多肽固相合成管

糖肽是指糖蛋白和蛋白聚糖中,糖与氨基酸或多肽链以共价键相连而形成的区域。糖链与氨基酸之间的连接称为糖肽键。由于含有糖肽键的物质具有多种重要的生物功能，因此人们对糖肽的合成非常感兴趣,而且,合成的糖肽还可作为研究天然活性糖蛋白结构与功能关系的模型物。 由于糖键氨基酸极易卷曲，活性位点被隐藏，因此糖肽合成的主要困难在于耦合效率非常低。同时，合成时间也是从事糖肽固相合成研究人员所面临的一大考验。 CEM公司生产的Liberty研究型全自动微波多肽合成仪目前已经成为多肽合成研究领域的王牌产品，Liberty采用了CEM公司研发的环形聚焦电磁场技术，多肽链在这种环形电磁场的作用下可以充分的伸展开，因此可以非常方便的在头部氨基酸上进行去保护、缩合和切割反应，在合成时间和纯度上突破了常规方法的极限。 有关Liberty研究型全自动微波多肽合成仪在糖肽合成方面的卓越表现，详情请与我们联系。电话：010-65528800，EMAIL：sales@pynnco.com, 或浏览我们的网站：www.pynnco.com. 高效微波多肽合成系统

摘要使用 Liberty Blue&trade 和 Liberty PRIME&trade 多肽合成仪可以快速、高纯度进行头尾环化肽的全自动合成。微波增强的多肽固相合成（SPPS）不仅有利于线性组装，而且有利于随后的环化步骤，在各种困难的生物学重要肽上实现了极高的纯度合成。Liberty PRIME 上使用的一锅法 Fmoc SPPS 循环进一步改善合成时间、减少浪费。表1 ：全自动合成首尾相连的环化肽表2：Liberty Blue 和 Liberty PRIME 合成 Cyclorasin A1引言环肽能够桥接小分子和抗体之间的化学空间间隙，允许设计具有高结合亲和力、显着选择性、低毒性和进入细胞内靶点的能力的分子2。因此，大环肽作为靶向传统上无法成药的生物靶点的治疗剂具有相当大的前景3。截至 2017 年，超过 40 种环肽用于临床4。环肽作为候选药物开发的这一令人鼓舞的趋势，为发展更稳健的制备方法提供了动力。SPPS 可以通过使用 Fmoc-Glu-ODmab 作为 C 端氨基酸 (图 1) 制备首尾相连环化肽。在合成线性肽骨架后，可以使用稀肼溶液选择性地去保护 Dmab 基团。之后，可以使用微波增强偶联实现首尾环化。将微波能量应用于首尾环化肽的合成可以实现更有效的偶联，从而加快合成时间和提高纯度 (CarboMAX&trade )5。 图 1：Fmoc-Glu-ODmab ( 左 ) Fmoc-Glu(Wang resin LL)- ODmab (右)材料与方法试剂以下含有指定的侧链保护基团 Fmoc 氨基酸购自 CEM Corporation (Matthews, NC) 并：Ala、Arg (Pbf)、Gly、His (Boc)、Ile、Leu、Lys (Boc)、Thr (tBu) )、Trp (Boc)、Tyr (tBu) 和 Val。Rink Amide ProTideTM LL 树脂也购自 CEM Corporation。Fmoc-Glu-ODmab、Fmoc-Glu(Wang)-ODmab LL 树脂、FmocD-Ala- OH 和 Fmoc-4-氟-L-苯丙氨酸购自 EMD Millipore (Burlington, MA)。Fmoc-D-2-Nal-OH、FmocD-Nle-OH 和 Fmoc-N-甲基-L-苯丙 氨酸购自 Bachem (T orrance, CA)。Fmoc-N-甲基-异亮氨酸-OH 购自 Advanced ChemTech (Louisville, KY)。FmocN-甲基-亮氨酸-OH 购自 Alfa Aesar (Haverhill, MA)。水合肼、N,N-二异丙基乙胺(DIEA)、Fmoc-N-甲基-甘氨酸-OH、N,N' -二异丙基碳二亚胺 (DIC)、哌啶、吡咯烷、三氟乙酸 (TFA)、3,6-dioxa-1、 8 辛二硫醇(DODT) 和三异丙基硅烷 (TIS) 购自 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)。