La synthèse chimique des peptides peut être réalisée en utilisant des techniques classiques en phase de solution, mais celles-ci ont été remplacées dans la plupart des paramètres de R&D par des méthodes en phase solide, même si la synthèse en phase de solution reste utile dans une production à grande échelle de peptides à des fins industrielles .
La méthode établie pour la production de peptides synthétiques dans le laboratoire est connu sous le nom Synthèse des peptides en phase solide (SPPS). Pionnier par Robert Bruce Merrifield, SPPS permet l'assemblage rapide d'une chaîne peptidique à travers des réactions successives de dérivés d'acides aminés sur un soutien à la résine perlée à coutume de solvant macroscopiquement insoluble.
Le support solide se compose de petites billes de résine polymère fonctionnalisées avec des groupes réactifs (tels que des groupes amine ou hydroxyle) qui sont liés à la chaîne peptidique naissante. Comme le peptide reste attaché de manière covalente au support tout au long de la synthèse, les réactifs excessifs et les produits latéraux peuvent être éliminés par lavage et filtration. Cette approche contourne l'isolement relativement long du peptide du produit de la solution après chaque étape de réaction, qui serait nécessaire lors de l'utilisation de la synthèse conventionnelle en phase de solution.
Par rapport à la synthèse des peptides en phase liquide (LPP) pour la préparation et la fabrication à grande échelle de peptides synthétiques, la synthèse des peptides en phase solide (SPPS) présente de nombreux avantages. À l'exception de la synthèse de séquences de peptides courtes (c'est-à-dire moins de 5 résidus d'acides aminés), SPPS est plus rapide, plus efficace et économique que la synthèse peptidique en phase liquide (LPP). Certains des avantages des SPP comprennent:
Les réactifs et les produits en excès peuvent être facilement emportés.
L'utilisation de réactifs en excès augmente les taux de réaction et stimule les réactions à l'achèvement.
Les intermédiaires ne nécessitent pas d'isolement ou de caractérisation.
Accès à une gamme plus large de solvants à faible volatilité et à une forte polarité.
Le peptide attaché fournit un micro-environnement «pseudo-minite» qui peut inhiber les réactions intermoléculaires facilitant certaines modifications.
Compatibilité avec la technologie de synthèse automatisée
Étant donné que le peptide est immobilisé sur un support solide (c'est-à-dire la résine) dans SPPS, les intermédiaires ne sont pas isolés et ne nécessitent pas de purification ou de caractérisation analytique. Pendant la phase de synthèse, le peptide lié à la résine reste isolé dans le même récipient de réaction et n'est pas transféré tant que la chaîne peptidique entièrement allongée n'est clivée de la résine (voir le schéma SPPS ci-dessous). Après chaque réaction (par exemple, les accouplements et les dés-protections), les réactifs et les solvants en excès peuvent être facilement lavés avec des lavages de solvant répétés. De plus, des solvants hautement polaires tels que N, N-diméthylformamide (DMF) et N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) peuvent être utilisés, où les mêmes solvants dans un LPP sont difficiles à éliminer et les intermédiaires sont problématiques à isoler . Bien que la préactivation des acides aminés avec les réactifs de couplage convienne dans des solvants plus volatils comme le dichlorométhane (DCM), les étapes de couplage sont souvent plus efficaces avec une certaine quantité de DMF ou de NMP présente.
En revanche, le schéma LPPS a besoin d'étapes supplémentaires dans le processus de fabrication par rapport aux SPP. Après chaque étape de réaction, un bilan aqueux est nécessaire pour isoler l'intermédiaire, suivi de la purification et de la caractérisation analytique. Dans les LPP, chaque réaction de couplage et de déprotection génère un intermédiaire chimique unique qui nécessite une caractérisation complète si elle est fabriquée dans un environnement CGMP. Les intermédiaires contiennent généralement des groupes de chaîne latérale d'acides aminés protégés, ce qui les rend très hydrophobes et donc difficiles à manipuler et à purifier.
De plus, bien que les synthétiseurs de chimie organiques automatisés pour les LPP existent, les synthétiseurs de peptides automatisés pour SPP sont beaucoup plus courants car ils sont plus faciles à concevoir et à coûter moins à fabriquer. Les LPP automatisés sont considérablement plus compliqués en raison des multiples types de verrerie et d'équipement requis. Pour chaque étape de couplage et de déprotection, un récipient de réaction équipé d'un dispositif d'agitation, d'une séparation et d'un roto-évaporateur est utilisé. Après l'achèvement de chaque réaction, le mélange réactionnel est partitionné dans une couche organique et aqueuse, et la couche organique est lavée avec de l'eau acide ou de base, de l'eau, de la saumure, puis séchée avec un agent de séchage inorganique (ex: MGSO4 ou NA2SO4) . L'agent de séchage est ensuite filtré et la solution est concentrée par roto-évaporation pour donner le produit comme solide ou huile. Les synthétiseurs de peptides automatisés pour les SPP, en revanche, sont très courants et trouvés dans presque tous les laboratoires qui synthétisent régulièrement les peptides. Étant donné que le peptide lié à la résine reste dans le même vaisseau de réaction tout au long de la synthèse, la seule exigence d'automatisation est la livraison de solvant.
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