Microgolven Functionalisering van poly (ethyleenglycol) en On-hars Peptiden voor gebruik in Chain Polymerisaties en Hydrogel Vorming
October 29th, 2013
Deze video is een snelle, efficiënte methode om poly (ethyleenglycol) methacrylaat illustreren, waardoor keten polymerisaties en hydrogel synthese. Het zal laten zien hoe je methacrylamide functionaliteiten dezelfde wijze te introduceren in peptiden, detail gemeenschappelijke analytische methoden om functionalisering efficiëntie te beoordelen, suggesties voor het oplossen van problemen en geavanceerde aanpassingen, en tonen typische hydrogel karakterisering technieken.
Het algemene doel van deze procedure is om polyethyleenglycol en peptiden functioneel te maken met methacrylaatgroepen voor daaropvolgende kettingpolymerisaties en hydrogelsynthese. Dit wordt bereikt door eerst methacrylzuuranhydride en de niet-functionele precursor in een scintillatieglas te combineren. De tweede stap is om microgolfenergie te gebruiken om de peg of het peptide te functioneliseren.
Vervolgens wordt de PEG DM opgelost in chloormethan, of wordt het peptide van de hars afgesplitst. En alle beschermende groepen van de zijketen worden verwijderd in een op zuur gebaseerde cocktail. De laatste stap is om de PEG DM of het met acrylzuur gefunctionaliseerde peptide in ether te precipiteren.
Uiteindelijk wordt proton NMR of Maldi time of flight mass spectrometry gebruikt om de succesvolle functionelering van de peg of het peptidemacro te laten zien. Hallo, mijn naam is Amy Van Hove. Ik ben een PhD-student in de afdeling Biomedische Technologie aan de Universiteit van Rochester.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek boven bestaande methoden zoals het reageren van PEG met methacrylzuurfluoride is dat de reactie aanzienlijk sneller en milieuvriendelijker is. Hallo, mijn naam is Brandon Wilson. Ik ben een student scheikunde aan de Universiteit van Rochester.
Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het biomaterialenveld te beantwoorden, zoals hoe hydrogels die worden geproduceerd met peg dimethyl kunnen worden gebruikt om de afgifte van therapeutische cellen in moleculen te beheersen. Hallo, ik ben Danielle Benoit, een assistent-professor in de afdeling Biomedische Technologie aan de Universiteit van Rochester. De implicaties van deze techniek zijn voor het ontwikkelen van therapieën voor een verscheidenheid aan ziekten, aangezien de gesynthetiseerde verbindingen kunnen worden gebruikt voor cel- en medicijnafgiftetoepassingen.
Voordat u met deze procedure begint, droogt u het vereiste glaswerk gedurende één uur in een oven om besmetting met water in een grote weibrood te voorkomen. Weg uit vijf gram peg met een moleculair gewicht tussen 1000 en 100.000 dalton. Verwijder indien aanwezig het plastic stuk van het deksel van een scintillatieglas in de chemische kap in de chemische kap.
Sproeit 10 molaire overmaat van methacrylzuuranhydride in een gescheurde scintillatieglas. Voeg vervolgens PEG toe aan de fles. Draai vervolgens los de dop op de fles en plaats de fles in de magnetron.
Stel de magnetron in op vijf minuten op maximaal vermogen met hittebestendige handschoenen. Verwijder de fles uit de magnetron elke 30 seconden. Draai vervolgens de dop helemaal dicht en vortex de steekproef gedurende 30 seconden.
Maak de dop los voordat u de fles terugbrengt naar de magnetron. Herhaal deze stappen totdat de oplossing gedurende de volledige vijf minuten in de magnetron is geplaatst. Nadat u de fles uit de magnetron hebt verwijderd, maakt u de dop los en laat u de PEG DM afkoelen tot kamertemperatuur.
Los vervolgens de PEG DM op in 10 tot 15 milliliter dichloromethaan. Precipiteer de PEG DM in 10 x overmaat van pre dathyl ether gedurende 20 minuten. Gebruik een zeven centimeter Buckner trechter en een 500 milliliter fles.
