การสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสแข็ง – ประสิทธิภาพสูงขึ้นด้วยเทคโนโลยีโซนิเคชัน
Solid Phase Peptide Synthesis (SPPS) เป็นวิธีทั่วไปสําหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ Ultrasonication เป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้ในการเพิ่มการสังเคราะห์เปปไทด์เฟสของแข็งส่งผลให้ผลผลิตสูงขึ้นความบริสุทธิ์ที่ดีขึ้นไม่มี racemization และความเร็วในการตอบสนองที่เร่งขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ Hielscher Ultrasonics นําเสนอโซลูชั่นอัลตราโซนิกต่างๆสําหรับการสังเคราะห์เปปไทด์การแตกแยกและการละลาย
การสังเคราะห์เปปไทด์แบบเฟสแข็งด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
อัลตราโซนิกถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวิธีการเพิ่มความเข้มข้นในการสังเคราะห์อินทรีย์และเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องข้อดีเช่นเวลาตอบสนองที่ลดลงอย่างมากผลผลิตที่สูงขึ้นผลพลอยได้น้อยลงการเริ่มต้นของเส้นทางซึ่งไม่สามารถทําได้ด้วยวิธีอื่นและ / หรือการคัดเลือกที่ดีขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถรับประโยชน์ที่ดีได้เมื่อ sonication ถูกควบคู่เข้ากับปฏิกิริยาการสังเคราะห์เปปไทด์ ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้ผลผลิตที่ดีที่สุดของเปปไทด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยไม่มี racemization ภายในเวลาปฏิกิริยาอันสั้น
- ผลผลิตเปปไทด์สูง
- การสังเคราะห์ที่เร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
- ความบริสุทธิ์ของเปปไทด์ที่สูงขึ้น
- ไม่มี racemization
- การสังเคราะห์คู่ขนานของเปปไทด์ต่างๆ
- สามารถปรับขนาดได้เพื่อรองรับปริมาณงานทุกขนาด
| การศึกษา | เปปไทด์ที่ศึกษา | เวลาตอบสนอง (แบบคลาสสิก vs US-SPPS) | ความบริสุทธิ์ของน้ำมันดิบ (แบบคลาสสิก vs US-SPPS) | การเกิดเรซมิเซชันและปฏิกิริยาข้างเคียง | จุดสำคัญที่ควรจำ |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański และคณะ (2019) | เมท-เอนเคฟาลิน, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-เอนดอร์ฟิน | 600–1920 นาที → 48–284 นาที | 24.2–71.3% → 60.6–89.9% | ไม่พบการเปลี่ยนแปลงสำหรับ Cys/His แม้ที่อุณหภูมิ 70°C | ~7–12 เท่าในการสังเคราะห์; ความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับลำดับที่มีแนวโน้มเกิดการรวมตัว เช่น TAT |
| Silva และคณะ (2021) | Pep1 (12-mer), Pep2 (9-mer), Pep3 (25-mer) | >3515/365 นาที → ~250/85 นาที (Pep1/Pep2); Pep3: 347 นาที (เฉพาะในสหรัฐอเมริกา) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | ยังไม่ได้รับการทดสอบ; พบว่าความบริสุทธิ์ของ Pep2 ลดลงเล็กน้อย | ลดเวลาลง 14 เท่าสำหรับ Pep1; ผลผลิตดิบเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ |
| Merlino และคณะ (2019) | เพนตาเปปไทด์แบบจำลอง, เปปไทด์ที่มีความยาวสูงสุด 44-เมอร์, “ลําดับที่ยากลําบาก” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 นาที → 30 นาที (แบบจำลอง) | 84% → 93% (แบบจำลอง); สูงกว่าอย่างชัดเจนเมื่อเทียบกับการให้ความร้อนด้วยระบบความร้อน (~45°C) | ไม่มีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญสำหรับเอนันทิโอเมอร์ Cys/His | มีประสิทธิภาพสูงสำหรับลำดับที่ยากหรือมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกัน; ช่วยลดปริมาณสารปฏิกิริยาส่วนเกินได้ ในขณะที่ยังคงรักษาความบริสุทธิ์สูง |
