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

Projektet finansierades av University of Nebraska Medical Center (nystartade fonder, MC-S); NIH-COBRE, 5P20GM103480 (T. Bronich) och American Chemical Society, PRF # 57434-DNI7(MC-S).

1. allmänna protokoll för syntes av energiköpsavtalen
<ol><li>Beräkna omfattningen av syntes (vanligen mmol). Denna skala bygger på massan av PPA målbeloppet. Tänk på att reaktionen effektiviteten i SPPS minskar gradvis med en ökning av aminosyrasekvens. Exakta reaktion effektiviteten är därför svårt att beräkna.</li>
	<li>Räkna ut vikten av kådan användas enligt lastning av kådan. Lastning är hittade på behållaren eller protokollet analys av kådan och uttrycks i mmol/g. Följande formel kan anvä...

<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 protokoll som beskrivs här kan användas för att syntetisera energiköpsavtalen brunnar som PAs och relaterad peptid-baserad molekyler (såsom hybrid PA-peptoids). Även om syntesen av peptider med SPPS är en enkel procedur, kan syntesen av peptider som innehåller biologiska målsökande molekyler vara särskilt utmanande. Polyaminer som spermine, spermidine, diethyelenetriamine, etc., kan fungera som målsökande molekyler för inriktning cancer celler13. Energiköpsavtalen kan sj...

Egen montering peptid amphiphiles (PAs) är en klass av biomaterial som vanligtvis består av följande segment: a hydrofil huvud, (b) linker region och (c) hydrofoba svans. De flesta PAs beskrivs i litteraturen äger en hydrofil huvud består av laddade eller polar aminosyra rester1,2,3,4. PAs har hittat ett brett spektrum av applikationer i biomedicin inklusive sjukdom diagnostik, regenerativ medicin, läkemedel, etc.5. Baserat på deras aminosyrasekvens, kan PAs bilda ett brett utbud av nanostrukturer inklusive sfäriska miceller och nano-filament. Vi har nyligen rapporterat en klass av hybrid polyamine-baserade peptid amphiphiles, kallas energiköpsavtalen6. Den morfologier, egen montering kinetik och metabola nedbrytning, av dessa biomaterial, befanns vara relaterade till deras solubilizing huvud grupp. PPA nanostrukturerna visade dessutom inte toxicitet mot däggdjursceller (MiaPaCa2 och HeLa cell linjer) vid de testa koncentrationerna. PPA-baserade nanocarriers är attraktiva drog-leverans fordon eftersom: (1) polyamine upptag och metabolism har visats ökas i cancerceller, (2) katjoniska nanostrukturer kan uppnå endosomal fly7,8, vilket leder till högre omsättning och bosättning inom en cell, och (3) de ska ha en tydlig metaboliska profil jämfört med PA; till exempel, de blir stabilare mot proteaser som finns i den mänskliga kroppen (även om de kanske känslig för andra enzymer, såsom amine oxidases)9,10. Inköpsavtalen har också befunnits har olika morfologier, fysikalisk-kemiska egenskaper, nanopartiklar stelhet och församlingen kinetik beroende på längd och kostnad av enskilda PPA molekyl6. Häri, beskriver vi ett detaljerat protokoll för syntes, identifiering och rening av energiköpsavtalen som kan också tillämpas på beredning av PAs eller liknande hybrid peptid molekyler.
Eftersom polyaminer vanligen inte är kommersiellt tillgängliga i sina skyddade formulär, och skydda de primära och sekundära aminesna av polyaminer är av yttersta vikt för konjugera dem med aminosyror och andra molekyler, har vi sammanställt den syntetiska steg för att uppnå deras skydd. Det övergripande målet med detta protokoll är att tillhandahålla en enkel metod för att konjugera polyaminer till aminosyror. Polyaminer saknar en karboxylsyror grupp; Således, de kan inte kopplas till rinken Amide eller Wang hartser. Istället rekommenderas protokollet syntetiska hartser såsom 2-chlorotrityl klorid. Den största utmaningen för PPA syntes är förekomsten av primära och sekundära aminen funktionella grupper. För våra syften skyddade vi alla de sekundära aminesna i polyaminen samtidigt den primära aminogruppen på polyaminen ledig för att tillåta koppling reaktionen. Reaktionen var gjort på ett massivt stöd för en fast fas peptidsyntesen (SPPS) att underlätta arbete-upp efter varje koppling och deprotection steg. Följande protokoll är för både manuell och automatiserad syntes av energiköpsavtalen (även om kontrollen av några steg kommer utmanande i ett automatiserat system). Syntesen av dessa molekyler kan också utföras på en automatiserad synthesizer eller med hjälp av en mikrovågsugn reaktor (automatiskt eller halvautomatiskt). Reaktionsformel har sammanfattas i figur 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57908/57908fig1.jpg"> Figur 1: (A) A allmänna reaktionsformel för syntesen av energiköpsavtalen. (B) representativa polyaminer som kan användas till syntetiseras energiköpsavtalen beskrivs här. <a href="/files/ftp_upload/57908/57908fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</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-baserade peptid Amphiphiles (energiköpsavtalen) är en ny klass av egen montering amfifila biomaterial-relaterade till den peptid amphiphiles (PAs). Traditionella PAs äger laddade aminosyror som solubilizing grupper (lysin, arginin), som är direkt anslutna till ett lipid-segment eller kan innehålla en länkare region av neutrala aminosyror. Tuning peptid sekvensen av PAs kan ge olika morfologier. Likaså energiköpsavtalen besitter ett hydrofoba segment och neutrala aminosyror, men också innehålla polyamine molekyler som vatten solubilizing (hydrofil) grupper. Som är fallet med PAs, energiköpsavtalen kan även själv sätta ihop till olika morfologier, inklusive små stavar, vridna nano-band och smält nano-ark, när upplöst i vatten. Men utgör förekomsten av både primära och sekundära aminer på en enda polyamine molekyl en betydande utmaning när syntetisera energiköpsavtalen. I detta papper visar vi ett enkelt protokoll, baserade på litteratur prejudikat, att uppnå en lättköpt syntes av energiköpsavtalen använder fasta fasen peptidsyntesen (SPPS). Detta protokoll kan utvidgas till syntesen av PAs och andra liknande system. Vi illustrerar också de steg som behövs för klyvning från harts, identifiering och rening.

