Peptide sind kurze Ketten von Aminosäuren, die durch sogenannte Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Sie bestehen typischerweise aus 2 bis etwa 100 Aminosäuren und stellen damit die kleineren „Verwandten" der Proteine dar. Der Begriff „Peptid" geht auf den deutschen Chemiker Hermann Emil Fischer zurück, der grundlegende Studien zur Peptidsynthese durchführte.

Während Proteine aus langen Polypeptidketten von über 100 Aminosäuren bestehen und komplexe dreidimensionale Strukturen ausbilden, sind Peptide deutlich kleiner und flexibler. Diese kompakte Struktur ermöglicht es ihnen, eine Vielzahl spezifischer Funktionen im Körper zu erfüllen.

Der Aufbau von Peptiden

Jedes Peptid besteht aus einer definierten Sequenz von Aminosäuren. Bei der Bildung einer Peptidbindung verbindet sich die Carboxygruppe (-COOH) einer Aminosäure mit der Aminogruppe (-NH2) der nächsten Aminosäure unter Abspaltung von Wasser. Die Enden der Peptidkette werden als N-Terminus (Aminogruppe) und C-Terminus (Carboxygruppe) bezeichnet.

Natürliches Vorkommen

Peptide kommen in allen lebenden Organismen vor und erfüllen vielfältige Aufgaben. Im menschlichen Körper finden sich natürliche Peptide als Hormone (z.B. Insulin), Neurotransmitter, Wachstumsfaktoren und Teil des Immunsystems. Auch in Lebensmitteln sind Peptide enthalten – sie entstehen beispielsweise beim Verdauen von Proteinen.

Peptide wirken im Körper als hochspezifische Signalmoleküle. Ihre Wirkungsweise basiert auf dem sogenannten Schlüssel-Schloss-Prinzip: Jedes Peptid bindet an spezifische Rezeptoren auf der Oberfläche von Zielzellen und löst dadurch bestimmte biologische Reaktionen aus.

Wirkungsmechanismen im Detail

Wenn ein Peptid an seinen Rezeptor bindet, wird eine Signalkaskade im Inneren der Zelle ausgelöst. Diese kann verschiedene Effekte haben:

• Hormonelle Regulation: Peptide wie Insulin oder Wachstumshormon-freisetzende Peptide steuern wichtige Stoffwechselprozesse
• Zellkommunikation: Neuropeptide übertragen Signale zwischen Nervenzellen
• Geweberegeneration: Bestimmte Peptide fördern die Bildung neuer Blutgefäße (Angiogenese) und die Kollagensynthese
• Immunmodulation: Antimikrobielle Peptide unterstützen die körpereigene Abwehr
• Entzündungsregulation: Einige Peptide zeigen entzündungshemmende Eigenschaften

Pharmakokinetik: Aufnahme und Abbau

Eine Besonderheit von Peptiden ist ihre relativ kurze Verweildauer im Körper. Sie werden im Magen-Darm-Trakt durch Enzyme schnell abgebaut, weshalb eine orale Einnahme meist nicht wirksam ist. Auch Leber und Nieren bauen Peptide vergleichsweise rasch ab. Aus diesem Grund erfolgt die Verabreichung vieler Peptide über Injektionen (subkutan oder intramuskulär), um den Magen-Darm-Trakt zu umgehen.

Peptide lassen sich nach verschiedenen Kriterien einteilen. Die wichtigsten Klassifizierungen erfolgen nach Kettenlänge, Struktur und Herkunft.

Einteilung nach Kettenlänge

Einteilung nach Struktur

• Lineare Peptide: Die Aminosäuren bilden eine gerade Kette mit freiem N- und C-Terminus
• Zyklische Peptide (Cyclopeptide): Die Kette ist ringförmig geschlossen, was oft zu erhöhter Stabilität führt
• Verzweigte Peptide: Seitenketten bestimmter Aminosäuren tragen zusätzliche Peptidketten

Einteilung nach Herkunft

• Ribosomale Peptide: Werden von Ribosomen nach genetischer Vorlage synthetisiert
• Nicht-ribosomale Peptide: Entstehen durch spezielle Enzymkomplexe, vor allem in Bakterien und Pilzen
• Synthetische Peptide: Werden chemisch im Labor hergestellt

In der Welt der Forschungspeptide haben sich verschiedene funktionelle Kategorien etabliert. Jede Kategorie umfasst Peptide mit ähnlichen Wirkmechanismen oder Anwendungsbereichen.