N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)、无水乙醚 (Et2O) 和乙酸购自 VWR (Radnor, PA)。LC-MS 级水 (H2O) 和 LC-MS 级乙腈 (MeCN) 购自 Fisher Scientific (Hampton, NH) 。多肽合成：CEM 7-mer, cyclo-[GVYLHIE] 使用 CEM Liberty Blue 自动微波多肽合成仪，在 Fmoc- Glu(Wang)- ODmab 树脂（离子交换容量：0.025 meq/g）上，以 0.10 mmol 的规模合成（Dmab 脱保护以0.05 mmol 规模进行，首尾环化以 0.025 mmol的规模进行）。使用 DMF 中的哌啶进行脱保护。偶联反应在5倍量的Fmoc氨基酸,DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5 中进行。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后无水乙醚沉淀肽并过夜冻干。图2：CEM 7-mer多肽合成：Cyclorasin A, cyclo-[WTaRRR-nal-R-Fpa-nle-Q] (Liberty Blue)使 用 CEM Liberty Blue 自 动 微 波 多 肽 合 成 仪 ， 在 Rink Amide ProTide LL 树脂 (离子交换容量：0.19 meq/g ）上，以 0.05 mmol 的规模合成（Dmab脱保护以 0.05 mmol 的规模进行，首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行）。使用 DMF 中的哌啶进行脱保护。偶联反应在5倍Fmoc氨基酸、DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5中进行。Fmoc-Glu-ODmab 用做第一个氨基酸（Q）。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后用无水乙醚沉淀肽并过夜冻干。多肽合成：Cyclorasin A, cyclo-[WTaRRR-nal-R-Fpa-nle-Q](Liberty PRIME)使用 CEM Liberty PRIME 自动微波多肽合成仪，在 Rink Amide ProTide LL 树脂（离子交换容量：0.19 meq/g）上，以 0.05 mmol 规模合成（Dmab脱保护以 0.05 mmol 的规模进行，首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行）。使用 DMF 中的吡咯烷进行脱保护。偶联反应在5倍 Fmoc 氨基酸、DIC和Oxyma Pure(CarboMAX)5中进行。Fmoc-Glu-ODmab 用做第一个氨基酸（Q）。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/ DODT 进行切割。裂解后用无水乙醚沉淀肽并冻干过夜。图3：Cyclorasin A多肽合成：N-MethylCyclorasinAnalog, cyclo-[WTaR-NMeGly- NMePhe-nal-NMeGly-Fpa-nle-E]使用 CEM Liberty PRIME 自动微波肽合成仪在 Fmoc-Glu (Wang ) -ODmab 树脂（离子交换容量：0.25 meq/g ）上以 0.05 mmol 的 规模合成（Dmab 脱保护以 0.05 mmol 规模进行，首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行）。使用 DMF 中的吡咯烷进行脱保护。偶联反应在5倍 Fmoc 氨基酸、DIC和Oxyma Pure（CarboMAX）5中进行。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在CEM RazorTM高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后用无水乙醚沉淀肽 并冻干过夜。