryejnë funksione të shumta në organizëm.
Si funksionon sinteza e peptideve?
Në kiminë organike, biologjinë molekulare dhe shkencat e jetës, sinteza e peptideve është procesi i prodhimit të peptideve. Peptidet sintetizohen kimikisht përmes reaksionit të kondensimit të grupit karboksil të një aminoacidi me grupin amino të një aminoacidi tjetër. Zakonisht përdoren strategji me grupe mbrojtëse për të shmangur reaksionet anësore të padëshiruara me zinxhirët e ndryshëm anësorë të aminoacideve.
Sinteza kimike (in-vitro) e peptideve më së shpeshti fillon duke lidhur grupin karboksil të aminoacidit që shtohet (skaji C) me skajin N të zinxhirit peptidik në rritje. Ndryshe nga kjo sintezë nga C në N, biosinteza natyrore e proteinave të përbëra nga peptide të gjata në organizmat e gjallë ndodh në drejtimin e kundërt. Kjo do të thotë se në biosintezë, skaji N i aminoacidit që shtohet lidhet me skajin C të zinxhirit proteinik (nga N në C).
Shumica e protokolleve të kërkimit dhe zhvillimit për sintezën e peptideve bazohen në metoda në fazë të ngurtë, ndërsa metodat e sintezës në fazë të lëngët përdoren në prodhimin industrial të peptideve në shkallë të gjerë.
Cila është gjendja aktuale e zhvillimit më të avancuar në sintezën e peptideve?
SUS-SPPS (SPPS e qëndrueshme e asistuar me ultratinguj) është treguar se e redukton procesin në vetëm dy hapa për cikël (bashkim/bllokim/heqje e grupeve mbrojtëse të kombinuara + një larje e vetme), duke reduktuar ndjeshëm konsumin e tretësit dhe kohën. (shih Mottola et al., 2025)
TAPS me asistencë ultrasonike është një kombinim në zhvillim me sukses të dëshmuar në sinteza totale (p.sh., lipobactin) dhe po studiohet nga organizatat e zhvillimit dhe prodhimit me kontratë (CDMO) për prodhimin e përbërësve farmaceutikë aktivë (API).
Zbuloni përparësitë e sintezës së peptideve me TAGGING të asistuar me ultratinguj!
Përpunimi i vazhdueshëm po studiohet si një përmirësim i mëtejshëm – janë përshkruar platforma të sintezës së vazhdueshme në një enë të vetme, të asistuar nga grupe shënjuese të sililuara.
Fusha po ecën drejt parimeve të kimisë së gjelbër, ku si ultratingujt ashtu edhe TAPS kontribuojnë në reduktimin e përdorimit të tretësve, uljen e sasisë së reagentëve të përdorur dhe përmirësimin e qëndrueshmërisë mjedisore.
Literatura / Referencat
- 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 prodhon homogjenizues ultrasonikë me performancë të lartë, me përmasa nga laboratorike deri në industriale.