Peptide werden üblicherweise in lyophilisierter (gefriergetrockneter) Form als Pulver geliefert. Diese Darreichungsform bietet entscheidende Vorteile für Stabilität und Haltbarkeit.

Was bedeutet lyophilisiert?

Bei der Lyophilisierung (Gefriertrocknung) wird das Peptid zunächst in einer sterilen Umgebung gelöst und dann bei sehr niedrigen Temperaturen (etwa -60°C) eingefroren. Anschließend wird unter Vakuum das Wasser durch Sublimation entzogen – es geht direkt vom gefrorenen in den gasförmigen Zustand über, ohne flüssig zu werden.

Vorteile der Lyophilisierung

• Erhöhte Stabilität: Das Pulver ist deutlich stabiler als flüssige Lösungen
• Längere Haltbarkeit: Ungeöffnet und gekühlt oft mehrere Jahre haltbar
• Einfacher Transport: Weniger temperaturempfindlich als Flüssigkeiten
• Erhalt der Bioaktivität: Die biologische Wirksamkeit bleibt erhalten

Typische Lieferform

Peptide werden in kleinen, versiegelten Glasfläschchen (Vials) geliefert. Das Vial enthält das lyophilisierte Peptid als weißes bis cremefarbenes Pulver. Auf dem Etikett finden sich Angaben zu:

• Peptidname und Menge (z.B. 5mg, 10mg)
• Lot-Nummer für die Rückverfolgbarkeit
• Reinheitsgrad (meist >98% bei Qualitätsprodukten)
• Herstellungs- und Verfallsdatum

Da Peptide im Magen-Darm-Trakt schnell durch Enzyme abgebaut werden, ist eine orale Einnahme in den meisten Fällen nicht wirksam. Stattdessen werden verschiedene parenterale Verabreichungswege genutzt.

Subkutane Injektion (unter die Haut)

Die häufigste Methode für Peptide. Das rekonstituierte Peptid wird mit einer Insulinspritze in das Unterhautfettgewebe injiziert. Übliche Injektionsstellen sind:

• Bauchregion (2-3 cm vom Bauchnabel entfernt)
• Oberschenkel (Außenseite)
• Oberarm (Rückseite)

Intramuskuläre Injektion

Einige Peptide werden direkt in den Muskel injiziert. Diese Methode kann zu einer schnelleren Aufnahme führen, erfordert aber längere Nadeln und mehr Erfahrung.

Orale Peptide – Die Ausnahme

Neuere Entwicklungen wie bestimmte GLP-1-Agonisten (z.B. orales Semaglutid) nutzen spezielle Formulierungen, die eine orale Einnahme ermöglichen. Diese enthalten Absorptionsverstärker, die die Peptidaufnahme im Magen verbessern.

Wichtige Grundregeln

• Immer sterile Materialien verwenden
• Injektionsstellen regelmäßig wechseln
• Vor der Injektion Hände gründlich waschen oder desinfizieren
• Injektionsstelle mit Alkoholtupfer desinfizieren
• Nadeln niemals wiederverwenden

Die Rekonstitution bezeichnet den Vorgang, bei dem das lyophilisierte Peptidpulver mit einem geeigneten Lösungsmittel in eine injizierbare Lösung überführt wird. Dieser Prozess erfordert Sorgfalt und steriles Arbeiten.

Benötigte Materialien

• Lyophilisiertes Peptid im Vial
• Bakteriostatisches Wasser (enthält 0,9% Benzylalkohol als Konservierungsmittel)
• Sterile Spritzen (1ml Insulinspritzen für die Entnahme)
• Größere Spritze zum Auflösen (2-3ml)
• Alkoholtupfer zur Desinfektion

Schritt-für-Schritt Anleitung

1. Vorbereitung

   Lassen Sie beide Vials (Peptid und bakteriostatisches Wasser) auf Raumtemperatur kommen. Waschen Sie Ihre Hände gründlich und bereiten Sie eine saubere Arbeitsfläche vor.

2. Desinfektion

   Reinigen Sie die Gummistopfen beider Vials gründlich mit Alkoholtupfern. Wischen Sie jeden Stopfen mindestens 15 Sekunden ab.

