مقالة منهجية

تكيف غير مكلف لمفاعل ميكروويف تجاري لتخليق الببتيد في الطور الصلب

1.3K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/66937

⸱

نوفمبر 22, 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry & Biochemistry, Fairfield University

في هذه المقالة

ملخص

يتم تقديم جهاز بسيط وغير مكلف وجديد لإجراء توليفات الببتيد ذات الطور الصلب في مفاعل ميكروويف تجاري.

الملخص

يتم تقديم جهاز محلي الصنع لإجراء تخليق الببتيد في الطور الصلب (SPPS) ، بمساعدة تشعيع الميكروويف والتدفئة. على عكس أوعية تفاعل SPPS التقليدية ، التي تستنزف المذيبات والمنتجات الثانوية عبر فريت موجود في قاع الوعاء ، يستخدم الجهاز المقدم أنبوب تشتت الغاز تحت الفراغ لإزالة المذيبات والمنتجات الثانوية والكواشف الزائدة. يوفر أنبوب تشتت الغاز نفسه تحريض غاز النيتروجين لخرز SPPS أثناء خطوات تفاعل الاقتران وإزالة الحماية. يعد تسخين الميكروويف مفيدا لوصلات SPPS من المخلفات المعوقة بشكل استيري ، مثل حمض ألفا أمينويزوبوتيريك (Aib) ، وهو بقايا أحماض أمينية ألفا ، ثنائي ألفا. تم استخدام هذا الجهاز المصنوع منزليا لإعداد الببتيدات السباعية والأوستامرية التي تهيمن عليها بقايا Aib ، والتي من المعروف أنها يصعب إقرانها في ظل ظروف درجة حرارة الغرفة القياسية والكواشف. علاوة على ذلك ، فإن مفاعلات SPPS التجارية النموذجية مخصصة حصريا لتخليق SPPS مما يجعلها غير متاحة لغير مستخدمي SPPS. في المقابل ، يحافظ الجهاز المقدم على تعدد استخدامات مفاعل الميكروويف لتسريع الميكروويف التقليدي للتفاعلات الكيميائية ، حيث تتم إزالة الجهاز بشكل تافه من مفاعل الميكروويف التجاري.

المقدمة

أحدث إدخال ميريفيلد لتخليق الببتيد في الطور الصلب SPPS في الستينيات ثورة في الببتيد والتوليفات الكيميائية وتمت مكافأته بحق بجائزة نوبل في الكيمياء1،2. في العقود اللاحقة ، قام العديد من الباحثين بتحسين تقنيات ميريفيلد الأصلية ، مما أدى إلى بديلين يهيمنان على ممارسات SPPS: الفلورينيل ميثوكسي كربونيل (FMOC ) القائم على الفلورينيل ميثوكسي كربونيل (FMOC) مقابل ثلاثي بوتيل أوكسي كربونيل (BOC)3. يتطلب الانقسام النهائي للببتيد من الراتنج الصلب في FMOC كوكتيلا يحتوي على حمض ثلاثي فلور أسيتيك ، مقارنة بالحمض عالي الكثافة لتقنيات BOC ، مما يجعل الطرق القائمة على FMOC الخيار المفضل للعديد من المختبرات.

يتم أحيانا تحدي طرق SPPS الحديثة من خلال التسلسلات المرغوبة. في السنوات الأخيرة ، كان هناك تقدم في التغلب على بعض المخاوف الخاصة بالتجميع4 ، وتكوين diketopiperazine5 ، وبقايا الأحماض الأمينية N-methylated6. في محاولة لتحسين إنتاجية الاقتران ، تم استكشاف الآلاف من كواشف التوصيل والموادالمضافة 7. على وجه التحديد ، تم تطوير تنشيط حمض الكربوكسيل عبر COMU8،9 أو الفلورايد الحمضي10،11،12 ، جنبا إلى جنب مع المواد المضافة مثل Oxyma13 و hydroxybenzotriazole (HOBt) ، للوصلات الصعبة بشكل خاص مثل تلك التي تنطوي على بقايا ثنائية α ، α.

تم استخدام طرق أخرى غير قائمة على الكاشف لزيادة الغلة للوصلات الصعبة ، بما في ذلك أوقات التفاعل الممتدة ، و "الاقتران المزدوج" ، والتدفئة ، وخاصة تسخين الميكروويف14،15،16. في الواقع ، تعد أجهزة توليف الببتيد الآلية المتوفرة تجاريا والتي تستخدم تسخين الميكروويف من بين أكثر الوحدات نجاحا تجاريا في السوق لأنها تسرع معدلات التفاعل ، ويبدو أنها تحسن النقاء النهائي للببتيدات ، وتقلل من نفايات المذيبات. لسوء الحظ ، يمكن أن تكون هذه الوحدات باهظة الثمن ، حيث تكلف أكثر من 100,000 دولار في بعض الحالات.

