Name: facile protocol for the synthesis of self-assembling polyamine-based peptide amphiphiles (ppas) and related biomaterials
Uploaded: 2018-06-25T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Facile Protocol for the Synthesis of Self-assembling Polyamine-based Peptide Amphiphiles PPAs and Related Biomaterials at JoVE.com

Dit project werd gefinancierd door de Universiteit van Nebraska Medical Center (Start-up fondsen, MC-S); NIH-COBRE, 5P20GM103480 (T. Bronich) en de American Chemical Society, PRF-# 57434-DNI7(MC-S).

1. Algemeen Protocol voor synthese van de PPA
<ol><li>De schaal van synthese (meestal mmol) berekenen. Deze schaal is gebaseerd op de massa van het streefbedrag van de PPA. Houd er rekening mee dat de efficiency van de reactie van SPPS geleidelijk met een verhoging van aminozuur volgorde afneemt. De exacte reactie efficiëntie is daarom moeilijk om te berekenen.</li>
	<li>Bereken het gewicht van de hars worden gebruikt volgens het laden van de hars. Het laden is gevonden op de recipiënt of het protocol van de analyse ...

<ol>
	<li>Cui, H., Pashuck, E. T., Velichko, Y. S., Weigand, S. J., Cheetham, A. G., Newcomb, C. J., Stupp, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+and+x-ray-triggered+crystallization+at+long+range+in+self-assembling+filament+networks.">Spontaneous and x-ray-triggered crystallization at long range in self-assembling filament networks.</a> Science. 327, 555-559 (2010).</li><li>Pashuck, E. T., Cui, H., Stupp, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+supramolecular+rigidity+of+peptide+fibers+through+molecular+structure.">Tuning supramolecular rigidity of peptide fibers through molecular structure.</a> Journal of the American Chemical Society. 132, 6041-6046 (2010).</li><li>Stupp, S. I., Zha, R. H., Palmer, L. C., Cui, H., Bitton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+biomolecular+soft+matter.">Self-assembly of biomolecular soft matter.</a> Faraday Discussions. 166, 9-30 (2013).</li><li>Conda-Sheridan, M., Lee, S. S., Preslar, A. T., Stupp, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Esterase-activated+release+of+naproxen+from+supramolecular+nanofibres.">Esterase-activated release of naproxen from supramolecular nanofibres.</a> Chemical Communications. 50, 13757-13760 (2014).</li><li>Mata, A., Palmer, L., Tejeda-Montes, E., Stupp, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+biomolecules+for+nanoengineered+biomaterials+for+regenerative+medicine.">Design of biomolecules for nanoengineered biomaterials for regenerative medicine.</a> Nanotechnology in Regenerative Medicine. , 39-49 (2012).</li><li>Samad, M. B., Chhonker, Y. S., Contreras, J. I., McCarthy, A., McClanahan, M. M., Murry, D. J., Conda-Sheridan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+Polyamine-Based+Peptide+Amphiphiles+with+Tunable+Morphology+and+Physicochemical+Properties.">Developing Polyamine-Based Peptide Amphiphiles with Tunable Morphology and Physicochemical Properties.</a> Macromolecular bioscience. 17, (2017).</li><li>Nel, A. E., M&#228;dler, L., Velegol, D., Xia, T., Hoek, E. M., Somasundaran, P., Klaessig, F., Castranova, V., Thompson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+biophysicochemical+interactions+at+the+nano-bio+interface.">Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface.</a> Nature Materials. 8, 543 (2009).</li><li>Gujrati, M., Malamas, A., Shin, T., Jin, E., Sun, Y., Lu, Z. -. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+cationic+lipid-based+nanoparticles+facilitate+endosomal+escape+and+reduction-triggered+cytosolic+siRNA+release.">Multifunctional cationic lipid-based nanoparticles facilitate endosomal escape and reduction-triggered cytosolic siRNA release.</a> Molecular Pharmaceutics. 11, 2734-2744 (2014).</li><li>Zhu, Y., Li, J., Kanvinde, S., Lin, Z., Hazeldine, S., Singh, R. K., Oupicky&#769;, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-immolative+polycations+as+gene+delivery+vectors+and+prodrugs+targeting+polyamine+metabolism+in+cancer.">Self-immolative polycations as gene delivery vectors and prodrugs targeting polyamine metabolism in cancer.</a> Molecular Pharmaceutics. 12, 332-341 (2014).</li><li>Planas-Portell, J., Gallart, M., Tiburcio, A. F., Altabella, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Copper-containing+amine+oxidases+contribute+to+terminal+polyamine+oxidation+in+peroxisomes+and+apoplast+of+Arabidopsis+thaliana.">Copper-containing amine oxidases contribute to terminal polyamine oxidation in peroxisomes and apoplast of Arabidopsis thaliana.</a> BMC Plant Biology. 13, 109 (2013).</li><li>Nash, I. A., Bycroft, B. W., Chan, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dde+-+A+selective+primary+amine+protecting+group:+A+facile+solid+phase+synthetic+approach+to+polyamine+conjugates.">Dde - A selective primary amine protecting group: A facile solid phase synthetic approach to polyamine conjugates.</a> Tetrahedron Letters. 37, 2625-2628 (1996).</li><li>Ralhan, K., KrishnaKumar, V. G., Gupta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piperazine+and+DBU:+a+safer+alternative+for+rapid+and+efficient+Fmoc+deprotection+in+solid+phase+peptide+synthesis.">Piperazine and DBU: a safer alternative for rapid and efficient Fmoc deprotection in solid phase peptide synthesis.</a> RSC Advances. 5, 104417-104425 (2015).</li><li>Casero, R. A., Marton, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+polyamine+metabolism+and+function+in+cancer+and+other+hyperproliferative+diseases.">Targeting polyamine metabolism and function in cancer and other hyperproliferative diseases.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 6, 373 (2007).</li><li>Wuts, P. G. M., Greene, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Protection for the Amino Group. In Greene's Protective Groups in Organic Synthesis. , 696-926 (2006).</li><li>Palasek, S. A., Cox, Z. J., Collins, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limiting+racemization+and+aspartimide+formation+in+microwave-enhanced+Fmoc+solid+phase+peptide+synthesis.">Limiting racemization and aspartimide formation in microwave-enhanced Fmoc solid phase peptide synthesis.</a> Journal of Peptide Science. 13, 143-148 (2007).</li></ol>