การสังเคราะห์เปปไทด์เฟสของแข็งได้รับการปรับปรุงด้วยอัลตราซาวนด์
การสังเคราะห์เปปไทด์เฟสแข็ง (SPPS) เป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่ช่วยให้สามารถประกอบห่วงโซ่เปปไทด์ผ่านปฏิกิริยาต่อเนื่องของอนุพันธ์ของกรดอะมิโนบนตัวรองรับที่มีรูพรุนที่ไม่ละลายน้ํา อย่างไรก็ตาม การสังเคราะห์เปปไทด์เฟสแข็งแบบดั้งเดิมเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพและช้า ดังนั้นการเพิ่มความเข้มข้นของอัลตราโซนิกของการสังเคราะห์เปปไทด์จึงเป็นเครื่องมือที่ได้รับการยกย่องอย่างสูงสําหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีประสิทธิภาพและรวดเร็วยิ่งขึ้น
Silva และคณะ (2021) ได้เปรียบเทียบ “คลาสสิก” การสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสแข็ง (SPPS) ด้วยฟลูอเรนิลเมทอกซีคาร์บอนิล (Fmoc) ร่วมกับคลื่นอัลตราซาวนด์ (US) ที่ใช้การเตรียมเปปไทด์สามชนิด ได้แก่ เปปไทด์ Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) ที่จำเพาะต่อตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ 3 (FGFR3) และเปปไทด์ใหม่ Pep2 (RQMATADEA-NH2) และ Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2)
SPPS ที่ได้รับการสนับสนุนจากสหรัฐฯ ทำให้เวลาในการประกอบเปปไทด์ลดลง 14 เท่า (Pep1) และ 4 เท่า (Pep2) เมื่อเทียบกับ “คลาสสิก” วิธีนี้ สิ่งที่น่าสนใจคือ SPPS ที่ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยทำให้ได้ Pep1 ในความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้น (82%) เมื่อเทียบกับ “คลาสสิก” SPPS (73%). การลดเวลาได้อย่างมีนัยสำคัญ ร่วมกับความบริสุทธิ์สูงของเปปไทด์ดิบที่ได้ ทำให้ทีมวิจัยตัดสินใจนำ SPPS ที่ใช้คลื่นเสียงความถี่สูง (US-assisted SPPS) มาประยุกต์ใช้กับเปปไทด์ขนาดใหญ่ Pep3 ซึ่งมีกรดอะมิโนไฮโดรโฟบิกจำนวนมากและลำดับโฮโมโอลิโก ที่น่าทึ่งคือ การสังเคราะห์เปปไทด์ 25-เมอร์นี้สำเร็จภายในเวลาน้อยกว่า 6 ชั่วโมง (347 นาที) ด้วยความบริสุทธิ์ระดับปานกลาง (ประมาณ 49%)
การสังเคราะห์เปปไทด์ที่เร็วขึ้นผ่านการสังเคราะห์เปปไทด์เฟสแข็งโดยใช้การกวนด้วยอัลตราโซนิก
(การศึกษาและวิเคราะห์: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) ยังได้ดำเนินการวิจัยอย่างละเอียดเกี่ยวกับผลกระทบของคลื่นอัลตราโซนิกต่อกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสแข็งแบบ Fmoc ซึ่งช่วยให้สามารถสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีกิจกรรมทางชีวภาพต่าง ๆ (ยาวถึง 44-mer) ได้ พร้อมทั้งประหยัดวัสดุและเวลาการปฏิกิริยาได้อย่างน่าทึ่ง พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าการใช้คลื่นอัลตราโซนิกไม่ทำให้ปฏิกิริยาข้างเคียงหลักรุนแรงขึ้น และช่วยปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ที่มี “ลําดับที่ยากลําบาก”วางการสังเคราะห์เปปไทด์เฟสแข็งที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิก (US-SPPS) ท่ามกลางกลยุทธ์การสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีประสิทธิภาพสูงในปัจจุบัน