يهتم مختبرنا بإعداد أشكال مختلفة من الببتيدات التي تحتوي على بقايا الهليكوجينيك القوية لحمض ألفا أمينوإيزوبوترييك (Aib) 17،18،19. نظرا للعائق الفراغي الناجم عن انفراد ألفا كربون ، من المعروف أن Aib يصعب الاقتران. تم استخدام الطرق المذكورة أعلاه (الفلورايد الحمضي ، تسخين الميكروويف20) ، بالإضافة إلى كيمياء SPPS الذكية "ثنائي الببتيد"21 ، لتكييف SPPS مع تحديات اقتران AIB. يتطلب تحضير ثنائيات Aib خارج الراتنج ، مع تحسين العائد الكلي ، كيمياء رطبة إضافية ودرجات حرارة مرتفعة (50 درجة مئوية)21. علاوة على ذلك ، فقد تجنبنا استخدام الفلورايدات الحمضية ل Aib بسبب الطبيعة السامة لعوامل الفلورة. لسوء الحظ ، يفتقر مختبرنا إلى مركب SPPS آلي مخصص قائم على الميكروويف ، مع أوعية تفاعل مخصصة للتصريف الضروري للمنتجات الثانوية SPPS. ومع ذلك ، فإن تقريرا حديثا من مجموعة Clayden أظهر نجاحا مذهلا في إعداد أوليغومرات قائمة على Aib باستخدام SPPS وإشعاع الميكروويف22 حفزنا على تكييف وحدة الميكروويف CEM Discover SP في مختبرنا لتوليفات SPPS.

قمنا أولا بالتحقيق في ملحق CEM المتاح تجاريا لتحويل مفاعل الميكروويف إلى وحدة SPPS / ميكروويف يدوية23. بصرف النظر عن التكلفة ، سيتطلب هذا الملحق التزام وحدة الميكروويف الخاصة بنا بنظام SPPS اليدوي فقط . لن يتمكن مستخدمو المختبرات الآخرون من الوصول إلى القدرات الممتازة لوحدة الموجات الصغرية. لذلك ، اعتبر تنفيذ الملحق التجاري غير مقبول في حالتنا.

بدلا من ذلك ، قمنا بتجميع جهاز ، من خلال مكونات غير مكلفة نسبيا ، لأداء SPPS بمساعدة الميكروويف على مقياس المليمول. يصف البروتوكول أدناه استخدام مكونات بسيطة وغير مكلفة نسبيا لتنفيذ SPPS يدويا بمساعدة الميكروويف.

البروتوكول

1. تجميع الجهاز (الشكل 1)

ملاحظة: تم العثور على جميع مكونات تجميع الجهاز في جدول المواد.

  1. قم بتجميع منفذ الفراغ.
    1. قم بتوصيل 2 "من 1/8" أنبوب تفلون بالجانب الأيمن من "نقطة الإنطلاق" (الشكل 1 ، الجزء المسمى "1") مصنوع من رباعي فلورو إيثيلين الإيثيلين (ETFE).
    2. قم بتوصيل أنبوب التفلون مقاس 1/8 بوصة بصمام (الشكل 1 ، الجزء المسمى "2") مصنوع من ETFE.
    3. قم بتوصيل 100 سم من أنابيب التفلون على الجانب الآخر من الصمام (الشكل 1 ، الجزء المسمى "2").
    4. أدخل هذا الأنبوب من خلال فتحة 1/8 بوصة من الفلين المطاطي واستخدم هذا الفلين لتغطية قارورة Erlenmeyer المسلحة الجانبية (الشكل 1A ، الجزء المسمى "8") متصل بالفراغ (منزل أو مضخة متواضعة).
  2. قم بتجميع مدخل غاز النيتروجين.
    1. قم بتوصيل 2 "من أنابيب التفلون 1/8" بالجانب الأيسر من ETFE "Tee" (الشكل 1 ، الجزء المسمى "1").
    2. قم بتوصيل أنبوب التفلون مقاس 1/8 بوصة بصمام ETFE (الشكل 1 ، الجزء المسمى "3").
    3. قم بتوصيل 100 سم من أنابيب التفلون مقاس 1/8 بوصة على الجانب الآخر من صمام EFTE (الشكل 1 ، الجزء المسمى "3").
    4. قم بربط الطرف البعيد من أنبوب التفلون مقاس 1/8 بوصة من خلال فلين مطاطي واستخدم هذا الفلين للاتصال بأنبوب tygon متصل بأسطوانة نيتروجين مزودة بمنظم (الشكل 1 أ ، الجزء المسمى "7").
    5. مع إغلاق صمام الإبرة للمنظم ، استخدم صمام الحجاب الحاجز للمنظم (الشكل 1 أ ، الجزء المسمى "7"). لتحقيق ضغط 5-10 رطل لكل بوصة مربعة.
  3. قم بتجميع الشفاط / الفقاعات.
    1. قم بتوصيل جذع "نقطة الإنطلاق" (الشكل 1 ، الجزء المسمى "1") بطول 100 سم من أنابيب تفلون OD.
    2. أدخل هذا الأنبوب من خلال حاجز دقيق (الشكل 1 ، الجزء المسمى "6") مثقوبه مسبقا بإبرة.
    3. أدخل الأنبوب بالكامل في أنبوب تشتت الغاز. استخدم الحاجز الصغير لتشكيل ختم بين أنبوب تشتت الغاز (الشكل 1 ، الجزء المسمى "4") وأنبوب التفلون.
    4. أدخل أنبوب تشتت الغاز في وعاء تفاعل أنبوب الاختبار (الشكل 1 ، الجزء المسمى "5") ، وضع أنبوب الاختبار في حامله (في الصورة في الشكل 1 ب) ، وهو خارج مفاعل الميكروويف.
      ملاحظة: أثناء التفاعلات الكيميائية ، سيتم إدخال أنبوب الاختبار في مفاعل الميكروويف. أثناء إضافة محاليل التفاعل وغسل المذيبات ، يتم تثبيت أنبوب الاختبار خارج مفاعل الميكروويف.
  4. قم بتوصيل مخفف الوعاء المفتوح بمفاعل الميكروويف. يجب أن يكون الجهاز جاهزا الآن للاستخدام.

