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

Dette prosjektet ble finansiert av University of Nebraska Medical Center (oppstart midler, MC-S); NIH-COBRE, 5P20GM103480 (T. Bronich) og American Chemical Society, PRF # 57434-DNI7(MC-S).

1. generelle protokoll for syntese av PPAs
<ol><li>Beregne skaleringen for syntese (vanligvis mmol). Denne skalaen er basert på massen av PPA målbeløpet. Vær oppmerksom som reaksjon effektiviteten av SPPER gradvis minsker med en økning av aminosyresekvens. Nøyaktig reaksjon effektiviteten er derfor vanskelig å beregne.</li>
	<li>Beregne vekten av skal brukes etter lasting av harpiks. Lasting er funnet på beholderen eller analyse protokollen av harpiks og uttrykt i mmol/g. Følgende formel kan brukes til å bere...

<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>

Protokollene beskrevet her kan brukes å syntetisere PPAs brønner som PAs og relaterte peptid-baserte molekyler (som hybrid PA-peptoids). Selv om syntesen av peptider bruker SPPER er en enkel prosedyre, kan syntese av peptider som inneholder biologiske homing molekyler være spesielt utfordrende. Polyaminer som spermine, spermidine, diethyelenetriamine, etc., kan fungere som homing molekyler for målretting kreft celler13. PPAs kan selv montere i nanostrukturer med varierte morphologies<...

Selv montasje peptid amphiphiles (PAs) er en klasse av biologisk materiale vanligvis består av virksomme: (a) hydrofile hodet, (b) koblingsfunksjonalitet region og (c) hydrofobe halen. De fleste PAs beskrevet i litteraturen har en hydrofile hode består av ladet eller polar aminosyre rester1,2,3,4. PAs har funnet en rekke programmer i biomedisin inkludert narkotika-leveranser, sykdom diagnose, regenerativ medisin, etc.5. Basert på deres aminosyresekvens, kan PAs danne en rekke nanostrukturer inkludert sfærisk micelles og nano-filamenter. Vi har nylig rapportert en klasse av hybrid polyamin-baserte peptid amphiphiles, kalt PPAs6. Den morphologies, selv montasje kinetics og metabolske nedbrytning av disse biologisk materiale, ble funnet å være relatert til solubilizing leder gruppen. Videre vise PPA nanostrukturer ikke toksisitet mot pattedyrceller (MiaPaCa2 og HeLa celle linjene) i de testet konsentrasjonene. PPA-baserte nanocarriers er attraktive narkotikarelaterte levering biler fordi: (1) polyamin opptak og metabolisme har vist seg å være økt hos kreftceller, (2) kationisk nanostrukturer kan oppnå endosomal rømme7,8, som fører til høyere sirkulasjon og bolig i cellen, og (3) bør ha en distinkt metabolske profil sammenlignet med PA; for eksempel, de blir mer stabil mot proteaser finnes i menneskekroppen (selv om de kanskje følsom for andre enzymer, for eksempel Amin oxidases)9,10. Også har PPAs blitt funnet for å ha forskjellige morphologies, mekanisk-egenskaper, hydrogenion stivhet og montering kinetics avhenger på lengden og ansvaret for individuelle PPA molekyl6. Her beskriver vi en detaljert protokoll for syntese, identifikasjon og rensing av PPAs som også kan brukes til utarbeidelse av PAs eller lignende hybrid peptid molekyler.
Fordi polyaminer ikke er vanligvis kommersielt tilgjengelige i skjemaene beskyttet, og fordi beskytte de primære og sekundære aminer av polyaminer er av største betydning for bøye dem med aminosyrer og andre molekyler, har vi skissert de syntetisk skritt for å oppnå deres beskyttelse. Det overordnede målet med denne protokollen er en enkel metode for bøye polyaminer å aminosyrer. Polyaminer mangler en karbonoxylsyre gruppe; Dermed kan de kobles til Rink amid eller Wang harpiks. I stedet anbefales harpiks som 2-chlorotrityl chloride syntetiske protokollen. Den største utfordringen for PPA syntese er de primære og sekundære Amin funksjonelle grupper. For vårt formål beskyttet vi alle sekundære aminer i polyamin samtidig amino primærgruppen på polyamin gratis å tillate kopling reaksjonen. Reaksjonen ble gjort på en solid støtte etter prinsippene i solid fase peptid syntese (SPPER) å lette den arbeidet opp etter hver kobling og deprotection trinn. Følgende protokollen er for både manuelle og automatiserte syntese av PPAs (selv om verifisering av noen trinn vil være utfordrende i et automatisert system). Syntese av disse molekylene også kan bæres ut en automatisert synthesizer eller ved hjelp av en mikrobølgeovn reaktor (automatisk eller halvautomatisk). Reaksjon ordningen summert i figur 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57908/57908fig1.jpg"> Figur 1: (A) A generelle reaksjonen ordningen for syntese av PPAs. (B) representant polyaminer som kan brukes til syntetisert PPAs beskrevet her. <a href="/files/ftp_upload/57908/57908fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</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

