自组装多胺基多肽 Amphiphiles (PPAs) 及相关生物材料的简易合成协议
2018年6月25日
多胺基肽 amphiphiles (PPAs) 的合成是一个重要的挑战, 由于存在多种胺氮, 这需要明智地使用保护组来掩盖这些反应功能。本文介绍了一种简便的制备这些新型自组装分子的方法。
这种方法可以回答有关如何将肽两亲物装饰为多胺以及使用八角形保护基团的关键问题该技术的主要优点是，您可以使用包含多个反应侧的未受保护的化学结构单元生成杂交肽两亲物。演示该程序的是 Conda Sheridan 实验室的实验室学生 Mehdi、Nathalia 和 Krishnaiah。首先，仔细称出 2-氯三苯基氯化物树脂，将树脂置于容量为 50 毫升的烧结、中等孔隙率的合成容器中。
接下来，将 synethesis 容器固定在变速机械摇床上，并将容器旋转 45 度角以最大限度地提高搅拌效果。然后向填料中加入 15 ml DCM。让树脂珠溶胀 15 分钟后，向树脂中加入 8 个当量的所需多胺，并让其反应 5 小时。
5 小时后，进行 Kaiser 试验，以确认多胺与树脂反应成功。然后，通过在无水甲醇中加入四个当量的 DDE 并摇动反应混合物过夜来保护伯胺基团。第二天，进行 Kaiser 试验，以确认树脂珠中没有蓝色，从而成功保护。
然后，排空 DCM 并用 DCM 和 DMF 的二比一混合物洗涤树脂两次。现在，向填料中加入 20 当量的 Boc 酸酐的 DCM 溶液，让反应进行 3 小时。在进行氯苯胺测试以确认仲胺的保护后，排干溶剂混合物，并用 DCM 和 DMF 的二比一混合物洗涤树脂两次。
然后，向树脂中加入 10 毫升 2% 肼的 DMF 溶液。振荡 1 小时后，进行 Kaiser 试验以确认伯胺成功脱保护。接下来，混合 4 当量的 Fmoc 保护氨基酸、3.95 当量的 HBTU 和 15 当量的 DIPEA。
加入 DCM 和 DMF 的一对一混合物，对混合物进行超声处理直至完全溶解。在将混合物添加到树脂中之前，请确保氨基酸、偶联剂和 DIPEA 真正混合并活化。等待 3 到 5 分钟以确保羧酸活化后，将反应混合物添加到装有树脂的容器中，并在环境温度下让反应进行 2 到 4 小时。
在每个步骤中进行 kaiser 或 chloranil 测试，以确认耦合成功。在进行 Kaiser 试验以确认偶联成功后，通过添加 10 毫升 20% 的 4-甲基吡啶溶液的 DMF 溶液来去除氨基酸中的 Fmoc 基团。反应完成后，进行 Kaiser 试验以确认氨基酸成功脱保护。
然后，用 10 mL DMF 洗涤树脂两次，每次洗涤持续 5 分钟，最后用 10 mL DCM 洗涤 10 分钟。偶联所有必需的氨基酸后，通过将 10 个当量的所需羧酸官能团添加到 9.5 个当量的 HBTU 和 12 个当量的 DIPEA 中，将疏水尾部与最后一个氨基酸偶联。对混合物进行超声处理直至完全溶解，然后将混合物加入容器中。
进行反应至少五个小时，但建议过夜以获得最高产量。用 8 mL DMF 洗涤树脂 2 分钟，用 8 mL DCM 洗涤两次，持续 5 分钟。每次添加之前，将溶剂从容器中排出。
进行最后一次洗涤后，在真空下干燥树脂 15 分钟。要制备 15 mL 裂解混合物，请将 14 mL TFA 加入 0.5 mL 水中，以及 0.5 mL 三异丙基硅烷。将这种裂解混合物添加到填料中，并在室温下摇动 2 到 4 小时。
裂解反应完成后，将溶液收集在 50 mL 圆底烧瓶中。然后，使用旋转蒸发器减压将真空中的 TFA 浓缩至 1 至 2 毫升，同时在 40 摄氏度下加热混合物蒸发后，将得到的 TFA 溶液滴加到装有 15 毫升无水冷乙醚的圆底烧瓶中，以沉淀 PPA。接下来，将 5 毫升无水冷乙醚添加到含有浓 TFA 溶液的原始培养瓶中。
超声处理以回收其他固体。然后，与上一步中的以太溶液混合。盖上烧瓶并将其放入冰箱内过夜，以最大限度地增加沉淀。
第二天，使用细或中等倾倒尺寸的中心盘式过滤漏斗通过真空过滤收集沉淀材料。最后，用 5 到 10 毫升冷乙醚洗涤沉淀物两次，以去除任何残留的有机物。HPLC 痕量和 MALDI 光谱确认了 PPA 产品的存在，该产品的纯度应大于 95%，用于材料表征或生物评估。
在基于 UV 的 HPLC 迹线中观察到一个尖峰，MALDI 谱图对应于计算的 PPA 分子量，在正负 1 道尔顿范围内。PPA 的自组装可以通过透射电子显微镜、原子力显微镜、小角 X 射线散射、扫描电子显微镜和动态光散射进行可视化和分析。成功的自组装将在透射电子显微镜和原子力显微镜中产生明确的纳米结构。
一旦掌握，如果执行得当，该协议可以在三天内完成。在尝试此程序时，请记住在进行任何后续研究之前纯化产品并评估其纯度。按照此程序，可以制备其他分子，例如肽两亲物、肽和肽-多胺杂交体。
该技术发展后，有助于自组装肽两亲物领域的研究，探索多胺纳米结构在药物递送、成像或催化等领域的影响。看完这个视频，你应该对如何进行多胺基肽两亲物和相关肽两亲物的合成有了很好的了解。三氟乙酸和 4-甲基吡啶可能有害，因此在执行此程序时应采取预防措施，例如戴手套、穿实验服和在通风橱中工作。
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概述
本文介绍了一种合成多胺基肽两亲分子（PPAs）的方法，解决了多个反应性氨基氮原子的挑战。该技术允许创建具有未保护化学构件的混合肽两亲分子。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物化学
- 有机化学
- 材料科学
背景
- 多胺基肽两亲分子对各种应用很重要。
- 多个氨基氮原子使它们的合成复杂化。
- 保护基通常用于掩盖反应性官能团。
- 需要新的方法来简化合成过程。
研究目的
- 开发一种简便的PPAs合成方法。
- 探索用多胺修饰肽两亲分子。
- 有效利用八边形保护基。
使用的方法
- 称量2-氯三苯基氯化树脂。
- 使用带有DCM的陶瓷合成容器膨胀树脂。
- 让树脂与多胺反应五个小时。
- 使用变速机械摇床进行搅拌。
主要结果
- 该方法成功生成混合肽两亲分子。
- 可以使用未保护的化学构件。
- 该技术在合成中展示了显著优势。
- 实验室学生有效执行了该程序。
结论
- 这种方法简化了多胺基肽两亲分子的合成。
- 它为自组装分子的研究开辟了新途径。
- 未来的研究可以在此技术基础上进行各种应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Polyamine-based peptide amphiphiles (PPAs) offer a modular platform for engineering self-assembling biomaterials with tunable nanostructures, relevant to drug delivery, imaging, and catalysis. This synthesis protocol enables rapid, reproducible access to hybrid amphiphiles with diverse morphologies, supporting early-stage material innovation and translational research. The approach addresses key synthetic challenges, facilitating portfolio expansion in biomaterials-driven R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic exploration of polyamine decoration on peptide amphiphile scaffolds for functional material design.