2. تحضير الكواشف

  1. تحضير محاليل الأحماض الأمينية FMOC. لمقياس 0.100 مليمول ، قم بإعداد 0.2 M FMOC-AA-OH في DMF. ستستخدم كل دورة اقتران 2.5 مل من محاليل الأحماض الأمينية.
  2. تحضير كاشف اقتران ثنائي الأيزوبروبيل كاربوديميد (DIC). قم بإعداد 1.0 M DIC في DMF. ستستخدم كل أداة توصيل 1.0 مل من محلول DIC.
  3. تحضير محلول مضاف Oxyma النقي. تحضير 0.5 M أوكسيما في DMF. ستستخدم كل أداة توصيل 1.0 مل من محلول أوكسيما.
  4. تحضير حل إزالة الحماية. تحضير 20٪ حجم / حجم محلول مورفولين / DMF. يتطلب كل تشغيل إزالة حماية 7 مل من المحلول. قم بإجراء تشغيلين لإزالة الحماية لكل إزالة حماية من fmoc.

3. تحضير راتنج الببتيد

  1. قم بقياس الكتلة المناسبة لراتنج SPPS Wang ، 100-200 شبكة ، البوليسترين المتشابك مع 1٪ ديفينيل بنزين ، وضع الراتنج الجاف في وعاء تفاعل أنبوب الاختبار. على سبيل المثال ، بالنسبة لتخليق مقياس 0.100 مليمول ، يتطلب الراتنج الذي يحتوي على تحميل 0.500 مليمول جم -1 200 مجم من الراتنج.
  2. أضف 3 مل من مذيب DMF إلى الراتنج وانتفخ الراتنج في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة. في هذه الخطوة ، تأكد من أن إمداد غاز النيتروجين "قيد التشغيل / الفتح" للتحريض ، وأن صمام التفريغ (الشكل 1 ، المسمى "2") "مغلق / مغلق". استخدم صمام الإبرة لإمداد النيتروجين (الشكل 1 أ ، المسمى 7) لتحقيق فقاعات لطيفة داخل المحلول.
    ملاحظة: يجب أن يكون هذا الإعداد مناسبا لجميع التحريض الإضافي بواسطة غاز النيتروجين.
  3. بعد 15 دقيقة من تورم الراتنج ، قم بشفط مذيب DMF تحت الفراغ: أغلق صمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3"). افتح الصمام للفراغ (الشكل 1 ، المسمى "2") واستنشق مذيب DMF. عندما يتم إزالة المذيب تقريبا ، افتح الصمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3").
  4. كرر الخطوتين 3.2 و 3.3 مرتين لتضخيم الراتنج بالكامل.

4. إزالة FMOC

ملاحظة: تتوفر الراتنجات محملة مسبقا بمجموعة متنوعة من الأحماض الأمينية المحمية ب FMOC المحملة مسبقا كمخلفات C-terminal. لذلك ، عادة ما تكون إزالة FMOC هي الخطوة الأولى بعد تورم الراتنج.

