การสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็ง – มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิก
การสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็ง (SPPS) เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการสังเคราะห์เปปไทด์ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้ในการเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็ง ส่งผลให้ได้ผลผลิตสูงขึ้น ความบริสุทธิ์ดีขึ้น ไม่เกิดราซีไมเซชัน และอัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ Hielscher Ultrasonics นำเสนอโซลูชันอัลตราโซนิกหลากหลายรูปแบบสำหรับการสังเคราะห์ การตัดแยก และการละลายเปปไทด์
การสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็งด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
ปัจจุบันมีการใช้คลื่นอัลตราโซนิกอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์สารอินทรีย์ และเป็นที่รู้จักดีถึงข้อดีต่าง ๆ เช่น การลดเวลาปฏิกิริยาลงอย่างมาก ผลผลิตที่สูงขึ้น ผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่น้อยลง การเริ่มวิถีปฏิกิริยาที่ไม่สามารถทำให้เกิดขึ้นได้ด้วยวิธีอื่น และ/หรือความเลือกจำเพาะที่ดีขึ้น การส่งคลื่นอัลตราโซนิกเข้าสู่ปฏิกิริยาสังเคราะห์เปปไทด์ก็ให้ประโยชน์อย่างมากเช่นกัน ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์เปปไทด์โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้ได้ผลผลิตเปปไทด์ที่เหมาะสมที่สุดและมีความบริสุทธิ์สูง โดยไม่เกิดราซีไมเซชันภายในเวลาปฏิกิริยาสั้น
- ผลผลิตเปปไทด์สูง
- สังเคราะห์ได้เร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ
- เปปไทด์มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น
- ไม่เกิดราซีไมเซชัน
- สังเคราะห์เปปไทด์หลายชนิดแบบขนาน
- ขยายขนาดได้สำหรับทุกปริมาตร
| งานวิจัย | เปปไทด์ที่ศึกษา | เวลาปฏิกิริยา (วิธีดั้งเดิมเทียบกับ US-SPPS) | ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ดิบ (วิธีดั้งเดิมเทียบกับ US-SPPS) | ราซีไมเซชันและปฏิกิริยาข้างเคียง | ข้อค้นพบสำคัญ |
|---|---|---|---|---|---|
| Wołczański et al. (2019) | Met-enkephalin, UB33-43-OCam, TAT48-60-NH2, B2m58-69-NH2, ACP65-74-NH2, β-endorphin | 600–1920 min → 48–284 min | 24.2–71.3% → 60.6–89.9% | ไม่พบใน Cys/His แม้ที่ 70°C | สังเคราะห์เร็วขึ้น ~7–12 เท่า; ความบริสุทธิ์ดีขึ้นอย่างมาก โดยเฉพาะลำดับที่มีแนวโน้มรวมตัวกัน เช่น TAT |
| Silva et al. (2021) | Pep1 (12 หน่วย), Pep2 (9 หน่วย), Pep3 (25 หน่วย) | >3515/365 min → ~250/85 min (Pep1/Pep2); Pep3: 347 min (ใช้ US เท่านั้น) | 73–84% → 72–82% (Pep1/Pep2) | ไม่ได้ทดสอบ; มีข้อสังเกตว่าความบริสุทธิ์ของ Pep2 ลดลงเล็กน้อย | ลดเวลาลง 14 เท่าสำหรับ Pep1; ผลผลิตดิบเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ |
| Merlino et al. (2019) | เพนตะเปปไทด์แบบจำลอง เปปไทด์ที่มีความยาวสูงสุด 44 หน่วย และ “ลำดับที่สังเคราะห์ได้ยาก” (Aβ 1-42, ACP 65-74) | 60 min → 30 min (แบบจำลอง) | 84% → 93% (แบบจำลอง); สูงกว่าการให้ความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ (~45°C) | ไม่พบการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของอิแนนทิโอเมอร์ของ Cys/His | มีประสิทธิภาพสูงสำหรับลำดับที่สังเคราะห์ได้ยาก/มีแนวโน้มรวมตัวกัน; ช่วยลดปริมาณรีเอเจนต์ส่วนเกินขณะที่ยังคงรักษาความบริสุทธิ์สูงไว้ |
การปรับปรุงการสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็งด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
การสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็ง (SPPS) เป็นปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้สามารถประกอบสายเปปไทด์ผ่านปฏิกิริยาต่อเนื่องของอนุพันธ์กรดอะมิโนบนตัวรองรับที่มีรูพรุนและไม่ละลาย อย่างไรก็ตาม การสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็งแบบดั้งเดิมเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพและช้า ดังนั้น การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์เปปไทด์จึงเป็นเครื่องมือที่ได้รับการยอมรับอย่างสูงสำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีประสิทธิผลและรวดเร็วยิ่งขึ้น
Silva et al. (2021) เปรียบเทียบการสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็ง (SPPS) โดยใช้ fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) แบบ “ดั้งเดิม” กับ SPPS ที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิก (US) ช่วย โดยอาศัยการเตรียมเปปไทด์สามชนิด ได้แก่ Pep1 (VSPPLTLGQLLS-NH2) ซึ่งเป็นเปปไทด์จำเพาะต่อตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ 3 (FGFR3) และเปปไทด์ชนิดใหม่ Pep2 (RQMATADEA-NH2) และ Pep3 (AAVALLPAVLLALLAPRQMATADEA-NH2)
SPPS ที่ใช้ US ช่วยลดเวลาในการประกอบเปปไทด์ลง 14 เท่า (Pep1) และ 4 เท่า (Pep2) เมื่อเทียบกับวิธี “ดั้งเดิม” ที่น่าสนใจคือ SPPS ที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้ได้ Pep1 ที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า (82%) SPPS แบบ “ดั้งเดิม” (73%) การลดเวลาลงอย่างมีนัยสำคัญร่วมกับความบริสุทธิ์สูงของเปปไทด์ดิบที่ได้ ทำให้ทีมวิจัยนำ SPPS ที่ใช้ US ช่วยไปใช้กับเปปไทด์ขนาดใหญ่ Pep3 ซึ่งมีกรดอะมิโนไม่ชอบน้ำจำนวนมากและลำดับโฮโมโอลิโกเมอร์ เป็นที่น่าสังเกตว่าการสังเคราะห์เปปไทด์ความยาว 25 หน่วยนี้สำเร็จได้ภายในเวลาน้อยกว่า 6 ชั่วโมง (347 min) โดยมีความบริสุทธิ์ปานกลาง (ประมาณ 49%)
การสังเคราะห์เปปไทด์ที่เร็วขึ้นด้วยการสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็งโดยใช้การกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
(การศึกษาและการวิเคราะห์: Wołczański et al., 2019)
Merlino et al. (2019) ยังได้ศึกษาผลของคลื่นอัลตราโซนิกต่อการสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็งโดยใช้ Fmoc อย่างครอบคลุม ซึ่งทำให้สามารถสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพหลายชนิด (ความยาวสูงสุด 44 หน่วย) โดยประหยัดวัสดุและเวลาปฏิกิริยาได้อย่างมาก พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการใช้คลื่นอัลตราโซนิกไม่ได้ทำให้ปฏิกิริยาข้างเคียงหลักรุนแรงขึ้น และช่วยปรับปรุงการสังเคราะห์เปปไทด์ที่มี “ลำดับที่สังเคราะห์ได้ยาก” ส่งผลให้การสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็งที่ส่งเสริมด้วยคลื่นอัลตราโซนิก (US-SPPS) เป็นหนึ่งในกลยุทธ์การสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีประสิทธิภาพสูงในปัจจุบัน
การมีระบบสมรรถนะสูงสำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยให้อัตราการสังเคราะห์ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและเพิ่มความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ดิบ (ดู Wołczański et al., 2019 ประกอบ)
การศึกษาราซีไมเซชัน การเปรียบเทียบสเปกตรัม 1H NMR ที่สำคัญของเปปไทด์แบบจำลองที่สังเคราะห์ด้วยมือโดยใช้วิธีดั้งเดิมที่อุณหภูมิห้องกับวิธีอัลตราโซนิกที่อุณหภูมิสูงขึ้น ค่าเคมิคัลชิฟต์ของ α-โปรตอนของ His และ Cys และหมู่เมทิลีนของ Acm (แผงด้านซ้าย) รวมถึง ɣ-เมทิลโปรตอนของ Val (แผงด้านขวา) แสดงให้เห็นว่าการใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่ 70°C ไม่ทำให้เกิดราซีไมเซชัน
(การศึกษาและการวิเคราะห์: Wołczański et al., 2019)
การตัดแยกเปปไทด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
หลังการสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็ง (SPPS) ต้องตัดแยกเปปไทด์ที่สังเคราะห์ได้ออกจากเรซินพอลิเมอร์ ขั้นตอนนี้เรียกอีกอย่างว่าการถอดหมู่ป้องกัน เมื่อเปรียบเทียบการเขย่าแบบทั่วไปกับการใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อตัดแยกเปปไทด์ออกจากเรซิน วิธีเขย่าต้องใช้เวลาประมาณ 1 ชั่วโมง ขณะที่การตัดแยกด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถทำได้ภายใน 15 ถึง 20 min การตัดแยกเปปไทด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถใช้ตัดแยกกรดอะมิโนและเปปไทด์ที่มีหมู่ป้องกัน ซึ่งเชื่อมกับเรซินพอลิสไตรีนผ่านพันธะเบนซิลิกเอสเทอร์
เครื่องปฏิกรณ์ที่กวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเพื่อปรับปรุงและเร่งการสังเคราะห์เปปไทด์ ภาพนี้แสดง เครื่องอัลตราโซนิก UP200St ในเครื่องปฏิกรณ์แก้วแบบกวน
เครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์
Hielscher Ultrasonics นำเสนอโซลูชันอัลตราโซนิกหลากหลายรูปแบบสำหรับการให้คลื่นอัลตราโซนิกโดยตรงและโดยอ้อม เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกที่ทรงพลังและควบคุมได้อย่างแม่นยำส่งพลังงานอัลตราโซนิกในปริมาณที่เหมาะสมพอดีเข้าสู่ภาชนะปฏิกิริยา ไม่ว่าคุณจะใช้กระบอกฉีดยา หลอด แผ่นหลุมหลายหลุม หรือเครื่องปฏิกรณ์แก้วเป็นภาชนะสังเคราะห์ Hielscher Ultrasonics มีเครื่องอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับงานเปปไทด์ของคุณ
- เปปไทด์ที่ออกแบบตามความต้องการ
- การผลิตเปปไทด์ในปริมาณมาก
- คลังเปปไทด์
การสังเคราะห์เปปไทด์จำนวนมากดำเนินการในกระบอกฉีดยา (เช่น เครื่องปฏิกรณ์แบบกระบอกฉีดยาที่มีแผ่นกรองพรุน) เครื่องกวนกระบอกฉีดยาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกของ Hielscher ให้คลื่นอัลตราโซนิกแก่สารละลายเปปไทด์ โดยส่งคลื่นอัลตราโซนิกผ่านผนังกระบอกฉีดยาเข้าสู่ของเหลว เครื่องกวนกระบอกฉีดยาด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นหนึ่งในโซลูชันอัลตราโซนิกที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย
หัวอัลตราโซนิก cuphorn เป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับการให้คลื่นอัลตราโซนิกแก่ภาชนะปฏิกิริยาได้สูงสุด 5 ใบ ขณะที่ VialTweeter รองรับหลอดปฏิกิริยาได้สูงสุดสิบหลอด และภาชนะขนาดใหญ่กว่าเพิ่มอีกห้าใบผ่านอุปกรณ์เสริมแบบยึดหนีบ
สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ประเภทอื่น เช่น เครื่องปฏิกรณ์เฟสของแข็งแบบ Merrifield หรือ Kamysz รวมถึงภาชนะและเครื่องปฏิกรณ์อื่นที่ทำจากพอลิโพรพิลีนหรือแก้วบอโรซิลิเกต Hielscher มีเครื่องให้คลื่นอัลตราโซนิกทั้งแบบโดยอ้อมและโดยตรง พร้อมตัวยึดแบบหนีบหรือหน้าแปลนที่ออกแบบตามความต้องการ
แน่นอนว่าเครื่องปฏิกรณ์แก้วแบบกวนขนาดใหญ่กว่า เช่น สำหรับการสังเคราะห์ในเฟสสารละลาย สามารถติดตั้งโพรบอัลตราโซนิกขนาดใดก็ได้ (หรือที่เรียกว่าโซโนโทรดหรือฮอร์นอัลตราโซนิก) ได้อย่างง่ายดาย
- เครื่องอัลตราโซนิกหลากหลายประเภท
- การให้คลื่นอัลตราโซนิกโดยตรงและโดยอ้อม
- การควบคุมความเข้มอย่างแม่นยำ
- การควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำ
- คลื่นอัลตราโซนิกแบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์
- คุณสมบัติอัจฉริยะ อุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้
- มีให้เลือกสำหรับทุกปริมาตร
- การขยายขนาดแบบเชิงเส้น
สำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์บนเฟสของแข็งในแผ่นหลุมหลายหลุม/แผ่นไมโครไทเทอร์ UIP400MTP เป็นอุปกรณ์ที่เหมาะอย่างยิ่ง คาวิเทชันจากคลื่นอัลตราโซนิกถูกส่งเข้าสู่หลุมตัวอย่างจำนวนมากอย่างสม่ำเสมอโดยอ้อม เพื่อการถ่ายเทมวลและปฏิกิริยาสังเคราะห์ที่เหนือกว่า ชมวิดีโอด้านล่างเพื่อดู เครื่องให้คลื่นอัลตราโซนิกสำหรับไมโครเพลต UIP400MTP ขณะทำงาน!