ความพร้อมใช้งานของระบบประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์เปปไทด์แบบอัลตราโซนิก (เสียง) ช่วยให้อัตราการสังเคราะห์ดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญและเพิ่มความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ดิบ (อ้างอิง Wołczański et al., 2019)
การสืบสวน racemization การเปรียบเทียบสเปกตรัม NMR 1H ที่สําคัญของเปปไทด์แบบจําลองที่สังเคราะห์ด้วยตนเองโดยใช้วิธีการแบบคลาสสิกที่อุณหภูมิห้องเทียบกับวิธีอัลตราโซนิกที่อุณหภูมิสูง การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของ His และ Cys α-protons และกลุ่มเมทิลีนของ Acm (แผงด้านซ้าย) ɣ-methyl protons ของ Val (แผงด้านขวา) แสดงให้เห็นว่า sonication ที่ 70 °C ไม่ก่อให้เกิด racemization
(การศึกษาและวิเคราะห์: Wołczański et al., 2019)
อัลตราโซนิกการแตกแยกของเปปไทด์
หลังจากการสังเคราะห์เปปไทด์เฟสแข็ง (SPPS) เปปไทด์ที่สังเคราะห์จะต้องถูกแยกออกจากเรซินโพลีเมอร์ ขั้นตอนนี้เรียกอีกอย่างว่าการป้องกัน เมื่อเปรียบเทียบการเขย่าและอัลตราโซนิกทั่วไปสําหรับการแตกแยกของเปปไทด์จากเรซินวิธีการเขย่าต้องใช้เวลาประมาณ 1 ชั่วโมงในขณะที่การแตกแยกด้วยอัลตราโซนิกสามารถทําได้ภายใน 15 ถึง 20 นาที การแตกแยกของเปปไทด์อัลตราโซนิกสามารถนําไปใช้กับการแตกแยกของกรดอะมิโนที่ได้รับการป้องกันและเปปไทด์ที่เชื่อมโยงกับเรซินโพลีสไตรีนผ่านพันธะเบนซิลิกเอสเทอร์
เครื่องปฏิกรณ์ที่กวนด้วยอัลตราโซนิกเพื่อปรับปรุงและเร่งการสังเคราะห์เปปไทด์ ภาพแสดง เครื่องอัลตราโซนิก UP200St ในเครื่องปฏิกรณ์แก้วกวน
เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์เปปไทด์
Hielscher Ultrasonics นําเสนอโซลูชั่นอัลตราโซนิกต่างๆสําหรับการ sonication ทั้งทางตรงและทางอ้อม โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพและควบคุมได้อย่างแม่นยําจะจ่ายพลังงานอัลตราซาวนด์ในปริมาณที่เหมาะสมไปยังภาชนะปฏิกิริยา ไม่ว่าคุณจะใช้เข็มฉีดยาหลอดแผ่นหลายหลุมหรือเครื่องปฏิกรณ์แก้วเป็นภาชนะสังเคราะห์ Hielscher Ultrasonics นําเสนอเครื่องอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสําหรับการใช้งานเปปไทด์ของคุณ
- เปปไทด์ที่กําหนดเอง
- การผลิตเปปไทด์ขนาดใหญ่
- ห้องสมุดเปปไทด์
การสังเคราะห์เปปไทด์จํานวนมากดําเนินการในเข็มฉีดยา (เช่น เครื่องปฏิกรณ์เข็มฉีดยาแบบฟริตต์) เครื่องกวนเข็มฉีดยาอัลตราโซนิกของ Hielscher sonicates สารละลายเปปไทด์ที่เชื่อมต่อคลื่นอัลตราซาวนด์ผ่านผนังกระบอกฉีดยาเข้าไปในของเหลว เครื่องกวนเข็มฉีดยาอัลตราโซนิกเป็นหนึ่งในโซลูชั่นอัลตราโซนิกที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสําหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยอัลตราโซนิก
อัลตราโซนิก cuphorn เป็นเครื่องมือที่เหมาะสมในการ sonication ได้ถึง 5 ภาชนะเครื่องปฏิกรณ์ในขณะที่ VialTweeter สามารถบรรจุหลอดปฏิกิริยาได้ถึงสิบหลอดบวกกับภาชนะขนาดใหญ่อีกห้าลําผ่านอุปกรณ์เสริมที่หนีบ
สำหรับประเภทเครื่องปฏิกรณ์อื่น ๆ เช่น เครื่องปฏิกรณ์เฟสแข็ง Merrifield หรือ Kamysz และภาชนะหรือเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำจากโพลีโพรพิลีนหรือโบโรซิลิเกต Hielscher มีเครื่องสร้างคลื่นเสียงสำหรับการสร้างคลื่นเสียงแบบทางอ้อมและทางตรง พร้อมระบบติดตั้งแบบ clamp-on หรือ flange ที่ปรับแต่งตามความต้องการ