  1. مع إغلاق وعاء تفاعل أنبوب الاختبار الخارجي لمفاعل الميكروويف وصمام التفريغ (الشكل 1 ، المسمى "2") ، أضف 7 مل من 20٪ بيبيريدين / DMF أو 20٪ مورفولين / DMF مباشرة في أنبوب الاختبار.
  2. قم بتشغيل صمام النيتروجين (الشكل 1 ، المسمى "3") لتحريك الخرز.
    ملاحظة: تتوفر راتنجات SPPS محملة مسبقا ببقايا الطرف C ، محمية بواسطة FMOC.
  3. أدخل أنبوب الاختبار الذي يحتوي على الخرزات في مفاعل الميكروويف عبر مخفف "الوعاء المفتوح" (الشكل 1 ب ، المنفذ المعدني للمفاعل).
  4. قم بالتسخين إلى 90 درجة مئوية لمدة دقيقتين باستخدام الميكروويف في الوضع الديناميكي: اضبط درجة الحرارة المستهدفة على 90 درجة مئوية ، طاقة 50 واط ، وقت الانتظار = 2.0 دقيقة (انظر الملف التكميلي 1 للحصول على تقرير عن إزالة الحماية داخل الميكروويف). مراقبة درجة الحرارة عبر مستشعر الأشعة تحت الحمراء للميكروويف ؛ سيقلل الميكروويف من الطاقة للحفاظ على درجة حرارة التفاعل.
  5. قم بإزالة أنبوب الاختبار الذي يحتوي على الخرزات من مفاعل الميكروويف.
  6. شفط محلول DMF والمنتجات الثانوية للتفاعل تحت الفراغ: أغلق الصمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3"). افتح صمام الفراغ (الشكل 1 ، المسمى "2"). عندما يتم إزالة المحلول تقريبا ، افتح الصمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3").
  7. أغلق صمام التفريغ (الشكل 1 ، المسمى "2"). أضف 3 مل من DMF لشطف أنبوب الاختبار وأنبوب تشتت الغاز.
  8. غسل مذيبات Aspirate DMF تحت الفراغ: أغلق صمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3"). افتح صمام الفراغ (الشكل 1 ، المسمى "2"). عندما يتم إزالة المحلول تقريبا ، افتح الصمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3").
  9. كرر الخطوتين 4.7 و 4.8 مرتين ، ليصبح المجموع ثلاث غسلات بمذيب DMF.
  10. كرر خطوات إزالة FMOC من 4.1 إلى 4.9 ليصبح المجموع خطوتين متتاليتين لإزالة الحماية.

5. اقتران الأحماض الأمينية FMOC

  1. ضع وعاء تفاعل أنبوب الاختبار في حامله خارج مفاعل الميكروويف.
  2. أضف يدويا 2.5 مل من 0.2 M من الأحماض الأمينية FMOC (5x الفائض المولي) ، و 1.0 مل من محلول عامل اقتران 1.0 M DIC (10x الفائض المولي) ، و 1.0 مل من محلول مضاف Oxyma 0.5 M (5x الفائض المولي) إلى الراتنج في أنبوب الاختبار.
  3. افتح صمام النيتروجين (الشكل 1 ، المسمى "3") لتحقيق تحريض الخرز.
  4. أدخل أنبوب الاختبار الذي يحتوي على الخرزات في مفاعل الميكروويف عبر مخفف الوعاء المفتوح (الشكل 1 ب ، المنفذ المعدني للمفاعل). سخني المحلول إلى 100 درجة مئوية لمدة 10 دقائق. باستخدام الميكروويف في الوضع الديناميكي ، اضبط درجة الحرارة المستهدفة على 100 درجة مئوية ، طاقة 60 واط ، وقت الانتظار = 10.0 دقيقة (انظر الملف التكميلي 1 للحصول على تقرير عن الاقتران داخل الميكروويف). مراقبة درجة الحرارة عبر مستشعر الأشعة تحت الحمراء للميكروويف ؛ سيقلل الميكروويف من الطاقة للحفاظ على درجة حرارة التفاعل.
  5. قم بإزالة أنبوب الاختبار الذي يحتوي على الخرزات من مفاعل الميكروويف.
  6. شفط مذيب DMF والمنتجات الثانوية للتفاعل تحت الفراغ: أغلق صمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3"). افتح صمام الفراغ (الشكل 1 ، المسمى "2"). عندما يتم إزالة المحلول تقريبا ، افتح الصمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3").
  7. أغلق صمام التفريغ (الشكل 1 ، المسمى "2"). أضف 3 مل من DMF لشطف أنبوب الاختبار وأنبوب تشتت الغاز.
  8. غسل مذيبات Aspirate DMF تحت الفراغ: أغلق صمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3"). افتح صمام الفراغ (الشكل 1 ، المسمى "2"). عندما يتم إزالة المحلول تقريبا ، افتح الصمام N2 (الشكل 1 ، المسمى "3").
  9. كرر الخطوتين 5.7 و 5.8 مرتين ليصبح المجموع ثلاث غسلات بمذيب DMF.

6. كرر دورات الببتيد SPPS

  1. كرر جميع الخطوات الواردة في القسمين 4 (إزالة FMOC) و 5 (اقتران الأحماض الأمينية FMOC) حتى الببتيد بالتسلسل المطلوب.
    ملاحظة: تأكد من إضافة محاليل الكاشف خارج مفاعل الميكروويف ، في درجة حرارة الغرفة ، مباشرة إلى وعاء تفاعل أنبوب الاختبار. تأكد أيضا من بدء تحريض النيتروجين قبل وضع أنبوب الاختبار في مفاعل الميكروويف.

