An efficient, three-step synthesis of RAFT-based fluorescent glycopolymers, consisting of glycomonomer preparation, copolymerization, and post-modification, is demonstrated. This protocol can be used to prepare RAFT-based statistical glycopolymers with desired structures.
합성 glycopolymers 다양한 생화학 및 생물 의학 연구 분야에서 사용되는 악기와 다양한 도구입니다. 가역성 부가 단편화 사슬 전달을 이용하여 잘 제어 된 형광 통계적 glycopolymers의 손쉬운 효율적인 합성 예 (RAFT) 기반 중합을 입증한다. (2- 아미노 에틸) 메타 크릴 (AEMA) – 합성은 lactobionolactone 및 N의 반응에 의해 얻어지는 β – 갈락토스 함유 glycomonomer 2 lactobionamidoethyl의 메타 크릴의 준비를 시작한다. 2 Gluconamidoethyl의 메타 크릴 (개마)는 단말기 β – 갈 락토가없는 구조 아날로그로 사용됩니다. (2- 히드 록시 에틸) 아크릴 아미드 등의 스페이서, AEMA 상기 형광 표지 용 대상으로 한 glycomonomers – N : 다음 RAFT 매개 공중합 반응은 세 가지 상이한 단량체를 포함한다. 수계 관대, 반응에 사용 RAFT 화제 (4- 시아 노펜 산 벤질) 디티 오이다.낮은 dispersities (≤1.32), 예측 공중 합체 조성물 및 중합의 재현성이 높은 제품 중 관찰되었다. 형광 중합체 AEMA에 차 아민 관능기를 타겟팅 카르복시 숙신 이미 딜 에스테르 glycopolymers을 수정하여 얻어진다. 결과 glycopolymers의 렉틴 결합 특이성은 특정 glycoepitope 인식 렉틴으로 코팅 해당 아가로 오스 비즈 시험에 의해 확인된다. 원하는 때문에 합성의 용이성, 제품 및 조성물의 엄격한 제어하고, 반응의 재현성이 프로토콜은, 특정 구조 및 조성이 다른 RAFT 기반 glycopolymers의 제조 향해 번역 될 수있다.
지난 20 년 동안, 합성 glycopolymers와 조사는 인식을 렉틴 것은 1-3 처리에 초점을 맞추고 연구를 포함 감염 메커니즘을 조사에 상당한 잠재력을 보여주는, 느리지 만 지속적인 발전을 겪었다. 다가 당 잔기를 갖는 합성 glycopolymers 훨씬 높은 렉틴 – 결합 효능을 발휘하기 때문에 가의 탄수화물에 비해, 이들은 glycobiology 필드 3에서 큰 수요이다. 임상 연구에서 특히 관심 인간 호흡기 세포 표면 당 단백질 및 점액 볼 탄수화물 결합 렉틴 매개 세균을 특성화 형광 glycopolymers 사용하는 것이다. 초기 시험 관내 연구에서 박테리아의 결합 시험에서 시판되는 폴리 아크릴 아미드 계 glycopolymers을 채용. 이 프로브의 여러 결과를 약속했다,하지만 모두 POL에서, obtainability 및 로트 차이에 대한 우려를 제기ymer 분자량 glycoepitope 내용. 경제적 인 실험실 프로토콜 구조의 내용, 크기 및 세균 렉틴을 대상으로 합성 glycopolymers의 순도 만족스러운 제어를 제공 할 수있는 개발되었다.
glycopolymers에 적합한 합성 방법에 대한 검색에서, 상대적으로 새로운 중합 기술은 가역 부가 조각화 체인 전송 (뗏목) 제 4를 사용 제어 라디칼 중합의 종류를 사용하여 테스트 하였다. 이러한 뗏목 시약은 최근 몇 glycopolymer 준비 5-7에서 사용되어왔다. 다른 glycopolymer 준비 프로토콜과 비교했을 때, RAFT 매개 중합은 단량체 구조 및 반응 조건, 수용액 잠재적 호환성 및 원하는 중합체 제품 8,9 낮은 크기, 분산도의 다양한 내성 등 여러 장점을 보여준다. 주목할만한 관심 뗏목 바의 준비를위한 프로토콜은별개의 기능을 가질 수있다 (10-13) 각각은 다른 모노머의 조성의 제어를 허용 SED 트라이 성분 glycopolymers. 그러나, 이전의 연구 노력 중 대부분은 아노 머 펜던트 탄수화물 10 부족하거나 채용 종종 공중합 통계적 중합체보다 다른 목적을 제공 공유 결합 호모 폴리머로 구성 트리 블록 공중 합체에서 얻어진 중합은 단차하는 단량체의 시퀀스 잔류 물은 통계적 규칙 9-13을 따릅니다.