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้เกี่ยวกับการสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
เปปไทด์คืออะไร?
เปปไทด์เป็นสารประกอบที่กรดอะมิโนหลายตัวเชื่อมกันผ่านพันธะเอไมด์ ซึ่งเรียกว่าพันธะเปปไทด์ เมื่อเชื่อมกันเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน – โดยทั่วไปประกอบด้วยกรดอะมิโนตั้งแต่ 50 ตัวขึ้นไป – โครงสร้างเปปไทด์ขนาดใหญ่เหล่านี้เรียกว่าโปรตีน เปปไทด์เป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่จำเป็นของชีวิตและทำหน้าที่มากมายในร่างกาย
การสังเคราะห์เปปไทด์ทำงานอย่างไร?
ในเคมีอินทรีย์ ชีววิทยาระดับโมเลกุล และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ การสังเคราะห์เปปไทด์คือกระบวนการผลิตเปปไทด์ เปปไทด์ถูกสังเคราะห์ทางเคมีผ่านปฏิกิริยาควบแน่นระหว่างหมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนตัวหนึ่งกับหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่ง โดยทั่วไปจะใช้กลยุทธ์หมู่ป้องกันเพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่ต้องการกับโซ่ข้างชนิดต่าง ๆ ของกรดอะมิโน
การสังเคราะห์เปปไทด์ทางเคมี (นอกสิ่งมีชีวิต) มักเริ่มโดยเชื่อมหมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนที่เติมเข้ามา (ปลาย C) กับปลาย N ของสายเปปไทด์ที่กำลังยืดยาว ตรงข้ามกับการสังเคราะห์จาก C ไป N นี้ การสังเคราะห์โปรตีนทางชีวภาพตามธรรมชาติสำหรับเปปไทด์สายยาวในสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม กล่าวคือ ในการสังเคราะห์ทางชีวภาพ ปลาย N ของกรดอะมิโนที่เติมเข้ามาจะเชื่อมกับปลาย C ของสายโปรตีน (จาก N ไป C)
แนวทางปฏิบัติสำหรับการวิจัยและพัฒนาการสังเคราะห์เปปไทด์ส่วนใหญ่อาศัยวิธีเฟสของแข็ง ขณะที่วิธีสังเคราะห์ในเฟสสารละลายพบได้ในการผลิตเปปไทด์ระดับอุตสาหกรรมในปริมาณมาก
ปัจจุบันเทคโนโลยีการสังเคราะห์เปปไทด์ที่ก้าวหน้าที่สุดอยู่ในระดับใด?
SUS-SPPS (SPPS ที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยอย่างยั่งยืน) ได้รับการพิสูจน์ว่าสามารถลดกระบวนการเหลือเพียงสองขั้นตอนต่อรอบ (รวมการเชื่อมต่อ/การปิดปลาย/การถอดหมู่ป้องกัน + การล้างหนึ่งครั้ง) ซึ่งลดการใช้ตัวทำละลายและเวลาได้อย่างมีนัยสำคัญ (ดู Mottola et al., 2025 ประกอบ)
TAPS ที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย เป็นการผสานเทคนิคที่กำลังพัฒนาขึ้น โดยแสดงความสำเร็จในการสังเคราะห์ทั้งหมดแล้ว (เช่น lipobactin) และองค์กรรับจ้างพัฒนาและผลิต (CDMO) กำลังศึกษาเพื่อนำไปใช้ในการผลิตสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (API)
ค้นพบข้อดีของการสังเคราะห์เปปไทด์แบบ TAGGING ที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย!
การดำเนินกระบวนการแบบต่อเนื่อง กำลังได้รับการศึกษาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น – มีการอธิบายแพลตฟอร์มการสังเคราะห์แบบภาชนะเดียวอย่างต่อเนื่องโดยใช้แท็กที่ผ่านการไซลิเลชันช่วยไว้แล้ว
สาขานี้กำลังมุ่งสู่หลักการเคมีสีเขียว โดยทั้งคลื่นอัลตราโซนิกและ TAPS มีส่วนช่วยลดการใช้ตัวทำละลาย ลดปริมาณรีเอเจนต์ที่ใช้ และเพิ่มความยั่งยืน
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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 ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ขนาด ห้องปฏิบัติการ ไปจนถึงขนาด อุตสาหกรรม