7. انقسام الببتيد

  1. انقل الراتنج إلى حقنة بلاستيكية ممزقة.
  2. قم بإعداد مزيج من 95٪ حمض ثلاثي فلورو أسيتيك (TFA) و 2.5٪ ماء و 2.5٪ ثلاثي أيزوبروبيل سيلان (TIPS) بحجم 1 مل / 100 مجم من الراتنج.
  3. اقطع الببتيد لمدة ساعتين في درجة حرارة الغرفة مع الاهتزاز المستمر أو العرضي.
  4. ترسيب منتج الببتيد في 10 مل من ثنائي إيثيل الأثير المثلج.
  5. أعد تعليق الحبيبات بكمية قليلة من MeCN / 0.1٪ TFA مائي وقم بتجميدها طوال الليل.

النتائج

تظهر أمثلة على تسلسلات الببتيد المعدة بأجهزتنا في الشكل 2 والشكل 3. يلخص الجدول 1 الحلول ومعلمات الميكروويف والغسالات التي استخدمناها. يظهر تأكيد قياس الطيف الكتلي MALDI-TOF في الأشكال. كان الانتعاش الشامل لهذه الببتيدات أعلى من 80٪. بشكل ملحوظ ، كل هذه التسلسلات لها وصلات متعددة بين الأحماض الأمينية المجاورة ألفا ، الأحماض الأمينية ثنائي الألفا. هذه من بين أصعب المخلفات التي يمكن الاقتران بها معا عن طريق تكوين رابطة الببتيد.

figure-results-1
الشكل 1: جهاز SPPS اليدوي المصنوع منزليا بمساعدة الميكروويف. (أ) عرض تخطيطي 1) ETFE "نقطة الإنطلاق" ؛ 2) صمام ETFE إلى الفراغ. 3) صمام ETFE لغاز النيتروجين. 4) أنبوب تشتت الغاز ، في غضون 5) وعاء تفاعل أنبوب اختبار Pyrex ؛ 6) الحاجز من نوع الرنين المغناطيسي النووي للانضمام إلى أنابيب تفلون 1/8 بوصة إلى أنبوب تشتت الغاز ؛ 7) صمام إبرة للتحكم في تدفق غاز النيتروجين. 8) قارورة الذراع الجانبية لجمع نفايات التفاعل. انظر جدول المواد للمصنعين وأرقام كتالوج المكونات. (ب) صورة فوتوغرافية للصورة المجمعة. الترقيم مطابق للشكل 1 أ. الاختصارات: SPSS = تخليق الببتيد في الطور الصلب ؛ ETFE = رباعي فلورو إيثيلين ؛ الرنين النووي = الرنين المغناطيسي النووي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: هيكل الببتيد 1 ، الذي تم تصنيعه عبر طرق SPPS بالميكروويف وتأكيد MALDI-TOP. (أ) تم استخدام CHCA كمصفوفة. الذروة عند m / z = 880.18 هي مقرب البوتاسيوم ، [MK +] ، محسوبة m / z = 880.45. (ب) أثر HPLC للببتيد الخام 1. تدرج المذيب هو MeCN من 20٪ إلى 80٪ على 0.1٪ TFA مائي ، 20 دقيقة. الطول الموجي للمراقبة = 222 نانومتر. الاختصارات: SPSS = تخليق الببتيد في الطور الصلب ؛ MALDI-TOF = تأين الامتصاص بالليزر بمساعدة المصفوفة - وقت الرحلة ؛ CHCA = حمض ألفا سيانو-4-هيدروكسي سيناميك ، HPLC = كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء ؛ MeCN = الأسيتونيتريل ؛ TFA = حمض ثلاثي فلورو أسيتيك. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 3: هيكل الببتيد 2 ، الذي تم تصنيعه عبر طرق SPPS بالميكروويف وتأكيد MALDI-TOP. (أ) تم استخدام CHCA كمصفوفة. يتم تعيين الذروة عند m / z = 1022.7 إلى مقرب البوتاسيوم ، [MK +] ، محسوبة m / z = 1023.5. تم تعيين الذروة عند m / z = 966.5 مبدئيا إلى أوكسازولون طرفي C عبر فقدان الماء24 ، محسوبا m / z = 967.5. (ب) أثر HPLC للببتيد الخام 2. تدرج المذيب هو MeCN من 20٪ إلى 80٪ لمدة 20 دقيقة على 0.1٪ TFA مائي. الطول الموجي للمراقبة = 222 نانومتر. الاختصارات: SPSS = تخليق الببتيد في الطور الصلب ؛ MALDI-TOF = تأين الامتصاص بالليزر بمساعدة المصفوفة - وقت الرحلة ؛ CHCA = حمض ألفا سيانو-4-هيدروكسي سيناميك ، HPLC = كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء ؛ MeCN = الأسيتونيتريل ؛ TFA = حمض ثلاثي فلورو أسيتيك ، الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