De hier beschreven protocollen kunnen worden gebruikt voor het synthetiseren van de PPA zoals wells als PAs en gerelateerde peptide gebaseerde molecules (zoals hybride PA-peptoids). Hoewel de synthese van peptiden met behulp van de SPPS een eenvoudige procedure is, is de synthese van peptiden met biologische homing moleculen kunnen bijzonder uitdagend. Polyaminen zoals spermine, spermidine, diethyelenetriamine, enz., kunnen functioneren als homing moleculen voor het targeten van kanker cellen13...

Zelfassemblerende peptide amfifielen (BK) vormen een klasse van biomaterialen meestal bestaat uit de volgende segmenten: (a) de hydrofiele kop, (b) de linker regio en (c) hydrofobe staart. Meeste PAs in de literatuur beschreven bezitten een hydrofiele kop bestaat uit geladen of polar aminozuur residuen1,2,3,4. PAs heb een brede waaier van toepassingen in biologie met inbegrip van de levering van de drug, diagnose van de ziekte, regeneratieve geneeskunde, etc.5. Op basis van de volgorde van hun aminozuur, kan PAs een grote verscheidenheid van nanostructuren waaronder sferische micellen en nano-filamenten vormen. We hebben onlangs gemeld dat een klasse van hybride peptide polyamine gebaseerde amfifielen, PPA6genoemd. De morphologies, zelfassemblerende kinetiek en metabole afbraak, van deze biomaterialen, bleken te worden gerelateerd aan hun solubilizing hoofd groep. Bovendien, de PPA nanostructuren toonde geen toxiciteit naar zoogdiercellen (MiaPaCa2 en HeLa cellen lijnen) bij de geteste concentraties. PPA gebaseerde nanocarriers zijn aantrekkelijke drug-leverende voertuigen omdat: (1) polyamine opname en metabolisme is aangetoond dat de kankercellen worden verhoogd, (2) kationische nanostructuren kunt bereiken endosomal escape7,8, wat leidt tot hogere verkeer en het verblijf binnen een cel, en (3) zij moeten een verschillende metabole profiel in vergelijking met PA; bijvoorbeeld, zullen zij meer stabiele naar proteasen gevonden in het menselijk lichaam (hoewel ze misschien gevoelig voor andere enzymen, zoals amine oxidasen)9,10. Ook PPA gevonden te hebben uiteenlopende morphologies, fysisch-chemische eigenschappen, nanoparticle stijfheid en kinetiek van de assemblage afhankelijk van de lengte en kosten van individuele PPA molecuul6. Hierin beschrijven we een gedetailleerd protocol voor de synthese, identificatie en zuivering van de ppa die kunnen ook worden toegepast aan de voorbereiding van de PAs of soortgelijke hybride peptide moleculen.
Omdat polyaminen zijn niet algemeen verkrijgbare in hun beschermde vormen, en omdat het beschermen van de primaire en secundaire amines van polyaminen is van het grootste belang voor het conjugating hen met aminozuren en andere moleculen, we hebben geschetst de synthetische stappen om te komen tot hun bescherming. Het algemene doel van dit protocol is bedoeld als een eenvoudige methode voor het conjugating van polyaminen aminozuren. Polyaminen ontbreken een carboxylic groep; Dus, ze kunnen niet worden gekoppeld aan Rink Amide of Wang harsen. In plaats daarvan, harsen zoals 2-chlorotrityl chloride worden aanbevolen voor het synthetische protocol. De belangrijkste uitdaging voor de synthese van de PPA is de aanwezigheid van primaire en secundaire amine functionele groepen. Voor onze doeleinden beschermd we alle de secundaire amines in de polyamine terwijl de primaire aminogroep op de polyamine gratis toe de reactie van de koppeling. De reactie werd gedaan op een stevige steun na de principes van vaste fase peptide synthese (SPPS) om de werk-up na elke stap koppeling en deprotection. Het volgende protocol is voor zowel de handmatige en geautomatiseerde synthese van ppa (hoewel de verificatie van het aantal stappen zal worden uitdagend in een geautomatiseerd systeem). De synthese van deze moleculen kan ook worden verricht op een geautomatiseerde synthesizer of met behulp van een magnetron-reactor (automatische of semi-automatisch). De reactie-regeling heeft is samengevat in Figuur 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57908/57908fig1.jpg"> Figuur 1: (A) A algemene reactie regeling voor de synthese van de PPA. (B) vertegenwoordiger Polyaminen, die kunnen worden gebruikt om gesynthetiseerd PPA hier beschreven. <a href="/files/ftp_upload/57908/57908fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Chlorotrityl chloride resin&#160;</td>