Efter syntes och rening och innan utvärdering av fysikalisk-kemiska eller biologiska rekommenderas massorna av energiköpsavtalen är åter kontrolleras och renhet konstaterat använder analytiska HPLC. För materialkarakterisering eller biologisk utvärdering, inköpsavtalen behöver ha en renhetsgrad på > 95%. Figur 2 visar HPLC trace (överst) och MALDI spectra (nederst) bekräftar förekomsten av produkten. HPLC analytiska system kommer att integrera om...

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

Syntesen av polyaminen-baserade peptid amphiphiles (energiköpsavtalen) är en betydande utmaning på grund av närvaron av flera amine kväveatomer, som kräver förnuftig användning av skydda grupper för att maskera dessa reaktiva funktioner. I den här artikeln beskriver vi en lättköpt metod för beredning av dessa nya klass av egen montering molekyler.

Facile protokoll för syntesen av självmonterande Polyamine-baserade peptid Amphiphiles (energiköpsavtalen) och relaterade biomaterial

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

Produktion av disulfid-stabiliserade transmembran peptidkomplex för strukturstudier

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

Struktur och samordning Fastställande av peptid-metallkomplex Använda 1D och 2D<sup&gt; 1</sup&gt; H-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-och-pool Syntes och karakterisering av peptid tertiär amid 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 Framställning av Internt Själv monterade lipidpartiklar som stabiliseras av kolnanorör

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 Direct, Early Stage Guanidinylation protokoll för syntes av komplexa aminoguanidin innehåller naturliga produkter

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 för syntes av<em&gt; Ortho</em&gt; -trifluoromethoxylated anilinderivat

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

Syntesen av protein biokonjugat<em&gt; via</em&gt; Cystein-maleimid 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 Syntes av maskliknande Miceller med synligt ljus medierad dispersionspolymerisation Använda 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

Självorganiserande morfologi som erhållits från Raka polykarbodiimid sampolymerer och deras triazolderivat

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

Protokoll för fastfassyntesen av oligomerer av RNA innehållande en 2&#39;-<em&gt; O</em&gt; -tiofenylmetylmodifiering och karakterisering via cirkulär dikroism

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 ...