درجالمحلول / المذيبالحجم (مل)الوقت (دقيقة)درجة الحرارة (درجة مئوية)
1إزالة الحماية20٪ مورفولين7290
2يغسلDMF4, 4, 4-RT
3إزالة الحماية20٪ مورفولين7290
4يغسلDMF4, 4, 4-RT
5اقترانFmoc-AA-OH, أوكسيما, DIC5, 2, 210100
6يغسلDMF4, 4, 4-RT
7كرر
انتهاءالانقسامTFA / نصائح / H2O1>120

الجدول 1: خطوات دورة واحدة من مقياس 0.1 مليمول بمساعدة SPPS بمساعدة الميكروويف: إزالة الحماية من FMOC ، والغسيل ، واقتران الأحماض الأمينية FMOC. 0.2 م FMOC-AA-OH ، 0.5 م أوكسيما ، 1.0 م DIC. تمت إضافة المحاليل يدويا بواسطة ماصة دقيقة مباشرة في أنبوب الاختبار لكل خطوة. الاختصارات: SPSS = تخليق الببتيد في الطور الصلب ؛ FMOC = فلورينيل ميثوكسي كربونيل ؛ DIC = ثنائي الأيزوبروبيل كاربوديميد.

الملف التكميلي 1: تقرير مفاعل الميكروويف CEM Discover SP لإزالة مجموعة حماية Fmoc وتقرير مفاعل الميكروويف CEM Discover SP لاقتران حمض أميني محمي بواسطة Fmoc. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

يستدعي الجهاز المقدم هنا طريقة بسيطة وجديدة وغير مكلفة لإزالة المذيبات والكواشف الزائدة ومنتجات النفايات ، بالإضافة إلى إضافة تحريض غاز النيتروجين ، أثناء SPPS بمساعدة الميكروويف. على عكس أوعية SPPS التقليدية ، التي تستدعي فريت في قاع الوعاء ، يستدعي الجهاز المقدم أنبوب تشتت الغاز تحت الفراغ لشفط الوعاء. وبالتالي فإن وعاء التفاعل عبارة عن أنبوب اختبار عادي ، يتم تسخينه في الموقع الموصى به من قبل الشركة المصنعة لمفاعل الميكروويف داخل "مخفف الوعاء المفتوح".

يتمثل ابتكارنا الأساسي في إزالة المذيبات والمنتجات الثانوية للتفاعل من أنبوب الاختبار عبر "أنبوب تشتت الغاز" تحت الفراغ. أثناء التحولات الكيميائية تحت إشعاع الميكروويف ، وكذلك أثناء الغسيل بالمذيب (N ، N-dimethylformamide (DMF) أو N-methyl pyrrolidinone ، NMP) ، يتم تحريك حبات SPPS بواسطة غاز النيتروجين المنتشر عبر الأنبوب. يتم التحكم في الفراغ وغاز النيتروجين بواسطة صمامات ETFE لتحسين مقاومة المذيبات. يتم جمع نفايات SPPS في قارورة Erlenmeyer ذات الذراع الجانبي. جميع المكونات متصلة عبر أنابيب تفلون 1/8 بوصة. بينما نستخدم الفراغ "المنزلي" ، فإن مضخة التفريغ الميكانيكية ستعمل أيضا. الشكل 1 أعلاه هو تخطيطي لجهازنا.

لا يتطلب SPPS الناجح جهازا فحسب ، بل يتطلب بروتوكولات كيميائية لدرجة الحرارة والوقت والكواشف الكيميائية. باستخدام بروتوكول Clayden et al.22 ، قمنا بإعداد العديد من الببتيدات التي سيكون من الصعب ، إن لم يكن من المستحيل تحضيرها عبر طرق SPPS التقليدية في درجة حرارة الغرفة. لاقتران الأحماض الأمينية ، نستخدم ثنائي أيزوبروبيل كاربوديميد (DIC) والأوكسيما ككوكتيل اقتران ونشع إلى 100 درجة مئوية لمدة 10 دقائق. يعتقد أن Oxyma تثبط تعرق المخلفات أثناء عملية الاقتران13. لإزالة الحماية من FMOC ، نستخدم 20٪ مورفولين في DMF ، مشع عند 90 درجة مئوية لمدة دقيقتين ، ونكرر مرة أخرى. بين التفاعلات ، نستخدم DMF لشطف حبات SPPS (راتنج وانغ) بشكل متكرر (3x).

