Polypeptide Schritt für Schritt
Peptide kommen überall in den Zellen vor und bilden die Bausteine von Molekülen, die unzählige Funktionen ausführen. Könnte man synthetische Polypeptide mit einer Präzision herstellen, welche die in der Natur übliche Weise nachahmt, wäre das ein mächtiges Werkzeug für die synthetische Chemie. Diese Fähigkeit könnte die Plattform für eine nachhaltige und erneuerbare Polymerproduktion darstellen. Wissenschaftler untersuchten das Potenzial mit Hilfe der EU-Finanzhilfen des Projekts 'Highly functional polypeptides' (HIPEP). Sie nahmen eine spezielle Synthesereaktion mit industrieller Relevanz in Form einer Fallstudie unter die Lupe. Die N-Carboxyanhydrid-Ringöffnungspolymerisation (NCA) ist das wohl vielseitigste Verfahren zur Synthese von Biopolymeren. In ihm steckt ein großes Potenzial zur einfachen Herstellung von Mehrfachfunktions-Polypeptidstrukturen der nächsten Generation. Es verbindet sukzessive ringförmige Monomere (Peptide oder kurze Aminosäureketten), die Aminosäure-NCA enthalten. Das Verfahren kommt bei der Herstellung von Glatiramer zum Einsatz, der Wirksubstanz in einem verschreibungspflichtigen Arzneimittel zur Behandlung der Multiplen Sklerose. Der Mangel an detailliertem Wissen über den Reaktionsmechanismen verhindert jedoch eine präzise Steuerung des Vorgangs. Die Wissenschaftler arbeiteten zunächst an der Entwicklung eines Wegs zur Identifizierung der einzelnen Monomere, nicht nur des Vorhandensein von Aminosäure-NCA, in Mischungen. Die Eigenschaft der Reaktivität, welche die Aminosäure-NCA so nützlich für die Synthesechemie macht, lässt auch deren Existenz so flüchtig sein und erschwert deren Nachweis. Das Team entwickelte Protokolle unter Ausnutzung der sauren Hydrolyse, um deren Rückgewinnung zu begünstigen. Ein Verfahren, das Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie anwendet, erleichterte die Trennung der verschiedenen Aminosäure-NCA. Hier weist ein Ultraviolettlichtdetektor einzelne NCA nach. Mit dem Einsatz der neu entwickelten Methoden öffnete sich ein Zugangsfenster zu umfangreichen kinetischen Daten zur Polymerisation von drei Aminosäure-NCA gleichzeitig. Glatiramer (Glatirameracetat) besteht aus vier Aminosäuren. Die experimentellen Daten dienten der Prognose des Verhaltens des ternären Systems, was ausgezeichneten Erfolg hatte. Die im Rahmen von HIPEP entwickelten Methoden ebnen den Weg zu einer besseren Vorhersage des Aminosäure-NCA-Verhaltens während der Polymerisation. Sie ermöglichen eine bessere Kontrolle über die Aminosäuresequenz und somit Steuerung der Eigenschaften des Polymerprodukts. So sind nun nicht nur innovative neue Polypeptidpolymere zu erwarten, sondern die Technologie sollte gleichermaßen auch unser Wissen über den Wirkmechanismus von polypeptidhaltigen Arzneimitteln verbessern.