			<td>AappTec</td>
			<td>RTZ001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SynthwareTM synthesis vessel&#160;</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>SYNP120050M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Acros</td>
			<td>AC406920250</td>
			<td>Fisher Sci. Catalogue #</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrist Shaker</td>
			<td>Boekel Scientific</td>
			<td>401000-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kaiser test kit</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>60017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-[(4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohex-1-ylidene)ethyl-amino]-ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>CDS004772</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous Methanol</td>
			<td>Acros</td>
			<td>AC610981000</td>
			<td>Fisher Sci. Catalogue #</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloranil test kit</td>
			<td>TCI</td>
			<td>TCC1771-KIT</td>
			<td>VWR Catalogue #</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Di-tert butyl di-carbonate&#160;</td>
			<td>Acros</td>
			<td>AC194670250</td>
			<td>Fisher Sci. Catalogue #</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethylformamide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1160-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrazine</td>
			<td>Acros</td>
			<td>AC296815000</td>
			<td>FIsher Sci. Catalogue #</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate)</td>
			<td>p3biosystems</td>
			<td>31001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-methyl piperidine&#160;</td>
			<td>Acros</td>
			<td>AC127515000</td>
			<td>FIsher Sci. Catalogue #</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trifluoroacetic Acid</td>
			<td>AappTec</td>
			<td>CXZ035</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triisopropyl Silane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>233781</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ether</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E138-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#945;-Cyano-4-hydroxycinnamic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C8982</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>9-Aminoacridine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>92817</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand&#160;Syringe Filters: PTFE Membrane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>09-730-21</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

facile protocol for the synthesis of self-assembling polyamine-based peptide amphiphiles (ppas) and related biomaterials

Polyamine gebaseerde Peptide amfifielen (PPA) zijn een nieuwe klasse van zelfassemblerende amfifiele verband houden met biomaterialen naar de peptide amfifielen (BK). Traditionele PAs bezitten geladen aminozuren als solubilizing groepen (lysine, arginine), die rechtstreeks zijn verbonden met een lipide-segment of een regio van de linker gemaakt van neutrale aminozuren kunnen bevatten. Afstemmen van de peptide opeenvolging van PAs kan diverse morphologies opleveren. Evenzo PPA een hydrofobe segment en neutrale aminozuren bezitten, maar bevatten ook polyamine moleculen als water (hydrofiel) groepen solubilizing. Zoals het geval met PAs, kunnen PPA ook zelf samenstellen in diverse morphologies, waaronder kleine staven, gedraaide nano-linten en gesmolten nano-bladen, wanneer opgelost in water. Echter uitdaging de aanwezigheid van zowel de primaire als de secundaire amines op een enkele polyamine molecuul een aanzienlijke als synthese van de PPA. In deze paper tonen we een eenvoudig protocol, op basis van literatuur precedenten, om een facile synthese van PPA met behulp van solid-phase peptide synthese (SPPS). Dit protocol kan worden uitgebreid tot de synthese van PAs en andere soortgelijke systemen. We illustreren ook de stappen die nodig zijn voor splijten van de hars, identificatie en zuivering.