باستخدام هذا الجهاز اليدوي ، قمنا بإعداد الببتيدات التي يصعب تصنيعها بمعدل حوالي 40 دقيقة لكل بقايا. لم ندرس بعد التحسينات المحتملة لهذا المعدل. على سبيل المثال ، نعتقد أن الوقت داخل مفاعل الميكروويف يمكن أن يقتصر على الأرجح على "إجمالي وقت التفاعل" ، بدلا من "الوقت في درجة الحرارة المستهدفة" ، دون تقليل النتائج. ويرجع ذلك إلى مقدار الوقت الذي يقضيه في الاقتراب من درجة الحرارة المستهدفة بشكل غير مقارب (انظر الملف التكميلي 1 للحصول على التفاصيل). علاوة على ذلك ، من حيث المبدأ ، يمكن للمرء أن يضيف جميع الكواشف والمذيبات دون إزالة وعاء التفاعل من الميكروويف. ومع ذلك ، فإننا نفضل أن نكون قادرين على فحص الراتنج في جميع الخطوات.

بينما تكون حالة الاستخدام الخاصة بنا في SPPS ، تجدر الإشارة إلى أن طرق الطور الصلب يتم تطبيقها بشكل متزايد على مجموعة متنوعة من التوليفات ، مثل التغصنات25 ، RNA26 ، والتوليفات الكهروكيميائية27. قد تستفيد مجموعة متنوعة من حالات الاستخدام من مساعدة الميكروويف ، والتي سيكون هذا الجهاز مناسبا لها. أخيرا ، بينما تم بناء الجهاز لأداء SPPS بمساعدة الميكروويف ، فإن وعاء التفاعل الأساسي الخاص به عبارة عن أنبوب اختبار. لذلك ، يمكن استخدام الجهاز في نظام SPPS التقليدي بدرجة حرارة الغرفة ، بالإضافة إلى SPPS الذي يتم إجراؤه في درجات حرارة مرتفعة ، على سبيل المثال ، في حمام الزيت.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.

شكر وتقدير

يعرب المؤلفون عن امتنانهم لدعم منح INSPIRE من جامعة فيرفيلد ، ودعم قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة فيرفيلد ، ومساعدة الدكتورة دوروثي زوبسنسكي لخبرتها في إدارة المختبر. بالإضافة إلى ذلك ، يعرب المؤلفون عن امتنانهم للأساتذة جيليان سميث كاربنتر وآرون فان دايك للمناقشات المتعلقة بالببتيد والتخليق العضوي. يقدر المؤلفون دعم صندوق النشر التابع لكلية الآداب والعلوم بجامعة فيرفيلد.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
مفاعل CEM Discover SP للميكروويفCEMتم إيقاف الإنتاج. تم استبداله مؤخرا في خط الإنتاج بجهاز Discover 2.0
ثنائي إيزوبروبيل كربوديميد (DCC)تي سي آي أمريكا
ثنائي ميثيل فوراميد (DMF)الكيمياويات العلمية الحرارية
أنبوب تشتت الغاز، ميكرو،  كيمغلاسCG-207-02المسامية المتوسطة
الحاجز الصغيركيمغلاسCG-3022-20الحاجز من نوع "أنبوب الرنين المغناطيسي النووي"
مورفولينالكيمياويات العلمية الحرارية
الأحماض الأمينية المحمية ب N-Fmoc
أويكسما بيورتي سي آي أمريكا
قارورة إيرلينماير ذات السلاح الجانبيالبائعون المختلفونجمع النفايات
"تي"IdexP-713ETFE
أنابيب تفلون 1/8", ريستيك25306OD × 0.063" معرف، 3 م
أنبوب الاختبار (حامل لوعاء التفاعل خارج الميكروويف) البائعون المختلفون(30 × 175)
أنبوب الاختبار (وعاء التفاعل)زجاج كورنينغ9820-25Xبايركس 25 × 200 مم، بدون حافة 
صمامIdexP-721ETFE (مرتين)
راتنج Wang SPPS، ديفينيل بنزين مترابط بنسبة 1٪، شبكة 100-200الكيمياء المتقدمة

