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- Advantages (PDF)
- Rapid Synthesis of Difficult Peptides Using a Novel Resin (PDF)















Flexibilität ist Trumpf: Start mit dem manuellen Gerät, später kann die automatische Aminosäuredosierung erweitert werden!

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Infobroschüre zur Wirkung der Mikrowelle auf die Peptid-Synthese (PDF)

"Microwaves Solve Protein Research Limits", Genetic Engineering News , June 2010 (PDF)

Darstellung eines 109mer Peptides im Liberty (PDF)

Übersicht der Peptid-Synthesizer und Zubehör (PDF)

Veröffentlichung zur Synthese von glycosylierten Peptide im Liberty Heggemann, C., Budke, C., Schomburg, B., Majer, Z., Wissbrock, M., Koop, T., Sewald, N. Antifreeze glycopeptide analogues: microwave-enhanced synthesis and functional studies. Amino Acids. 2010, 38 (1), 213-222. (PDF)

Next Generation Microwave SPPS: 4 min Cycle Times, Scalable and 90 % Waste Reduction (PDF)

Hydrophylic Resin Study with Next Generation Microwave SPPS (PDF)

Mikrowellen-Laborgeräten in der Chemie, Biochemie, Pharmazie und Life Sciences (PDF)

An Improved Coupling Method for Peptide Synthesis at Elevated Temperature (PDF)

Fast, Sequential High Throughput Peptide Synthesis (PDF)

High Purity Peptides on a Wides Synthesis Scale: 5µmol to 5 mmol (PDF)

Produktinformation Liberty Blue (PDF)


Mikrowellenbeschleunigte Peptid-Synthese (SPPS) der 2. Generation

Proteine bzw. Peptide spielen für die physiologische und biochemische Funktion lebender Organismen eine herausragende Rolle. Seit langem werden diese Wirkstoffe auf ihre pharmakologische Wirksamkeit untersucht. Inzwischen ist es wichtig, unterschiedliche Peptide synthetisch in Forschungslaboratorien herzustellen.


Nach anfänglicher Skepsis der meisten Peptidchemiker hat sich in den letzten Jahren der Einsatz der Mikrowelle bei der Synthese von Peptiden mehr und mehr durchsetzen können. Zahlreiche Publikationen der letzten Jahre [M.-S. Park, Tetrahedron Letters 48/6 (2007), 1053-1057; H.J. Olivos, Organic Letters 4/23 (2002), 4057-4059; A.M. Papini, Chemistry Today 26/4 (2008), 36-38; F. Rizzolo, International Journal of Peptide Research 13/1-2 (2007), 203-208] belegen, dass unter Mikrowelleneinwirkung gerade sehr schwierige Sequenzen gut synthetisierbar werden, was vor allem auf die Eliminierung der Aggregationsproblematik hydrophober Peptidketten zurückzuführen ist.



Hervorzuheben ist, dass es in der Mikrowelle trotz thermischer Effekte zu einer Unterdrückung der Racemisierung kommt [S.A. Palasek, Journal of Peptide Science 13/3 (2007), 143-148]. Auch andere klassische Nebenreaktionen in der Peptidsynthese wie z.B. Aspartimidbildung können durch Optimierung der Reaktionsbedingungen in der Mikrowelle minimiert werden. Durch die zunehmende Verbreitung der Mikrowellenpeptidsynthese werden natürlich auch die Protokolle zur Peptidsynthese zunehmend verfeinert und optimiert. So wird beispielsweise von vielen Anwendern das leichter zugängliche und weniger gesundheitsschädliche Piperazin zur Abspaltung der Fmoc-Gruppe benutzt. Durch all diese Optimierungen werden die Ausbeuten bei den einzelnen Syntheseschritten kontinuierlich optimiert, so dass die Kettenlänge der synthetisierbaren Peptide in den letzten Jahren deutlich gestiegen ist. In Verbindung mit einer geeigneten Capping / Tagging-Strategie lassen sich heutzutage auch Peptide mit mehr als 100 Aminosäuren sinnvoll an einem Stück synthetisieren.



Apparativ stehen dem Anwender dabei mittlerweile sowohl manuelle als auch voll automatisierte Systeme zur Verfügung. Für die manuelle Peptidsynthese findet das Discover SPS Anwendung, in dem Ansatzgrössen von bis zu 3mmol realisierbar sind. Ein durchschnittlicher Kopplungszyklus (incl. Waschvorgängen) dauert in diesem System ca. 4 Minuten!

