การสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยอัลตราซาวนด์โดยใช้เทคนิค TAGGING

การสังเคราะห์เปปไทด์เป็นรากฐานสำคัญของการวิจัยและพัฒนาทางเภสัชกรรม แต่วิธีดั้งเดิม – การสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสของแข็ง (SPPS) และการควบคู่ในเฟสสารละลายแบบดั้งเดิม – ยังคงใช้แรงงานมาก สิ้นเปลืองรีเอเจนต์ และขยายขนาดได้ยาก ทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเกิดขึ้นจากการผสานสองกลยุทธ์ที่ทำงานเป็นอิสระต่อกัน ได้แก่ เทคนิค TAGGING (หมู่ยึดชั่วคราว) สำหรับการประกอบเปปไทด์ในเฟสสารละลาย และกระบวนการอัลตราซาวนด์ (โซโนเคมี) เพื่อเร่งขั้นตอนการควบคู่ การกำจัดหมู่ปกป้อง และการจัดการสารหลังปฏิกิริยา เมื่อใช้ร่วมกัน ทั้งสองกลยุทธ์ช่วยให้ผลิตเปปไทด์เพื่อการรักษา – เช่น lipobactin ซึ่งเป็นลิโพเปปไทด์ที่มีฤทธิ์เป็นยาปฏิชีวนะ/ต้านมะเร็ง – ได้ตั้งแต่ระดับกรัมจนถึงการผลิตปริมาณมาก โดยมีความบริสุทธิ์สูง ลดภาระในการทำให้บริสุทธิ์ และลดการปฏิบัติงานด้วยมือลงอย่างมาก

การสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยอัลตราซาวนด์มีข้อดีอะไรบ้าง?

• ความคุ้มค่าของเฟสสารละลาย: ปฏิกิริยาดำเนินในสารละลายโดยใช้กรดอะมิโนน้อยกว่าการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสของแข็งอย่างมีนัยสำคัญ
• การทำให้บริสุทธิ์โดยอาศัยการกรอง: เปปไทด์ที่ยึดกับ TAG ตกตะกอนในตัวทำละลายมีขั้ว จึงแยกสารตัวกลางได้ด้วยการกรองอย่างง่าย – ไม่จำเป็นต้องใช้คอลัมน์โครมาโทกราฟีหรือวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะในแต่ละขั้นตอน
• ประหยัดแรงงานได้อย่างมหาศาล: การตัดขั้นตอนการทำให้สารตัวกลางบริสุทธิ์และการตรวจสอบสเปกตรัมออกช่วยประหยัดชั่วโมงแรงงานได้อย่างมากตลอดการดำเนินงานสังเคราะห์ทั้งหมด
• การเร่งด้วยโซโนเคมี: การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ลดระยะเวลาของทุกขั้นตอนสำคัญ – การกำจัดหมู่ปกป้อง Fmoc การควบคู่ที่โซ่ข้าง การปิดวง และการกำจัดหมู่ปกป้องทั้งหมด – โดยไม่ลดความเลือกจำเพาะ
• ผลได้สูง ความบริสุทธิ์สูง: การควบคู่แต่ละส่วนย่อยและการประกอบ lipobactin ขั้นสุดท้ายให้ผลได้สูง โดยการกำจัดหมู่ปกป้องทั้งหมดให้สารเป้าหมายด้วยผลได้ ~83 %
• ความพร้อมสำหรับการผลิตปริมาณมาก: มีการระบุไว้อย่างชัดเจนว่าเทคนิค TAGGING ช่วยให้เตรียมเปปไทด์ปริมาณมากที่มีความบริสุทธิ์สูงสุดได้ จึงเป็นแนวทางที่ใช้ได้จริงในการผลิตลิโพเปปไทด์ที่มีความสำคัญต่อการรักษาในปริมาณระดับกรัมและกิโลกรัม
• ความเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับวิธีการเดิม: แนวทางนี้เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับ SPPS แบบดั้งเดิมและเคมีในเฟสสารละลาย จึงใช้กลยุทธ์หมู่ปกป้องเดิม (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) และสารควบคู่เดิม (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) ต่อได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลง

เทคนิค TAGGING คืออะไร?