图4：N-Methyl Cyclorain Analog多肽合成：Poly N-Methyl Peptide, cyclo-[KA-NMeIle-NMeGly-NMeLeu-A-NMeGly-NMeGly-E]使 用 CEM Liberty PRIME 自 动 微 波 肽 合 成 仪 在 Fmoc-Glu (Wang )-ODmab 树脂（离子交换容量：0.25 meq/g ）上以 0.1 mmol 的规模合成（Dmab 脱保护以 0.05 mmol 规模进行，首尾环化以 0.025 mmol 的规模进行）。使用 DMF 中的吡咯烷进行脱保护 。偶 联 反 应 在 5 倍 Fmoc 氨 基 酸 、 DIC和Oxyma Pure（CarboMAX）5中进行。使用肼的 DMF 溶液进行 ODmab 基团的脱保护。首尾环化反应使用 DMF 中的 DIC/HOBt 进行。在 CEM RazorTM 高通量多肽切割系统中使用 TFA/H2O/TIS/DODT 进行切割。裂解后用无水乙醚沉淀肽并冻干过夜。图5： Poly N-Methyl Peptide多肽分析在配备有 PDA 检测器的 Waters Acquity UPLC 系统上分析肽， 该 检 测 器 配 备 Acquity UPLC BEH C8 柱 （1.7 mm 和 2.1 x 100 mm）。UPLC 系统连接到 Waters 3100 Single Quad MS 用于结构测定。在 Waters MassLynx 软件上进行峰分析。使用 (i) H2O 和 (ii) MeCN 中的 0.05% TFA 梯度洗脱进行分离。 结果在 Liberty Blue 自动微波肽合成仪上 CEM 7-mer 的微波增强固相合成产生了纯度为 78% 的目标肽（图 6）。图6：CEM 7-mer 的UPLC色谱图在 LibertyBlue 自动微波肽合成仪上的 Cyclorasin A的微波增强。图7：Cyclorasin A (Liberty Blue)的UPLC的色谱图Liberty PRIME 自动微波肽合成仪上的 Cyclorasin A 微波增强。图8：Cyclorasin A (Liberty PRIME)的UPLC色谱图Liberty PRIME 自动微波肽合成仪上的 Poly N-Methyl Peptide。图9：多聚N-甲基Peptide 的UPLC色谱图Liberty PRIME 自 动 微 波 肽 合 成 仪 上 的 N-Methyl Cyclorasin Analog 的微波增强固相合成产生了纯度为 66% 的目标肽（图10）。图10：N-甲基 CyclorasinAnalog的UPLC色谱图 结论使用自动微波增 SPPS 可以快速有效地合成首尾环肽。此外，易于使用的 Liberty Blue 和 Liberty PRIME 软件允许对肽序列进行快速直接的编程。使用 Liberty Blue 肽合成仪在 2 小时 13 分钟内合成了纯度为 78% 的 7 聚体环肽。在 Liberty Blue 上在 3 小时 1 分钟内以高纯度 (75%) 合成了 Cyclorasin A 环肽。在 Liberty PRIME 上仅用了 2 小时就合成了相同的肽，纯度很高 (75%)，浪费大约 100 mL。在 Liberty PRIME 上，微波增强的 SPPS 可在 2 小时 5 分钟内以 66% 的纯度合成了具有综合挑战性的 N-methyl cyclorasin analog 环肽。最后，在 Liberty PRIME 上以 73% 的纯度在 2 小时 12 分钟内制备出多聚 N-甲 基化 11 聚体肽。 参考文献[1] Upadhyaya, P. Qian, Z. Selner, N. G. Clippinger, S. R. Wu, Z. Briesewitz, R. Pei, D. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015, 54 (26), 7602&ndash 7606. [2] White, A. M. Craik, D. J. Expert Opin. Drug Discov. 2016, 11 (12), 1151&ndash 1163.[3] Hurtley, S. M. Science. 2018, 361 (6407), 1084.4-1085. (4) Zorzi, A. Deyle, K. Heinis, C. Curr. Opin. Chem. Biol. 2017, 38, 24&ndash 29. (5) CEM Application Note (AP0124) - &ldquo CarboMAX - Enhanced Peptide Coupling at Elevated Temperature.&rdquo