최근 thiocarbonylthio RAFT 화합물을 이용하는 (4- 시아 노펜 탄산) 등의 수용성 환경에서 -4- 디티의 집단의 제조를 특정 펜던트 당 및 그들의 애플리케이션을 포함하는 선형 삼 성분 통계적 glycopolymers를 RAFT는 계 렉틴 매개 결합 세균 시험은 14을보고 하였다. 시각적 방식이 제시하는 방법의 전체 목표는, 트리 성분을 제조하는 공정이다RAFT 제어 공중합을 통해 통계 형광 glycopolymers. 때문에 일 단계 중합 프로토콜의 용이성, 중합체 길이 및 조성, 반응의 재현성 위에 미세 제어는,이 프로토콜은 쉽게 원하는 구조와 glycopolymers 다른 RAFT 계 합성에 적용 할 수있다.
손쉬운하고 효율적인와 펜던트 탄수화물없이 RAFT 기반 트라이 구성 요소 형광 glycopolymers을위한 프로토콜 및 렉틴 결합 테스트에서의 사용은이 보고서에서 설명된다. 이 프로토콜은 glycomonomers의 LAEMA과 개마의 준비를 시작한다. 한 단계 뗏목 제어 공중합을 통해 재현 수율 예측 성 단량체 조성물과 낮은 분산과 glycopolymers는 얻을 수있다. 카르복시 숙신 이미 딜 에스테르와 glycopolymers의 수정 후 다음, 그 결과 각각의 형광 표지 glycopolymer의 결합은 렉틴 결합 특이성을 위해 쉽게 테스트 할 수 있습니다.
후속 glycopolymer의 합성에 이용하여야한다 glycomonomers의 초기 예비 단계에서 쉽게 구할 락토 산 및 글루 코노 락톤이 사용되었다. 이론적으로, 복잡한 올리고당 단당류 관심있는 탄수화물, 하에서 변환 할 수있다글루코스 C6에 차 하이드 록 실기에 상기 타겟 당 공역에 의한 glycomonomers D. 환원 글루코스 잔기의 산화, 및 락톤과의 후속 탈수 후, 생성물을 용이하게 할 수있다 대응 glycomonomer을 형성 AEMA에 일차 아민과 반응시켰다. 이 경로의 추가의 예는 최근 보고서 (14)에서 볼 수있다. 그것은 모든 중합 공정을 개시하기 전에, MEHQ, 강력한 중합 억제제가 사용하기 직전에 모든 단량체 및 glycomonomer 제제로부터 제거되어야한다는 점에 유의해야한다. 이것은 용이 MEHQ 후 즉시 고 수율 억제제없는 생성물을 침전 -20 ℃에서 아세톤으로 취급 보유 glycomonomer을 용해 메탄올의 최소량을 사용하여 달성된다.
어떤 라디칼 중합 방식에 필수, 세부 사항 및 모노머 순도에주의를 강조하고 있습니다. RAFT 중합 시스템의 전형적인 바와 같이, 그것은 이루어져래디컬 소스, 뗏목 시약, 단량체 및 용매. 이 시각 프레젠테이션에서 단일 단계 RAFT 중합 시스템은 수용액에 세 가지 상이한 단량체를 갖는 반응 혼합물로부터 생성 된 통계적인 공중 합체의 생산에 초점을 맞춘 것으로 설명된다. 두 개의 별도 RAFT 매개 반응이 하나의 펜던트 보유 glycomonomer를 이용한다되는 제시없이 결합 탄수화물 잔기와 폴리올을 가진 탄수화물 말단 (즉, β-D-갈락토스), 및 다른 비 환원성. 두 RAFT 매개 반응 공통 스페이서 분자로서 기능 단수 수산기를 갖는 단량체는이었으며, 또 다른 아미노 – 반응성 형광체와 수정 후 용 유리 아민을 갖는.
반응 혼합물과 환경에서 산소의 존재 때문에 매개 RAFT 중합에 해로운, 레벨을 추적의 제거를 용이하게 여러 동결 EVA를 통해 달성된다cuate – 해동 사이클은 고 진공하에 쉬 렌크 관 반응기를 유지하면서.
이는 필요에 따라 반응이 다른 단량체의 몰비가 조절 될 수 있음에 유의해야한다. 또한, 사용 RAFT 화제의 양을 변화시킴으로써, 생성 된 중합체의 길이가 18를 제어 할 수있다. 그러나, 개시제 RAFT 제의 몰비는 항상 제품의 낮은 분산을 보장하기 위해 두보다 커야한다. 이러한 조건 하에서, 공중합의 진화는 정상이고, 반응의 재현성이 매우 높다. 즉, 하나는 그들의 다른 중합 속도로, 통계적 공중 합체 내의 모든 참가 단량체 완전히 균일 한 분포를 얻는 것이 어렵다, 상기된다. 중합체 내의 상이한 단량체의 분포를 특성화하는 것은 여전히 매우 도전적이다.