ในแนวทาง TAG ส่วนย่อยของเปปไทด์จะยึดด้วยพันธะโคเวเลนต์กับหมู่ยึด (TAG) ที่ถอดออกได้และมีลักษณะคล้ายเรซิน ซึ่งยังคงอยู่ในสารละลาย วิธีนี้ช่วยให้จัดการสายโซ่ที่กำลังต่อยาวขึ้นได้เหมือนเปปไทด์ในเฟสของแข็ง แต่ดำเนินการในเฟสของเหลว:

• หลังการควบคู่หรือการกำจัดหมู่ปกป้องแต่ละครั้ง เปปไทด์ที่ยึดกับ TAG จะถูกแยกกลับคืนเป็นของแข็งด้วยการกรองอย่างง่ายหรือการตกตะกอนในตัวกลางมีขั้ว/ตัวกลางที่ทำให้สารตกตะกอน ขณะที่สิ่งเจือปนและผลพลอยได้ที่ละลายได้จะถูกชะล้างออก
• เนื่องจากเปปไทด์ยังคงยึดติดกับตัวเชื่อม จึงตัดการใช้คอลัมน์โครมาโทกราฟีและการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะอย่างครบถ้วนของสารตัวกลางทุกชนิดออกได้เป็นส่วนใหญ่ ช่วยประหยัดเวลาและแรงงานได้อย่างมีนัยสำคัญ
• ปฏิกิริยาสามารถดำเนินในเฟสสารละลายโดยใช้กรดอะมิโนน้อยกว่า SPPS มาก และปลดปล่อยผลิตภัณฑ์สุดท้ายด้วยการตัดหมู่ TAG ออกในช่วงใกล้สิ้นสุดการสังเคราะห์

 
สำหรับ lipobactin การสังเคราะห์ย้อนกลับใช้ส่วนย่อยสามส่วน – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH และส่วนย่อยลิพิด C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – ซึ่งควบคู่กันด้วยกลยุทธ์การควบแน่นส่วนย่อยเพื่อให้ได้เปปไทด์สายยาวด้วยผลได้สูงมาก (ดูเทียบ Ramya et al., 2025)

การสังเคราะห์เปปไทด์ lipobactin อย่างครบถ้วนโดยอาศัย TAG ถูกเร่งด้วยการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์
(งานวิจัย: Ramya et al., 2025)

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสสารละลายอย่างไร

การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดระยะเวลาของขั้นตอนสำคัญในเฟสสารละลาย ในการสังเคราะห์ lipobactin ตามที่ Ramya et al. (2025) อธิบาย มีการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในขั้นตอนต่อไปนี้:

เนื่องจากเคมีของ TAG ให้สารตัวกลางเป็นของแข็งที่กรองได้อยู่แล้ว การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์และ TAGGING จึงเสริมกัน: อัลตราซาวนด์เร่งการถ่ายเทมวล การผสม และจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา ขณะที่หมู่ยึดรักษาเปปไทด์ให้อยู่ในรูปของแข็งที่แยกกลับคืนได้ เพื่อให้กระบวนการทำงานสะอาดและใช้โครมาโทกราฟีเพียงเล็กน้อย

การขยายขนาดการผลิตเปปไทด์ความบริสุทธิ์สูงอย่างง่ายดายด้วยการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์

ความท้าทายที่พบบ่อยในการย้ายกระบวนการผลิตเปปไทด์และยาเปปไทด์จากระดับโต๊ะปฏิบัติการไปสู่การผลิต คือการรักษาผลของโซโนเคมีเมื่อใช้ปริมาตรมากขึ้นและการไหลแบบต่อเนื่อง Hielscher รับมือกับความท้าทายนี้ด้วยเครื่องประมวลผลอัลตราซาวนด์ที่มีรุ่นครอบคลุมอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ระดับห้องปฏิบัติการจนถึงระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ ให้กำลังที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้องและทำซ้ำได้ พร้อมการควบคุมกระบวนการที่มีเอกสารบันทึก
 

เครื่องอัลตราซาวนด์อุตสาหกรรม UIP4000hdT (4000W, 20kHz) สำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ที่เพิ่มประสิทธิภาพด้วยอัลตราซาวนด์

วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง

• M. Ramya, Veeranjaneyulu Avula, S. Nandeesh, B. Kirankumar, G. Nagendra (2025): TAG assisted and ultrasonication mediated total synthesis of lipobactin. Results in Chemistry, Volume 18, 2025, 102842.
• 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.
• 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.
• 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.