- Supports mechanistic de-risking by allowing controlled modification of hydrophilic and hydrophobic domains.
- Facilitates rapid prototyping of nanostructures for hypothesis-driven material screening.
Screening & Assay Development
- Delivers high-purity (>95%) amphiphiles suitable for downstream biological evaluation and assay integration.
- Standardizes synthesis and purification steps, improving reproducibility across batches and studies.
- Generates well-defined nanostructures validated by HPLC, MALDI, and microscopy, supporting quantitative assay development.
Translational & Preclinical Research
- Enables preparation of biomaterials with tailored morphologies for preclinical studies in drug delivery or imaging.
- Provides a platform for evaluating structure-function relationships in disease-relevant systems.
- Supports continuity from material synthesis to in vitro and in vivo characterization when aligned with translational goals.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol positions PPA synthesis at the interface of early discovery and preclinical material evaluation, enabling iterative design and rapid material qualification.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on the impact of polyamine modifications on self-assembly and function.
- Screening: Provides reproducible, high-purity amphiphiles for reliable compound evaluation and assay readiness.
- Analytics: Integrates HPLC, MALDI, and microscopy for quantitative assessment of product identity and morphology.
- Translational Research: Lays groundwork for biomaterial optimization in preclinical models when relevant.
- Enterprise Reuse: Protocol is adaptable to related peptide amphiphiles and hybrid systems, supporting platform scalability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material performance by enabling precise structural control.
- Operational Value: Streamlines synthesis, purification, and validation for efficient R&D workflows.
- Strategic Value: Accelerates go/no-go decisions for novel biomaterial candidates, reducing late-stage risk.
- Portfolio Impact: Expands the range of accessible self-assembling materials for diverse therapeutic and diagnostic applications.
Implementation Considerations
- Requires expertise in solid-phase peptide synthesis and analytical characterization (HPLC, MALDI, microscopy).
- Access to specialized instrumentation for synthesis, purification, and nanostructure analysis is essential.
- Standardization of test procedures (e.g., Kaiser, chloranil tests) is critical for reproducibility.
- Protocol is adaptable to various peptide and polyamine sequences, but optimization may be needed for new systems.
- Material purity and nanostructure validation are prerequisites for downstream biological studies.