Verzamel de PEG DM door vacuümfiltratie. Breng vervolgens de gefilterde PEG DM over naar een 50 milliliter kegelvormige buis met een naald met grote maat door de dop voor ventilatie. Plaats de buis in een vacuümkamer en droog de PEG DM een nacht lang.
Na het verwijderen van de buis uit de vacuümkamer, los op de PEG DM in DI chloromethaan op met ijskoud dathyl ether. Om niet-reactief methacrylzuuranhydride te verwijderen na filtratie en verzameling, droog de PEG DM op dezelfde manier als eerder in een vacuümkamer. Voor proton NMR-analyse, plaats ongeveer 10 milligram PEG DM in een scintillatieglas en voeg ongeveer één milliliter gedeutereerd chloroform toe.
Zodra het monster is opgelost, breng het over naar een schone NMR-buis. Verzamel vervolgens de proton NMR-spectra en voer de monsters bij kamertemperatuur uit gedurende ten minste 64 scans om voldoende gegevensresolutie te verkrijgen. Nadat het peptide van belang is gesynthetiseerd door vaste fase synthese, bewaar het op de hars in DMF bij vier graden Celsius totdat het klaar is om te worden gebruikt.
Verzamel vervolgens het peptidehars via filtratie met behulp van een zeven centimeter Buckner trechter met filterpapier en een 250 milliliter fles. Verwijder het plastic stuk van het deksel van een scintillatieglas en breng de hars over naar de fles. Voeg met een wegwerppipet net genoeg methacrylzuuranhydride toe om de hars te bedekken Na losjes de dop op de fles te hebben gedraaid, plaats deze in de magnetron en stel de timer in op drie minuten.
Op maximaal vermogen met hittebestendige handschoenen, verwijder de fles uit de magnetron elke 15 tot 20 seconden. Na het volledig vastdraaien van de dop, vortex de steekproef gedurende 15 seconden. Maak de dop los voordat u de fles terugbrengt naar de magnetron.
Herhaal deze totdat de oplossing gedurende de volledige drie minuten in de magnetron is geplaatst. Laat met de losgemaakte flesdop de peptideoplossing afkoelen tot kamertemperatuur met behulp van een kleine hoeveelheid DMF en een zeven centimeter Buckner trechter. Met filterpapier en een 250 milliliter fles.
Verzamel het peptidehars uit de fles voor splitsing en diepe bescherming. Breng het peptidehars over naar een verse scintillatieglas voor 0,25 millimol arginine bevattend peptide. Voeg 0,25 milliliter toe van elk tri ISO propyleen drie zes dioxide één acht octandiol thiol gedeïoniseerd water, en 18,0 milliliter TFA.
Draai vervolgens het reactiemengsel vier uur op een lab quake rotator bij kamertemperatuur. Wanneer u klaar bent, precipiteert u het peptide in 10 x overmaat van pre chill ethyl ether. Verdeel de oplossing gelijkmatig over vier 50 milliliter kegelvormige buizen, centrifugeert de vier monsters bij 3.200 G gedurende 10 minuten om het peptide te verzamelen na centrifugatie, decanteert de ether, suspendeert het peptide opnieuw in 100 milliliter vers ethylether verdeeld tussen twee 50 milliliter kegelvormige buizen.
Herhaal het centrifugatieproces. Suspensie het peptide in 50 m
Overzicht
Deze video illustreert een snelle methode om poly(ethyleenglycol) en peptiden met methacrylaat te functionaliseren, wat ketenpolymerisaties en hydrogelsynthese vergemakkelijkt. Het behandelt de evaluatie van de functionalisatie-efficiëntie, oplossingen voor problemen en technieken voor hydrogelkarakterisering.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Biomedische techniek
- Polymeerchemie
- Hydrogelsynthese
Achtergrond
- Functionalisatie van polyethyleenglycol (PEG) en peptiden is cruciaal voor biomaterialen.
- Traditionele methoden kunnen traag en minder milieuvriendelijk zijn.
- Deze techniek biedt een snellere alternatief met behulp van microgolfenergie.
- Hydrogels hebben toepassingen in medicijnafgifte en weefselengineering.