Na de synthese en de reiniging en vóór de fysisch-chemische of biologische evaluatie, wordt het aanbevolen de massa's van de PPA zijn opnieuw gecontroleerd en de zuiverheid vastgesteld met behulp van analytische HPLC. Voor de karakterisering van de materiële of biologische evaluatie, PPA moeten een zuiverheid van > 95%. Figuur 2 toont de HPLC trace (boven) en de MALDI spectra (onder) bevestiging van de aanwezigheid van het product. HPLC analytische systeme...

Watch this Scientific Journal Video about Facile Protocol for the Synthesis of Self-assembling Polyamine-based Peptide Amphiphiles PPAs and Related Biomaterials at JoVE.com

Facile Protocol for the Synthesis of Self-assembling Polyamine-based Peptide Amphiphiles PPAs and Related Biomaterials

De synthese van peptide polyamine gebaseerde amfifielen (PPA) is een grote uitdaging wegens de aanwezigheid van meerdere amine stikstofatomen, waarvoor oordeelkundig gebruik om groepen te maskeren deze reactieve functionaliteiten te beschermen. In deze paper beschrijven we een facile methode voor de bereiding van deze nieuwe klasse van zelfassemblerende moleculen.

Facile Protocol voor de synthese van het zelf monteren van Peptide Polyamine gebaseerde amfifielen (PPA) en verwante biomaterialen

Polyamine-based Peptide Amphiphiles (PPAs) are a new class of self-assembling amphiphilic biomaterials-related to the peptide amphiphiles (PAs). ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Facile Protocol for the Synthesis of Self-assembling Polyamine-based Peptide Amphiphiles (PPAs) and Related Biomaterials

Production of Disulfide-stabilized Transmembrane Peptide Complexes for Structural Studies

Productie van Disulfide gestabiliseerde Transmembrane peptidecomplexen voor structurele studies

Physical  interactions among the lipid-embedded alpha-helical domains of membrane  proteins play a crucial role in folding and assembly of membrane ...

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

Split-and-pool Synthesis and Characterization of Peptide Tertiary Amide Library

Split-en-zwembad Synthese en karakterisatie van peptide Tertiaire amide Bibliotheek

Peptidomimetics are great sources of protein ligands. The oligomeric nature of these compounds enables us to access large synthetic libraries on solid ...

Facile Preparation of Internally Self-assembled Lipid Particles Stabilized by Carbon Nanotubes

Facile Bereiding van Intern Self-assembled Lipid Particles gestabiliseerd door koolstof nanobuisjes

We present a facile method to prepare nanostructured lipid particles stabilized by carbon nanotubes (CNTs). Single-walled (pristine) and multi-walled ...

A Direct, Early Stage Guanidinylation Protocol for the Synthesis of Complex Aminoguanidine-containing Natural Products

Een Direct, Early Stage Guanidinylation protocol voor de synthese van complexe-Aminoguanidine bevattende Natural Products

The guanidine functional group, displayed most prominently in the amino acid arginine, one of the fundamental building blocks of life, is an important ...

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Protocol voor de synthese van<em&gt; Ortho</em&gt; -trifluoromethoxylated anilinederivaten

Molecules bearing trifluoromethoxy (OCF3) group often show desired pharmacological and biological properties. However, facile synthesis of ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Eiwitsynthese Bioconjugaten<em&gt; via</em&gt; Cysteïne-maleïmide Chemistry

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Facile Synthesis of Worm-like Micelles by Visible Light Mediated Dispersion Polymerization Using Photoredox Catalyst

Facile Synthese van Worm-micellen door het zichtbare licht Mediated Dispersion polymerisatie onder toepassing van Photoredox Catalyst

Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins ...

Self-assembling Morphologies Obtained from Helical Polycarbodiimide Copolymers and Their Triazole Derivatives

Zelf monteren van morfologieën Verkregen uit rechte polycarbodiimide copolymeren en hun triazoolderivaten

A facile method for the preparation of polycarbodiimide-based secondary structures (e.g., nano-rings, &#34;craters,&#34; fibers, looped fibers, fibrous ...

Protocol for the Solid-phase Synthesis of Oligomers of RNA Containing a 2'-O-thiophenylmethyl Modification and Characterization via Circular Dichroism

Protocol for the Solid-phase Synthesis of Oligomers of RNA Containing a 2'-O-thiophenylmethyl Modification and Characterization via Circular Dichroism

Protocol voor de vaste fase synthese van oligomeren van RNA die een 2&#39;-<em&gt; O</em&gt; -thiophenylmethylmodificatie en karakterisering via cirkelvormige dichroïsme

Solid-phase synthesis has been used to obtain canonical and modified polymers of nucleic acids, specifically of DNA or RNA, which has made it a popular ...