Mit steigender Peptidlänge macht die Anwendung eines automatisierten Systems Sinn – nicht zuletzt aufgrund der höheren Zuverlässigkeit. Hierfür steht mit dem Liberty ein voll automatisiertes System zur Verfügung, das in den letzten Jahren software- und hardwaretechnisch so weit optimiert wurde, dass mittlerweile praktisch jede Art von Chemie auf einfache Art und Weise implementiert werden kann. Das Gerät ermöglicht die Verwendung von bis zu 27 verschiedenen building blocks (die gängigen Reagentien sind bei CEM bereits fertig abgewogen kommerziell erhältlich) und verfügt über 12 oder wahlweise 24 Harzpositionen, d.h. es können bis zu 24 Peptide nacheinander synthetisiert werden. Die Ansatzgrösse ist dabei im Bereich von 0.1mmol bis 5.0mmol frei wählbar. Für die weiteren benötigten Reagentien (Aktivator, Base, Capping, Lösungsmittel) stehen 5 weitere ports zur Verfügung, die genau wie die Positionen der building blocks frei vom Anwender definiert werden können, so dass das System an Flexibilität kaum zu überbieten ist. In der Regel genügen zwar die mit der software mitgelieferten Syntheseprotokolle, allerdings hat der Anwender die Möglichkeit eine individuelle Optimierung der Reaktionsbedingungen durchzuführen. So ist z.B. eine Anpassung der Stärke der Mikrowelleneinstrahlung per Mausklick möglich und auch kompliziertere Reaktionen wie z.B. die zwischenzeitliche Abspaltung orthogonaler Schutzgruppen (z. B. Allyl) ist ohne grossen Aufwand realisierbar.

In der Regel sind jedoch auch ohne aufwendige Optimierungen mit den Standardprotokollen sehr gute Ergebnisse realisierbar. Ein gutes Beispiel für ein „schwieriges Peptid“ stellt das beta-Amyloid dar, welches ein aus der Alzheimer Forschung bekanntes 42mer darstellt. Unter konventionellen Bedingungen wird das Peptid in einer Reinheit von nur 10 % gewonnen, während mit dem Liberty und Verwendung von Standardprotokollen (d.h. ohne Optimierung) bereits eine Rohprodukt-Reinheit von 69% erreicht wird.

Zur Komplettierung des Angebotes im Bereich der Peptidsynthese steht seit Mitte 2009 auch ein System zur Verfügung, welches die Abspaltung und Entschützung der synthetisierten Peptide mit Mikrowellenunterstützung ermöglicht. Das Accent-Modul ermöglicht die normalerweise Stunden dauernde Abspaltung des Peptides vom Harz in 15 Minuten, wobei aufgrund der kurzen Reaktionszeit deutlich weniger Nebenprodukte auftreten. In kleineren Ansätzen ist auch ein microcleavage in nur 2 Minuten realisierbar, so dass eine fortlaufende Synthese damit praktisch in Echtzeit monitorierbar ist. Nicht nur die reine Synthese, sondern auch der Prozess der Syntheseoptimierung ist damit in der Mikrowelle deutlich beschleunigt. Eine Anwendung der beschriebenen Systeme ermöglicht gerade im Bereich der Wirkstoffentwicklung und -optimierung eine Beschleunigung der sonst oft sehr zeitraubenden Prozesse um ein Vielfaches.



Mit Mikrowellenunterstützung können besonders lange und schwierige Peptide dargestellt werden.

Liberty Blue
Mikrowellenbeschleunigte Peptid-Synthese der 2. Generation

Das Liberty Blue ermöglicht die schnelle Synthese von reinen Peptiden und schwierigen Sequenzen in wenigen Stunden. Die neue Technologie ermöglicht einen 4 min Kupplungszyklus und extrem schnelle Reagenzienzuführung. Zudem werden bis zu 90 % Lösemittel gegenüber klassischen Peptid-Synthesizern und Mikrowellen-Synthesizern der 1. Generation eingespart.