2023年12月9日，CEM公司的多肽研发团队在Nature杂志上发表了重要的技术突破——全程免清洗多肽固相合成法，不仅可保证多肽合成的纯度和产率，而且可降低95%甚至完荃放弃有毒试剂DMF的使用，彳切底改变了传统多肽合成的工艺、方案和思路，引起多肽行业的轰动和广泛关注。多肽治疗药物是目前新型药物研发的焦点，具有高效力和选择性的生物靶点。最近利拉鲁肽、司美格鲁肽等新药投入市场，其中诺和诺德单支药物司美格鲁肽年销售额达到212亿美金，引起了巨大的轰动。目前有超过80种多肽药物被FDA批准，数百种处于临床前研究和临床开发阶段。作为药物，多肽已在广泛的领域得到应用，包括癌症、代谢、呼吸系统、心血管、泌尿外科、自身免疫、疼痛和抗菌应用。但到目前为止，化学合成方法SPPS的一个主要缺点是它在每个脱保护和耦合步骤之间的连续洗涤，步骤中使用有毒试剂DMF并且产生大量废物。脱保护后洗涤是固相肽合成过程中不可缶夬少的，每个脱保护和偶联步骤之间需要大约10次DMF洗涤，消耗大量的溶剂。不仅DMF试剂是公讠人的慢性致癌物质，而且连续洗涤步骤导致产生了大量废物。并且，在2021年11月22日，欧盟在其官方公报上发布法规(EU) 2021/2030，增加第76项关于N,N-二甲基甲酰胺（简称DMF或DMFA）的限制条款，正式将DMF纳入REACH法规限制清单。规定从2023年12月12日起，该物质本身及含有该物质浓度≥0.3% 的物质或混合物不得投放市场。为了消除脱保护洗涤的需要，此Nature的文章中提出了全新的革命性工艺技术，利用蒸发去除脱保护碱的工艺，一锅法耦联-脱保护方法采取了pyrrolidine（吡咯烷）代替原有的哌啶，pyrrolidine五元环更小，沸点更低（87℃），能够加速脱保护，且pyrrolidine所用的浓度更低，容易在蒸发过程中去除。同时在反应器底部添加了氮气气流，吹扫挥发的pyrrolidine，在反应器顶部加入第二个氮气源, 通过专用管路进入反应容器上方的顶空，并通过排气口排出从而实现了脱保护过程中的免洗技术。另外，此方法还使用了基于传统碳二亚胺的 N,N'-二异丙基碳二亚胺 (DIC)和 2-氰基2-(羟基亚氨基)乙酸乙酯(Oxyma Pure) 的活化设计的专禾刂方法。研发团队采用这种方法去合成Jung-Redmann(JR)peptide这种众所周矢口的困难肽以及将这种无需洗涤的方法应用于各种具有挑战性的序列(长度最多 89个氨基酸)，发现不仅对产品质量没有任何影响，而且实现了高纯度，高速度的合成。Liberty PRO新的免清洗工艺其根本性进步是为多肽合成提供了前斤戶未有的绿色途径，完镁实现固相多肽合成的速度、纯度和产量。它彳切底改变传统的SPPS合成方法大量使用有毒试剂的缺点，满足现代药物开发和生产对重复性、安全性和持续性发展的需求。这项创新的多肽免清洗合成技术不仅成功应用于CEM研发mmol级别的Liberty BLUE多肽合成系列，更重要的是在生产规模1000mmol级的Liberty PRO多肽合成器上得到了实际应用。该技术在整个合成过程中省略了超过10次的清洗步骤，使用的碱基量仅为传统方法的10-15%，同时减少了95%的DMF有毒试剂的使用和废液排放。此外，剩余的5% DMF溶剂也可以被无毒的TamiSolve NxG-PS试剂替代。这种免清洗技术大幅提升了反应效率，并显著降低了试剂成本。总的来说，这种合成工艺是极其高效、经济、环保、高纯度且可扩展的。它代表了从小规模到大规模多肽生产工艺效率的巨大飞跃，实现了以更低的成本、更快的速度和更安全的方法合成更优质的多肽。这一技术彳切底改革了传统的多肽合成生产管理方式和成本，推动多肽药的发展和进步，并激励和推动更多人士采用基于多肽的疗法。