المراجع

  1. Merrifield, R. B. Solid Phase Peptide Synthesis. I. The Synthesis of a Tetrapeptide. J Am Chem Soc. 85 (14), 2149-2154 (1963).
  2. Sheppard, R. C. Nobel prize: Merrifield wins in chemistry. Nature. 311 (5988), 699-699 (1984).
  3. Jaradat, D. M. M. Thirteen decades of peptide synthesis: key developments in solid phase peptide synthesis and amide bond formation utilized in peptide ligation. Amino Acids. 50 (1), 39-68 (2018).
  4. Paradís-Bas, M., Tulla-Puche, J., Albericio, F. The road to the synthesis of "difficult peptides.". Chem Soc Rev. 45 (3), 631-654 (2016).
  5. Wang, J., et al. Mechanistic Study of diketopiperazine formation during solid-phase peptide synthesis of tirzepatide. ACS Omega. 7 (50), 46809-46824 (2022).
  6. Sharma, A., et al. N-methylation in amino acids and peptides: Scope and limitations. Biopolymers. 109 (10), e23110(2018).
  7. El-Faham, A., Albericio, F. Peptide coupling reagents, more than a letter soup. Chem Rev. 111 (11), 6557-6602 (2011).
  8. Subirós-Funosas, R., Nieto-Rodriguez, L., Jensen, K. J., Albericio, F. COMU: scope and limitations of the latest innovation in peptide acyl transfer reagents. J Peptide Sci. 19 (7), 408-414 (2013).
  9. El-Faham, A., Albericio, F. COMU: A third generation of uronium-type coupling reagents. J Peptide Sci. 16 (1), 6-9 (2010).
  10. Wenschuh, H., Beyermann, M., Rothemund, S., Carpino, L. A., Bienert, M. Multiple solid-phase synthesis via Fmoc-amino acid fluorides. Tet Lett. 36 (8), 1247-1250 (1995).
  11. Wenschuh, H., Beyermann, M., Krause, E., Carpino, L. A., Bienert, M. Efficient solid phase assembly of peptides bearing contiguous highly hindered Aib residues via Fmoc Aib fluoride. Tetrahedron. 34 (23), 3733(1993).
  12. Wenschuh, H., et al. Fmoc amino-acid fluorides - convenient reagents for the solid-phase assembly of peptides incorporating sterically hindered residues. J Org Chem. 59 (12), 3275-3280 (1994).
  13. Manne, S. R., De La Torre, B. G., El-Faham, A., Albericio, F. OxymaPure coupling reagents: beyond solid-phase peptide synthesis. Synthesis. 52 (21), 3189-3210 (2020).
  14. Collins, J. M. Microwave-enhanced synthesis of peptides, proteins, and peptidomimetics. Microwaves in Organic Synthesis. Hoz, A., Loupy, A. , Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA: Weinheim, Germany. 897-959 (2012).
  15. Pedersen, S. L., Tofteng, A. P., Malik, L., Jensen, K. J. Microwave heating in solid-phase peptide synthesis. Chem Soc Rev. 41 (5), 1826-1844 (2012).
  16. Pedersen, S. L., Sørensen, K. K., Jensen, K. J. Semi-automated microwave-assisted SPPS: Optimization of protocols and synthesis of difficult sequences. Peptide Sci. 94 (2), 206-212 (2010).
  17. Zeko, T., et al. FT-IR spectroscopy and density functional theory calculations of 13C isotopologues of the helical peptide Z-Aib 6 -OtBu. J Phys Chem B. 118 (1), 58-68 (2014).
  18. Gord, J. R., et al. Conformation-specific spectroscopy of capped, gas-phase Aib oligomers: Tests of the Aib residue as a 310-helix former. Phys Chem Chem Phys. 18 (36), 25512-25527 (2016).
  19. Fischer, J. L., et al. Single-conformation spectroscopy of capped aminoisobutyric acid dipeptides: the effect of C-terminal cap chromophores on conformation. J Phys Chem A. 123 (19), 4178-4187 (2019).
  20. Hjørringgaard, C. U., Pedersen, J. M., Vosegaard, T., Nielsen, N. C., Skrydstrup, T. An automatic solid-phase synthesis of peptaibols. J Org Chem. 74 (3), 1329-1332 (2009).
  21. Haynes, S. R., Hagins, S. D., Juban, M. M., Elzer, P. H., Hammer, R. P. Improved solid-phase synthesis of α,α-dialkylated amino acid-rich peptides with antimicrobial activity. J Peptide Res. 66 (6), 333-347 (2005).
  22. Zieleniewski, F., Woolfson, D. N., Clayden, J. Automated solid-phase concatenation of Aib residues to form long, water-soluble, helical peptides. Chem Commun. 56 (80), 12049-12052 (2020).
  23. CEM Corporation. Manual peptide synthesis. Discover SPSS. , https://cem.com/discover-spps (2023).
  24. Theis, C., Degenkolb, T., Brückner, H. Studies on the selective trifluoroacetolytic scission of native peptaibols and model peptides using HPLC and ESI-CID-MS. Chem Biodivers. 5 (11), 2337-2355 (2008).
  25. Ya-Ting Huang, A., Kao, C. -L., Selvaraj, A., Peng, L. Solid-phase dendrimer synthesis: a promising approach to transform dendrimer construction. Materials Today Chemistry. 27, 101285(2023).
  26. Flemmich, L., Bereiter, R., Micura, R. Chemical synthesis of modified RNA. Angew Chem Int Ed Engl. 63 (22), e202403063(2024).
  27. Li, M., Li, Y. Solid-phase electrosynthesis. Acc Chem Res. 56 (24), 3694-3703 (2023).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

Fmoc
تكيف غير مكلف لمفاعل ميكروويف تجاري لتخليق الببتيد في الطور الصلب
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.