Zu den Vorteilen der mikrowellenunterstützten Peptid-Synthesizer der 1. Generation für Peptidsynthesen von schwierigen Sequenzen und langen Peptiden bis über 100 mer ergeben sich mit der 2. Generation weitere Vorteile für die Peptid-Synthese:
* Noch schneller: Nur 4 min Zykluszeit ermöglicht die Peptidsynthese in Stunden statt in Tagen
* Noch sparsamer: Bis zu 90 % Einsparung an Lösemitteln erhöht den Umwelt- und Arbeitsschutz und spart viel Geld
* Noch universeller: Von Kleinstmengen für PNA-Synthese bis zum Scale Up von 5 mmol
* Noch flexibler: 27 Positionen für Reagenzien, Umbenennen von Reagenzien, usw.
* Noch einfacher: Intuitive Software erleichtert das Programmieren von Sequenzen und die einfache Technik mit wenig Ventilen und wenig Sensoren vereinfacht den Service.
* Alternative zu Parallel-Synthesizern: Mit der typschen Synthesezeit von wenigen Stunden ist das Liberty Blue eine Alternative zu Parallel-Synthesizern. Die einzelnen Peptide können nach der Entnahme aus den Liberty Blue schnell aufgereinigt werden, während die nächste Synthese läuft. Damit wird in der vergleichbaren Gesamtzeit zur Synthese von mehreren Peptiden mit anschliessender Aufreinigung z. B. mittels präparativer HPLC ein deutlicher Vorteil im Liberty Blue erzielt.




Als Beispiel für diesen Zeitvorteil dient das Beta-Amyloid. Während es in Mikrowellen-Peptid-Synthesizern der 1. Generation immerhin noch ca. 22 Stunden für die Synthese benötigt, ermöglicht das Liberty Blue dieselbe Synthese mit 68 % Reinheit in ca. 4 Stunden.



Geschwindigkeitsvorteil des Liberty Blue
Synthese von  β-Amyloid



Mit diesen Vorteilen ist das Liberty Blue sogar schneller als Parallel-Synthesizer. So zeigt zum Beispiel die Synthese eines 20 mer Peptides im Liberty Blue diesen Zeitvorteil. Gegenüber der konventionellen Peptid-Synthese ergibt sich hier ein Zeitvorteil vom Faktor 30 und gegenüber Mikrowellen-Peptid-Synthesizern der 1. Generation liegt der Zeitvorteil beim 5 bis 10fachen.



Diese neue Technologie erlaubt eine weite Skalierung vom 0,2 bis 5 m Mol und ist somit universell einsetzbar.





Historie

Die erste Peptid-Synthese in einem Haushalts-Mikrowellengerät führten Wang et al 1992 durch (Journal of Organic Chemistry 57, 18, 4781-4787). Bei 10% der verfügbaren Mikrowellenleistung wurde eine 2 bis 4fache Reaktionsbeschleunigung bei einer Reaktionstemperatur von 55 °C beobachtet. Es ergab sich allerdings das für Haushaltsgeräte typische Problem der schlechten Reproduzierbarkeit.



Varanda et al berichteten 1997 (Journal of Peptide Research 50, 2, 102-108) von der Synthese des ACP-Peptids bei 60 °C. Es wurde eine dreifache Reaktionsbeschleunigung sowie eine höhere Reinheit erzielt.

Basierend auf diesen Ergebnissen präsentierten Collins et al 2003 auf dem American Peptide Symposium die weiterentwickelte, reproduzierbare Peptid-Synthese in dem Mikrowellen-Laborsystem Discover. Als optimale Reaktionstemperatur wurde 60 °C ermittelt und es wurde eine 10 bis 20-fache Reaktionsbeschleunigung für reine Peptide beobachtet.

Je nach Anwendung sind unterschiedliche Mikrowellen-Synthesizer erhältlich. Das Liberty automatisiert und optimiert den gesamten Prozess der Peptid-Synthese. Im Discover SPS kann die Peptid-Synthese manuell durchgeführt werden. Im Mars kann die Peptid-Synthese sowie das Abspalten auf 96 Well Platten oder analogen Anordnungen parallel erfolgen.


"Chemie in Göttingen", Arbeitsgruppe Prof. Dr. Ulf Diederichsen, 2009


Manuelle Peptid-Synthese unter Mikrowelleneinwirkung

Automatisierte Peptid-Synthese unter Mikrowelleneinwirkung

UV-Monitoring im Liberty

Applikationen, Berichte und Veröffentlichungen zur Peptid-Synthese in der Mikrowelle

Schnelles Cleavage von Peptiden

Parallele Peptid-Synthese und paralleles Cleavage in der Mikrowelle

Erstellung von Peptiden im Liberty auf Kundenwunsch

ProTide Harze und voreingewogene Aminosäuren für die Peptid-Synthese