Festphasen-Peptidsynthese dominiert seit Jahrzehnten den Markt für kundenspezifische Herstellung. Die Methode, ursprünglich in den 1950er Jahren entwickelt, ist zur bevorzugten Technologie in Bezug auf Automatisierung, Kosten, Skalierbarkeit, Lieferzeit und Ausbeute geworden.
Die Synthese erfolgt schrittweise am Festträger von C- zu N-Terminus. Nα-geschützte Aminosäuren steuern den Syntheseprozess und verhindern Nebenreaktionen. Heute kommen zwei Hauptschutzgruppen für den N-Terminus zum Einsatz: Boc (t-Butyloxycarbonyl) und Fmoc (9-Fluorenylmethoxycarbonyl).
Neben den N-terminalen Schutzgruppen werden auch permanente Schutzgruppen an den Seitenketten verwendet. Sie verhindern unerwünschte Verzweigungen und halten mehreren chemischen Behandlungen stand und werden erst am Ende der Synthese durch starke Säuren entfernt. Benzyl (Bzl) und tert-Butyl (tBu) gehören zu den am meisten verwendeten Schutzgruppen für Seitenketten.
Die einzelnen Syntheseschritte:
- Entschützen: Die Nα-Schutzgruppen müssen entfernt werden, um eine neue Aminosäure am N-Terminus zu koppeln. Die verwendeten Reagenzien hängen von der Art der Schutzgruppe ab. TFA (Trifluoressigsäure) kommt bei Boc, Piperidin bei Fmoc-geschützten AS zum Einsatz.
- Kupplung: Für die Anheftung einer neuen AS am N-Terminus muss die C-terminale Carbonsäure aktiviert werden. Carbodiimide wie Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) oder Diisopropylcarbodiimid (DIC) sind gängige Koppelreagenzien.
- Abspaltung: Nach mehreren Zyklen müssen alle Schutzgruppen vom neuen Peptid entfernt werden. Starke Säuren wie HF, HBr oder Trifluormethansulfonsäure (TFMSA) werden für Boc/Bzl eingesetzt, schwächere wie TFA für Fmoc/tBu. In diesem Schritt wird das Peptid auch vom Festträger abgetrennt und kann anschließend gereinigt werden.
Da für die Synthese starke Chemikalien erforderlich sind, kann die Reinigung herausfordernd sein. Für GMP-Peptid-Produktionen wird daher mitunter die Flüssigphasensynthese genutzt. Sie ist zeitaufwendiger und ergiebiger als die Festphasentechnik, bleibt aber relevant für die Herstellung hochreiner kurzer Peptide (<10 AS).
Beide Methoden sind chemische Ansätze für die lineare Peptidsynthese. Müssen größere Peptide mit komplexen Strukturen hergestellt werden, ist die rekombinante Expression oft die bessere Wahl. Sie ist jedoch auf natürliche, vom Wirtsorganismus produzierte Aminosäuren beschränkt.
Müssen Peptide mit komplexen Strukturen und unnatürlichen AS erzeugt werden, ist ein semisynthetischer Ansatz ideal.