Polyamin-baserte peptid Amphiphiles (PPAs) er en ny klasse av selv montasje amphiphilic biologisk materiale knyttet til peptid amphiphiles (PAs). Tradisjonelle PAs har ladet aminosyrer som solubilizing grupper (lysin, arginine) som kobles direkte til et lipid segment eller kan inneholde en koblingsfunksjonalitet region laget av nøytrale aminosyrer. Tuning peptid sekvensen av PAs kan gi ulike morphologies. Tilsvarende PPAs har et hydrofobe segment og nøytrale aminosyrer, men også inneholde polyamin molekyler som vann solubilizing (hydrofile) grupper. Som tilfellet er med PAs, kan også PPAs selv montere i forskjellige morphologies, inkludert liten stenger, vridd nano-bånd og smeltet nano-ark, oppløst i vann. Men utgjør tilstedeværelsen av både primære og sekundære aminer på et enkelt polyamin molekyl en betydelig utfordring når syntetisere PPAs. I dette papiret viser vi en enkel protokoll, basert på litteratur presedens, å oppnå en lettvinte syntese av PPAs med solid fase peptid syntese (SPPER). Denne protokollen kan utvides til syntesen av PAs og andre lignende systemer. Vi har også illustrere trinnene som er nødvendig for spalting fra harpiks, identifikasjon og rensing.

Etter syntese og rensing og før mekanisk- eller biologiske evaluering anbefales det massene av PPAs er nytt sjekket og renheten konstatert bruke analytisk HPLC. Materielle karakteristikk eller biologisk vurdering, PPAs må ha renhet av > 95%. Figur 2 viser HPLC spor (øverst) og MALDI spectra (nederst) bekrefter tilstedeværelsen av produktet. HPLC analytisk systemer vil integrere området under kurven (AUC) og en AUC > 95% kan være relatert til produktet r...

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

Syntese av polyamin-baserte peptid amphiphiles (PPAs) er en betydelig utfordring av flere Amin nitrogens, som krever forstandig bruk av beskytte grupper for å maskere disse reaktive funksjonaliteten. I dette papir beskriver vi en lettvint metode for utarbeidelse av disse nye klassen selv av molekyler.

Lettvinte protokollen for syntese av selv monterer polyamin-baserte peptid Amphiphiles (PPAs) og relaterte biologisk materiale

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

Produksjon av disulfide-stabilisert transmembrane Peptid Komplekser for Strukturelle studier

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-and-pool Syntese og karakterisering av Peptide Tertiær Amide Library

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 Utarbeidelse av Internt Selv montert Lipid Partikler Stabilisert av karbonnanorør

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

En direkte, Early Stage Guanidinylation protokoll for syntese av komplekse aminoguanidin holdig 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

Protokoll for syntese av<em&gt; Ortho</em&gt; -trifluoromethoxylated anilinderivater

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

Syntese av Protein Bioconjugates<em&gt; via</em&gt; Cystein-maleimide kjemi

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 Synthesis of Worm-lignende Miceller av synlig lys mediert dispersjonspolymeriseringen Bruke 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

Selv montering morfologi innhentet fra Tann Polycarbodiimide Kopolymerer og deres triazolderivater

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

Protokol for fastfasesyntese av oligomerer av RNA inneholdende en 2&#39;-<em&gt; O</em&gt; -tiofenylmetylmodifikasjon og karakterisering via sirkulær dikroisme

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 ...