3. Wasser aufziehen

   Ziehen Sie die gewünschte Menge bakteriostatisches Wasser mit einer sterilen Spritze auf (üblicherweise 1-2ml). Übliche Mengen: 1ml pro 5mg Peptid.

4. Langsames Injizieren

   Halten Sie das Peptid-Vial leicht schräg. Injizieren Sie das Wasser langsam an der Innenwand des Vials entlang – niemals direkt auf das Pulver spritzen! Dies verhindert Schaumbildung und schützt das Peptid.

5. Auflösen lassen

   Schwenken Sie das Vial vorsichtig zwischen Ihren Handflächen, um das Auflösen zu unterstützen. Niemals schütteln! Das Peptid kann bis zu 20 Minuten zum vollständigen Auflösen benötigen.

6. Kontrolle und Lagerung

   Die fertige Lösung sollte klar und frei von Partikeln sein. Lagern Sie das rekonstituierte Peptid im Kühlschrank bei 2-8°C. Haltbarkeit: bis zu 30 Tage.

Die korrekte Dosierungsberechnung ist essentiell für konsistente Ergebnisse. Mit wenigen Grundformeln lässt sich die exakte Menge für jede Anwendung berechnen.

Grundlagen der Berechnung

Nach der Rekonstitution müssen Sie wissen, wie viel Peptid in einem bestimmten Volumen Ihrer Lösung enthalten ist. Die Konzentration hängt davon ab, wie viel Wasser Sie hinzugefügt haben.

Rechenbeispiel im Detail

Ausgangssituation:

• Peptidmenge im Vial: 5mg (= 5000mcg)
• Hinzugefügtes bakteriostatisches Wasser: 2ml
• Gewünschte Einzeldosis: 250mcg

Schritt 1 – Konzentration berechnen:

5000mcg ÷ 2ml = 2500mcg/ml

Schritt 2 – Benötigte Menge berechnen:

250mcg ÷ 2500mcg/ml = 0,1ml

Schritt 3 – Umrechnung auf Insulinspritze:

Eine Standard-Insulinspritze (100 IU = 1ml) hat 100 Einheiten pro ml. 0,1ml entspricht also 10 IU auf der Spritze.

Die industrielle Herstellung von Peptiden erfolgt hauptsächlich über zwei Verfahren: die Festphasenpeptidsynthese (SPPS) und die Flüssigphasensynthese. Moderne Labore nutzen meist SPPS aufgrund ihrer höheren Effizienz.

Festphasenpeptidsynthese (SPPS)

Bei der SPPS wird das Peptid schrittweise an einem unlöslichen Trägerharz aufgebaut. Der Prozess wurde vom amerikanischen Biochemiker Robert Bruce Merrifield entwickelt und revolutionierte die Peptidchemie.

Ablauf:

1. Die erste Aminosäure wird an das Trägerharz gebunden
2. Eine Schutzgruppe an der Aminogruppe verhindert unerwünschte Reaktionen
3. Die Schutzgruppe wird entfernt (Entschützung)
4. Die nächste Aminosäure wird über ihre Carboxygruppe angekoppelt (Kupplung)
5. Schritte 3-4 werden für jede weitere Aminosäure wiederholt
6. Das fertige Peptid wird vom Harz abgespalten
7. Aufreinigung durch HPLC (Hochleistungsflüssigkeitschromatographie)

Flüssigphasensynthese

Bei dieser älteren Methode finden die Reaktionen in Lösung statt. Sie eignet sich besonders für kurze Peptide und ermöglicht höhere Präzision, ist aber zeitaufwändiger, da nach jedem Schritt eine Reinigung erforderlich ist.

Qualitätskontrolle

Nach der Synthese durchlaufen Peptide mehrere Qualitätsprüfungen:

• HPLC-Analyse: Bestimmt die Reinheit des Peptids
• Massenspektrometrie: Verifiziert die korrekte Molekularmasse
• Sequenzanalyse: Bestätigt die richtige Aminosäuresequenz
• Endotoxin-Test: Prüft auf bakterielle Verunreinigungen

Lyophilisierung (Gefriertrocknung)

Nach der Aufreinigung wird das Peptid lyophilisiert:

1. Das gelöste Peptid wird unter sterilen Bedingungen in Vials abgefüllt
2. Die Lösung wird auf etwa -60°C eingefroren
3. Unter Vakuum sublimiert das Wasser direkt vom Eis zum Dampf
4. Zurück bleibt das stabile, trockene Peptidpulver