แน่นอนว่า เครื่องปฏิกรณ์แก้วแบบกวนที่มีขนาดใหญ่กว่า เช่น สำหรับการสังเคราะห์ในเฟสสารละลาย สามารถติดตั้งหัวอัลตราโซนิก (หรือที่เรียกว่า sonotrodes หรือ ultrasonic horns) ขนาดใดก็ได้ได้อย่างง่ายดาย
- เครื่องอัลตราโซนิกประเภทต่างๆ
- การ sonication โดยตรงและโดยอ้อม
- การควบคุมความเข้มที่แม่นยํา
- การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยํา
- อัลตราซาวนด์ต่อเนื่องหรือพัลซิ่ง
- คุณสมบัติอัจฉริยะอุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้
- ใช้ได้กับทุกโวลุ่ม
- ความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้น
สำหรับกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสแข็งบนแผ่นไมโครไทเทอร์แบบหลายหลุม UIP400MTP เป็นอุปกรณ์ที่เหมาะสมที่สุด ปรากฏการณ์คาวิเทชันด้วยคลื่นอัลตราโซนิกถูกส่งผ่านอย่างสม่ำเสมอไปยังหลุมตัวอย่างจำนวนมาก เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลและปฏิกิริยาการสังเคราะห์ ดูวิดีโอด้านล่างเพื่อชม เครื่องโซนิเคเตอร์แบบไมโครเพลท UIP400MTP กำลังทำงาน!
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
ข้อมูลที่ควรรู้เกี่ยวกับการสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
เปปไทด์คืออะไร?
เปปไทด์เป็นสารประกอบที่กรดอะมิโนหลายตัวเชื่อมโยงกันผ่านพันธะเอไมด์ หรือที่เรียกว่าพันธะเปปไทด์ เมื่อถูกผูกมัดในโครงสร้างที่ซับซ้อน – โดยทั่วไปประกอบด้วยกรดอะมิโน 50 ชนิดขึ้นไป - โครงสร้างเปปไทด์ขนาดใหญ่เหล่านี้เรียกว่าโปรตีน เปปไทด์เป็นส่วนประกอบสําคัญของชีวิตและทําหน้าที่มากมายในร่างกาย
กระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ทำงานอย่างไร?
ในเคมีอินทรีย์ ชีววิทยาโมเลกุล และวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต การสังเคราะห์เปปไทด์เป็นกระบวนการผลิตเปปไทด์ เปปไทด์ถูกสังเคราะห์ทางเคมีผ่านปฏิกิริยาการควบแน่นของหมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนหนึ่งกับหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนอีกชนิดหนึ่ง กลยุทธ์การป้องกันกลุ่ม (รวมถึงกลุ่มป้องกัน) มักใช้เพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์กับสายโซ่ด้านข้างของกรดอะมิโนต่างๆ
การสังเคราะห์เปปไทด์ทางเคมี (ในหลอดทดลอง) ส่วนใหญ่มักเริ่มต้นด้วยการควบคู่หมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนที่เข้ามา (C-terminus) กับปลาย N ของห่วงโซ่เปปไทด์ที่กําลังเติบโต ตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์ C-to-N นี้การสังเคราะห์โปรตีนตามธรรมชาติของเปปไทด์ยาวในสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งหมายความว่าในการสังเคราะห์ทางชีวภาพ N-terminus ของกรดอะมิโนที่เข้ามาจะเชื่อมโยงกับ C-terminus ของสายโปรตีน (N-to-C)
โปรโตคอลการวิจัยและพัฒนาส่วนใหญ่สําหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ใช้วิธีการเฟสแข็งในขณะที่วิธีการสังเคราะห์เฟสสารละลายสามารถพบได้ในการผลิตเปปไทด์ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
สถานะล่าสุดของเทคโนโลยีการสังเคราะห์เปปไทด์คืออะไร?