수정 후 방법은 여기에 제시된 양보다 간단하고있다 amenabl라벨 glycopolymers 2,11인가 다른 프로토콜에 비해 형광 라벨의 넓은 선택의 특정 사용 예. 이들은, 수용성 아민 반응성 형광 많은 양자점 biotins 등을 포함한다. 합성, 표시 glycopolymers의 결합 특이성은 쉽게 검증 알려진 결합 친 화성을 가진 렉틴을 사용하고 있습니다. 더 펜던트 설탕을 소유하지 PMA-개마 적절한 음성 대조군이다. 이 경로를 통해 제조 된 다른 형광 라벨 Glycopolymers 성공적 렉틴 매개 세균 14 바인딩의 조사에 사용되어왔다. 제시된 통계 형광 glycopolymers이 손쉬운하고 효율적인 준비 glycobiological 연구의 다양한에 큰 잠재력을 제공해야한다.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the Experiment Station Chemical Laboratories of the University of Missouri, and by the Cystic Fibrosis Association of Missouri.
Reagent | |||
Lactobionic acid | Sigma-Aldrich | 153516 | |
D-Gluconolactone | Sigma-Aldrich | G2164 | |
N-(2-hydroxyethyl) acrylamide (HEAA) | Sigma-Aldrich | 697931 | |
Orange II sodium salt | Sigma-Aldrich | O8126 | |
Hydroquinone monomethyl ether (MEHQ) | Sigma-Aldrich | 54050 | Polymerization inhibitor |
N-(2-aminoethyl) methacrylamide hydrochloride (AEMA) | Polysciences, Inc | 24833-5 | |
Triethylamine | Fisher Scientific | BP-616 | |
Anion-exchange resin IRN-78 hydroxide-form, 80 mesh | Sigma-Aldrich | 10343-U | |
Cation-exchange resin 50Wx8, 200 mesh | Sigma-Aldrich | 217514 | |
Aluminum oxide, ~150 mesh | Sigma-Aldrich | A1522 | Type WN-6, Neutral, Activity Grade Super I |
Ninhydrin | Sigma-Aldrich | N4876 | An ethanol solution of 0.2 % ninhydrin was used in the test |
4-Cyano-4-(phenylcarbonothioylthio)pentanoic acid | Sigma-Aldrich | 722995 | RAFT agent |
4,4′-Azobis(4-cyanovaleric acid) | Sigma-Aldrich | 11588 | Polymerization initiator |
Carboxyfluorescein succinimidyl ester | Life Technologies | C1157 | |
Erythrina Cristagalli lectin coated agarose bead | Vector Laboratorie | AL-1143 | |
Solvent | |||
dH2O | Produced by Barnstead water purification system, 18 megOhm-cm | ||
Isopropanol | Fisher Scientific | A461-4 | ACS grade or better |
Methanol | Fisher Scientific | A454-4 | ACS grade or better |
Absolute ethanol | Fisher Scientific | BP2818-100 | ACS grade or better |
Dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 22705 | ACS grade or better |
Acetone | Fisher Scientific | A929-4 | ACS grade or better |
Equipment | |||
Dialysis membrane (MWCO: 3,500) | Spectrum Labs | 132720 | |
Polyethylene glycol analytical standard standard | Sigma-Aldrich | O2393 | |
Schlenk tube, 1 mL | Quark Glass | Customized | |
TSK-GEL G4000 PWxl | Tosoh Bioscience | 8022 | Used for GPC analysis of the glycopolymers |
Empower 3 with GPC/SEC package | Waters Corporation | ||
Waters Alliance HPLC system | Waters Corporation | Equipped with refractive index detector (Waters 2414) and fluorescence detector (Waters 2475) | |
Avance III 800 MHz NMR Spectrometer | Brucker Corporation | ||
BX43 fluorescence microscope | Olympus Corporation | Used with FITC filter in the glycopolymer binding test | |
Rotavap / Rotoevaporator | Heidolph | ||
Fritted disc funnel | Fisher Scientific | 10-310-109 | |
Lyophilizer | Labconco | ||
Immunofluorescence microscope slide | Polysciences | 18357-1 | |
Revco Ultima Plus -80C Freezer | Thermo Scientific | ||
Plastic Vacuum Bag and Hand Pump | Ziploc | ||
Vacuum Pump, Direct Drive, Maxima C Plus | Fisher Scientific | ||
Vacuum Gauge | Sargent-Welch |