Doel van het onderzoek
- Om een snelle methode te ontwikkelen voor het functionaliseren van PEG en peptiden.
- Om de efficiëntie van hydrogelsynthese te verbeteren.
- Om inzichten te bieden in de karakterisering van gesynthetiseerde materialen.
Gebruikte methoden
- Combineren van methacrylzuuranhydride met PEG of peptiden in een scintillatieglas.
- Gebruik van microgolfenergie voor functionalisatie.
- Oplossen en precipiteren van de gefunctionaliseerde producten.
- Gebruik van proton NMR en MALDI-TOF massaspectrometrie voor analyse.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle functionalisatie van PEG en peptiden werd bereikt.
- De methode toonde significante tijdsbesparing vergeleken met traditionele technieken.
- Karakterisering bevestigde de aanwezigheid van methacrylaatgroepen.
- Mogelijke toepassingen in therapeutische cel- en medicijnafgifte werden benadrukt.
Conclusies
- Deze methode biedt een snelle en milieuvriendelijke aanpak voor het functionaliseren van biomaterialen.
- Het opent nieuwe wegen voor onderzoek naar hydrogeltoepassingen.
- Toekomstige studies kunnen verdere modificaties en toepassingen in de geneeskunde verkennen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This microwave-assisted functionalization method addresses the need for rapid, scalable synthesis of PEG and peptide macromers in biomaterials R&D. By enabling solvent-free, efficient methacrylation, it supports timely generation of hydrogel precursors for drug delivery and regenerative medicine applications. The approach enhances predictive confidence in early-stage biomaterial design by reducing synthesis timelines and improving reagent efficiency.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables rapid generation of functionalized PEG and peptide precursors for hypothesis testing in biomaterial design.
- Operational Value: Reduces synthesis time from hours to minutes, accelerating early discovery workflows.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Produces well-defined PEGDM and methacrylamide-functionalized peptides with quantifiable modification via NMR and MALDI-ToF.
- Operational Value: Provides standardized, reproducible macromer batches suitable for assay development and screening platforms.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports synthesis of bioactive hydrogels incorporating cell-adhesive peptides (e.g., RGD) for preclinical cell-material interaction studies.
- Operational Value: Enables tunable hydrogel properties (stiffness, mesh size, drug release) through controlled macromer composition.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the early discovery to preclinical continuum by supplying functionalized building blocks for hydrogel synthesis, enabling downstream evaluation of biomaterial performance in therapeutic contexts.
- Discovery Biology: Facilitates biological de-risking through precise control over hydrogel presentation of bioactive cues.
- Screening: Delivers reproducible, quantifiable macromer outputs for consistent compound or cell response evaluation.
- Analytics: Employs proton NMR and MALDI-ToF to provide measurable functionalization metrics for go/no-go decisions.
- Translational Research: Enables preclinical validation of hydrogels for drug delivery and cell therapy applications via tunable physicochemical properties.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, adaptable platform for generating diverse PEG and peptide derivatives across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves target validation confidence by enabling precise, site-specific macromer functionalization.
- Operational Value: Increases throughput and reduces solvent waste, supporting green chemistry and cost efficiency.
- Strategic Value: Accelerates lead identification by shortening biomaterial synthesis cycles.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement through reliable, tunable hydrogel platforms.
Implementation Considerations
- Requires expertise in peptide synthesis, polymer chemistry, and microwave reactor operation.
- Needs access to microwave instrumentation, NMR, and MALDI-ToF for functionalization confirmation.
- Demands standardized protocols for resin handling, cleavage, and precipitation to ensure batch consistency.
- Requires optimization across PEG molecular weights and peptide sequences for broad applicability.
- Limited by the need for anhydrous conditions and careful thermal management during microwave irradiation.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:58
Microwave-assisted Synthesis of PEGDM and Characterization of Functionalization
5:07
Microwave-assisted Functionalization of On-resin Peptides
9:35
Characterization of Functionalized PEGDM and Peptides, and Demonstration of Their Use in Hydrogel Formation
14:39
Conclusion
8:23
Characterization of Peptide Functionalization