SUS-SPPS (SPPS ที่ใช้เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์อย่างยั่งยืน) ได้พิสูจน์แล้วว่าสามารถลดขั้นตอนของกระบวนการลงเหลือเพียงสองขั้นตอนต่อรอบ (การเชื่อมต่อ/การปิดปลาย/การถอดกลุ่มป้องกันแบบรวม + การล้างครั้งเดียว) ซึ่งช่วยลดการใช้ตัวทำละลายและเวลาได้อย่างมีนัยสำคัญ (ดู Mottola et al., 2025)
TAPS ที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย เป็นวิธีการผสมผสานแบบใหม่ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์แบบครบวงจร (เช่น ลิโปแบคติน) และกำลังถูกบริษัท CDMO ศึกษาเพื่อใช้ในการผลิตสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (API)
มาค้นพบข้อดีของการสังเคราะห์เปปไทด์แบบ TAGGING ที่ใช้เทคโนโลยีอัลตราโซนิกช่วย!
การประมวลผลอย่างต่อเนื่อง กำลังถูกศึกษาเพื่อปรับปรุงให้ดีขึ้นอีก – ได้มีรายงานเกี่ยวกับแพลตฟอร์มการสังเคราะห์แบบต่อเนื่องในหม้อเดียวที่ได้รับการสนับสนุนจากแท็กซิลิเลตแล้ว
สาขานี้กำลังก้าวสู่หลักการของเคมีสีเขียว โดยทั้งเทคโนโลยีอัลตราซาวนด์และ TAPS ต่างมีส่วนช่วยลดการใช้ตัวทำละลาย ลดปริมาณสารทดลอง และเพิ่มความยั่งยืน
วรรณกรรม / อ้างอิง
- Merlino, F., Tomassi, S., Yousif, A. M., Messere, A., Marinelli, L., Grieco, P., Novellino, E., Cosconati, S., Di Maro, S. (2019): Boosting Fmoc Solid-Phase Peptide Synthesis by Ultrasonication. Organic Letters, 21(16), 2019. 6378–6382.
- Andrew M. Bray; Liana M. Lagniton; Robert M. Valerio; N.Joe Maeji (1994): Sonication-assisted cleavage of hydrophobic peptides. Application in multipin peptide synthesis. Tetrahedron Letters 35(48), 1994. 9079–9082.
- Silva, R., Franco Machado, J., Gonçalves, K., Lucas, F. M., Batista, S., Melo, R., Morais, T. S., & Correia, J. (2021): Ultrasonication Improves Solid Phase Synthesis of Peptides Specific for Fibroblast Growth Factor Receptor and for the Protein-Protein Interface RANK-TRAF6. Molecules (Basel, Switzerland), 26(23), 7349.
- Conejos-Sanchez, Inmaculada; Duro Castaño, Aroa; Vicent, María (2014): Peptide-Based Polymer Therapeutics. Polymers. 6. 515-551.
- Raheem, Shvan J; Schmidt, Benjamin W; Solomon, Viswas Raja; Salih, Akam K; Price, Eric W (2020): Ultrasonic-Assisted Solid-Phase Peptide Synthesis of DOTA-TATE and DOTA-linker-TATE Derivatives as a Simple and Low-Cost Method for the Facile Synthesis of Chelator-Peptide Conjugates. ACS Bioconjugate Chemistry, 2020.
- Salvatore Mottola, Alessandra Del Bene, Vincenzo Mazzarella, Roberto Cutolo, Ida Boccino, Francesco Merlino, Sandro Cosconati, Salvatore Di Maro, Anna Messere (2015): Sustainable Ultrasound-Assisted Solid-Phase peptide synthesis (SUS-SPPS): Less Waste, more efficiency. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 114, 2025.
- M.V. Anuradha, B. Ravindranath (1995): Ultrasound in peptide synthesis. 4: Rapid cleavage of polymer-bound protected peptides by alkali and alkanolamines. Tetrahedron Volume 51, Issue 19, 1995. 5675-5680.
- Wołczański, G., Płóciennik, H., Lisowski, M., Stefanowicz, P. (2019): The faster peptide synthesis on the solid phase using ultrasonic agitation. Tetrahedron Letters, 2019.
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม



