การสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกโดยใช้เทคนิค TAGGING
การสังเคราะห์เปปไทด์เป็นพื้นฐานสำคัญของการวิจัยและพัฒนาด้านเภสัชกรรม แต่วิธีการแบบดั้งเดิม – การสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสแข็ง (SPPS) และการเชื่อมต่อในเฟสละลายแบบดั้งเดิม – ยังคงเป็นกระบวนการที่ใช้แรงงานมาก เสียเปลืองสารเคมี และยากที่จะขยายขนาดการผลิต ทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ปรากฏขึ้นจากการผสมผสานกลยุทธ์สองแนวทางที่เสริมกัน ได้แก่ เทคนิค TAGGING (กลุ่มยึดชั่วคราว) สำหรับการประกอบเปปไทด์ในเฟสสารละลาย และการประมวลผลด้วยคลื่นเสียง (โซโนเคมิคัล) เพื่อเร่งขั้นตอนการจับคู่ การถอดกลุ่มป้องกัน และการเตรียมสารขั้นสุดท้าย เมื่อใช้ร่วมกัน เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้สามารถผลิตเปปไทด์เพื่อการรักษาได้ในปริมาณตั้งแต่ระดับกรัมไปจนถึงระดับอุตสาหกรรม – เช่น ลิโปแบคติน ซึ่งเป็นลิโปเปปไทด์ที่มีฤทธิ์เป็นยาปฏิชีวนะและยาต้านมะเร็ง – ด้วยความบริสุทธิ์สูง ลดภาระในการทำให้บริสุทธิ์ และลดขั้นตอนการทำงานด้วยมือลงอย่างมาก
การสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมีข้อดีอะไรบ้าง?
- เศรษฐกิจในเฟสสารละลาย: ปฏิกิริยาที่ดำเนินการในสารละลายมีการใช้กรดอะมิโนน้อยกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสแข็ง
- การทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการกรอง: เปปไทด์ที่จับกับ TAG จะตกตะกอนในตัวทำละลายแบบขั้ว ดังนั้นจึงสามารถแยกสารตัวกลางได้ด้วยการกรองอย่างง่าย – ไม่จำเป็นต้องใช้การโครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์หรือการวิเคราะห์คุณสมบัติในแต่ละขั้นตอน
- ประหยัดแรงงานได้อย่างมาก: การกำจัดขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ขั้นกลางและการตรวจสอบสเปกตรัม ช่วยประหยัดเวลาการทำงานของบุคลากรได้อย่างมากตลอดทั้งโครงการสังเคราะห์ทั้งหมด
- การเร่งปฏิกิริยาด้วยคลื่นเสียง: การใช้คลื่นเสียงช่วยลดระยะเวลาของทุกขั้นตอนสำคัญ – การถอดกลุ่มป้องกัน Fmoc, การเชื่อมต่อสายข้าง, การสร้างวง และ การถอดกลุ่มป้องกันแบบรวม – โดยไม่ทำให้ความเลือกสรรลดลง
- ผลผลิตสูง ความบริสุทธิ์สูง: กระบวนการจับคู่แต่ละส่วนและการประกอบลิโปแบคตินขั้นสุดท้ายเกิดขึ้นด้วยอัตราผลผลิตสูง; การถอดกลุ่มป้องกันแบบรวมให้ผลผลิตเป้าหมายประมาณ 83%
- ความพร้อมในระดับใหญ่: เทคนิค TAGGING ได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนว่าสามารถใช้ในการผลิตเปปไทด์ในปริมาณมากด้วยความบริสุทธิ์สูงสุด ทำให้เป็นวิธีการที่ปฏิบัติได้จริงสำหรับการผลิตลิโปเปปไทด์ที่มีความสำคัญทางการรักษาในปริมาณระดับกรัมและกิโลกรัม
- ความเข้ากันได้ของเมธอดอย่างสมบูรณ์: วิธีการนี้เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับ SPPS แบบดั้งเดิมและเคมีในเฟสสารละลาย ดังนั้นกลยุทธ์กลุ่มป้องกันที่มีอยู่ (Fmoc, Alloc, Pbf, tBu) และสารจับคู่ (T3P, HATU, COMU, DIC/DMAP) จึงสามารถนำมาใช้ต่อได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง
โปรดเล่าให้เราฟังเกี่ยวกับความท้าทายในกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ของคุณ ผู้เชี่ยวชาญด้านโซนิเคชันของเราจะแนะนำการตั้งค่าเครื่องโซนิเคเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเป้าหมายการผลิตเปปไทด์ของคุณ!
เครื่องสะท้อนเสียงอุตสาหกรรม UIP2000hdT พร้อมด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์สำหรับอุตสาหกรรมยา เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการสังเคราะห์เปปไทด์
เทคนิค TAGGING คืออะไร?
ในวิธีการ TAG ส่วนหนึ่งของเปปไทด์จะถูกยึดติดแบบโควาเลนต์กับกลุ่มยึด (TAG) ที่คล้ายเรซินและสามารถถอดออกได้ ซึ่งยังคงอยู่ในสารละลาย สิ่งนี้ทำให้สามารถจัดการกับสายเปปไทด์ที่กำลังเติบโตได้เหมือนเปปไทด์ในเฟสของแข็ง แต่ในเฟสของเหลว:
- หลังจากกระบวนการจับคู่หรือการถอดกลุ่มป้องกันแต่ละครั้ง เปปไทด์ที่จับกับ TAG จะถูกแยกออกมาเป็นสารแข็งได้ด้วยการกรองอย่างง่ายหรือการตกตะกอนในตัวทำละลายขั้ว/ตัวทำละลายต้าน ในขณะที่สิ่งเจือปนและผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่ละลายได้จะถูกชะล้างออกไป
- เนื่องจากเปปไทด์ยังคงติดอยู่กับลิงเกอร์ จึงทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้โครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์และไม่จำเป็นต้องวิเคราะห์คุณสมบัติอย่างละเอียดของทุกสารตัวกลาง ซึ่งช่วยประหยัดเวลาและแรงงานได้อย่างมาก
- ปฏิกิริยาสามารถดำเนินการในเฟสสารละลาย โดยใช้กรดอะมิโนน้อยกว่า SPPS อย่างมาก และผลิตภัณฑ์สุดท้ายจะถูกปล่อยออกมาโดยการตัดกลุ่ม TAG ใกล้จุดสิ้นสุดของกระบวนการสังเคราะห์
สำหรับลิโปแบคติน การสังเคราะห์ย้อนกลับได้ใช้สามส่วน – Fmoc-Ala-Arg-TAG, Alloc-Thr(Ile-Fmoc)-OH และส่วนลิปิด C₁₁H₂₃CONH-Ile-Ser(OᵗBu)-OH – ร่วมกับกลยุทธ์การควบแน่นของชิ้นส่วน เพื่อผลิตเปปไทด์ยาวด้วยอัตราผลผลิตที่สูงมาก (ดู Ramya et al., 2025)
การสังเคราะห์แบบครบวงจรของเปปไทด์ลิโปแบคตินโดยใช้เทคนิค TAG ได้รับการเร่งความเร็วด้วยการใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิก
(การวิจัย: Ramya และคณะ, 2025)
วิธีที่การสั่นด้วยคลื่นเสียงช่วยปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสสารละลาย
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดระยะเวลาของขั้นตอนสำคัญในขั้นตอนการสังเคราะห์ในเฟสสารละลาย ในการสังเคราะห์ลิโปแบคตินตามที่ Ramya et al. (2025) ได้อธิบายไว้ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกถูกนำมาใช้เพื่อ:
เนื่องจากกระบวนการเคมี TAG ให้ผลเป็นสารกลางในรูปของสารแข็งที่สามารถกรองได้อยู่แล้ว การใช้คลื่นอัลตราโซนิกและกระบวนการ TAGGING จึงเสริมกันได้อย่างดี: คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเร่งการถ่ายโอนมวล การผสม และอัตราการเกิดปฏิกิริยา ในขณะที่ตัวยึด (anchor) ช่วยรักษาเปปไทด์ให้อยู่ในรูปของสารแข็งที่สามารถกู้คืนได้ ทำให้กระบวนการทำงานมีความสะอาดและใช้โครมาโทกราฟีน้อยลง
Sonicator UP200St: เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้การกวนด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเพื่อเร่งกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์
การขยายขนาดการผลิตเปปไทด์ความบริสุทธิ์สูงได้อย่างง่ายดายด้วยการใช้คลื่นเสียง
ความท้าทายที่มักเกิดขึ้นในการนำกระบวนการผลิตเปปไทด์และยาเปปไทด์จากห้องทดลองสู่การผลิตจริง คือการรักษาผลทางโซโนเคมีไว้ได้เมื่อใช้ปริมาณที่มากขึ้นและในระบบไหลต่อเนื่อง Hielscher แก้ไขปัญหานี้ด้วยชุดเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกแบบต่อเนื่อง ตั้งแต่ระดับห้องทดลองจนถึงระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ ซึ่งให้กำลังที่ได้รับการตรวจสอบแล้วและสามารถทำซ้ำได้ พร้อมทั้งการควบคุมกระบวนการที่มีเอกสารบันทึกอย่างครบถ้วน
เครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรม UIP4000hdT (4000W, 20kHz) สำหรับการสังเคราะห์เปปไทด์ที่ได้รับการเสริมประสิทธิภาพด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
คำถามที่มักถูกถามเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ TAG ด้วยเทคโนโลยีโซนิเคชัน
การสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสของเหลว (LPPS) คืออะไร?
การสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสของเหลว (LPPS) เป็นวิธีการสร้างเปปไทด์แบบทีละขั้นตอนในสารละลาย โดยใช้เครื่องมือทางเคมีอินทรีย์แบบดั้งเดิม เป็นหนึ่งในสี่วิธีการหลักสำหรับการสร้างเปปไทด์ และเป็นที่รู้จักว่ามีความคุ้มค่า สามารถปรับขนาดได้ และเป็นวิธีการสังเคราะห์เปปไทด์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเปปไทด์ที่มีความยาวสั้น แม้ว่าจะอาจพบความยากลำบากในการสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีความยาวมากขึ้น เนื่องจากความท้าทายในการรักษาความสม่ำเสมอของปฏิกิริยา ความละลาย และการกำจัดผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่ไม่ต้องการ
อัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสของเหลวได้อย่างไร?
คลื่นอัลตราโซนิก (การสั่นด้วยคลื่นอัลตราโซนิก) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ LPPS โดยเร่งความเร็วของทั้งขั้นตอนการจับคู่และขั้นตอนการถอดกลุ่มป้องกัน คลื่นอัลตราโซนิกช่วยปรับปรุงการถ่ายโอนมวลและพลวัตปฏิกิริยา ซึ่งนำไปสู่:
- เวลาตอบสนองที่สั้นลง: สามารถลดระยะเวลาของวงจรการเชื่อมต่อและวงจรการถอดการป้องกันลงได้อย่างมีนัยสำคัญ
- ผลผลิตที่สูงขึ้น: การแปลงที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นในทุกขั้นตอน
- ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์น้ำมันดิบที่ดีขึ้น: มีผลิตภัณฑ์ข้างเคียงจากการจับคู่ที่ไม่สมบูรณ์น้อยลง
- ลดการใช้สารเคมี: เนื่องจากปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น จึงต้องการสารปฏิกิริยาคู่และกรดอะมิโนในปริมาณที่น้อยลง
การสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยระบบ TAG (TAPS) คืออะไร?
การสังเคราะห์เปปไทด์ด้วยแท็ก (Tag-Assisted Peptide Synthesis: TAPS) เป็นกรณีพิเศษของการสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสของเหลว ซึ่งเปปไทด์ถูกสร้างขึ้นทีละขั้นตอนในสารละลาย โดยใช้แท็กอินทรีย์ที่ละลายได้แทนที่ตัวรองรับแบบแข็ง แท็กเหล่านี้ ซึ่งคล้ายกับตัวรองรับแบบแข็งใน SPPS ช่วยทำให้การแยกสารหลังแต่ละขั้นตอนการสังเคราะห์ง่ายขึ้น โดยสามารถแยกได้ผ่านกระบวนการตกตะกอน การกรอง หรือการสกัด แท็กต้องละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ ในขณะที่ยังคงแยกตัวออกจากสารอื่น ๆ ได้อย่างชัดเจน
อัลตราซาวนด์ช่วยปรับปรุงกระบวนการ TAGGING อย่างไร?
เมื่อนำการใช้อัลตราโซนิกมาใช้ร่วมกับกระบวนการสังเคราะห์ที่ได้รับการสนับสนุนจาก TAG ประโยชน์ที่ได้รับ ได้แก่:
- วงจรการเชื่อมต่อและการปลดการป้องกันที่เร็วขึ้น – การใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเร่งปฏิกิริยาในเฟสสารละลาย ทำให้ลดเวลาในแต่ละขั้นตอน
- การปรับปรุงความละลายและการถ่ายโอนมวล – ปรากฏการณ์คาวิเทชันด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยรักษาความสม่ำเสมอของเปปไทด์ที่ถูกติดป้ายในสารละลาย ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากความละลายได้เป็นข้อได้เปรียบหลักของ TAPS เมื่อเทียบกับ SPPS
- ลดปริมาณสารทดลอง – ความมีประสิทธิภาพในการทำปฏิกิริยาที่สูงขึ้น หมายความว่าจำเป็นต้องใช้อะมิโนแอซิดและสารทำปฏิกิริยาในการสร้างพันธะในปริมาณที่น้อยลง
- ปฏิกิริยาที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น – ลดปริมาณผลิตภัณฑ์ข้างเคียงจากการจับคู่ที่ไม่สมบูรณ์ ซึ่งส่งผลให้ความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบสูงขึ้น และทำให้กระบวนการแยกบริสุทธิ์ในขั้นตอนต่อไปง่ายขึ้น
ตัวอย่างที่โดดเด่นคือกระบวนการสังเคราะห์ลิโปแบคตินแบบครบวงจรที่ได้รับการสนับสนุนจากเทคนิค TAG และใช้การสั่นด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นตัวกลาง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเทคนิค TAGGING สามารถทำงานร่วมกับวิธีการในเฟสสารละลายได้อย่างสมบูรณ์ และว่าการสั่นด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มผลผลิตให้สูงในทุกขั้นตอน (ดู Ramya et al., 2025)
ความยาวของเปปไทด์ใดที่สามารถทำได้ด้วยวิธี TAPS ที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วย?
เปปไทด์ขนาดสั้นถึงกลาง (~5–20 กรดอะมิโน) เป็นช่วงที่เหมาะสมที่สุด ซึ่ง TAPS สามารถให้ผลที่มีความบริสุทธิ์สูงและเชื่อถือได้
สามารถสร้างเปปไทด์ที่ยาวขึ้นได้ผ่านกลยุทธ์การรวมชิ้นส่วน: ชิ้นส่วนที่เล็กกว่า (6–10-เมอร์) จะถูกสังเคราะห์บนแท็ก จากนั้นจึงนำมารวมกันเพื่อสร้างเปปไทด์เป้าหมายที่มีความยาวเต็มรูปแบบ
สำหรับเป้าหมายที่ยาวมากหรือซับซ้อน สามารถใช้วิธีการผสมผสานระหว่าง SPPS และ TAPS ได้
มาค้นพบกันว่า การใช้คลื่นเสียงช่วยปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์แบบเฟสแข็ง (SPPS) อย่างไร!
การสังเคราะห์เปปไทด์ในเฟสของเหลวด้วยเทคโนโลยีอัลตราโซนิกสามารถขยายขนาดเพื่อผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้หรือไม่?
ใช่ครับ เครื่องโซนิเคเตอร์แบบอุตสาหกรรม – เช่น รุ่น UIP2000hdT หรือ UIP4000hdT ของ Hielscher – สามารถติดตั้งเข้ากับเครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์และเซลล์ไหลได้ ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตเปปไทด์ในปริมาณใหญ่ได้ การปรับปรุงเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอยู่ให้รองรับระบบนี้ ช่วยปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์เปปไทด์ที่มีอยู่ให้ดีขึ้น
ข้อดีหลักของ LPPS แบบอัลตราโซนิกเมื่อเทียบกับ LPPS แบบดั้งเดิมคืออะไร?
- ความเร็ว: เวลาตอบสนองถูกลดลงอย่างน่าทึ่งในทุกขั้นตอนการเชื่อมต่อและการถอดกลุ่มป้องกัน
- ประสิทธิภาพ: ผลผลิตต่อขั้นตอนที่สูงขึ้นจะนำไปสู่ผลผลิตรวมที่สูงขึ้นสำหรับเปปไทด์ที่มีหลายส่วนเหลือ
- ความยั่งยืน: ใช้ปริมาณสารตั้งต้นที่น้อยลง และอาจใช้ตัวทำละลายน้อยลงด้วย เนื่องจากปฏิกิริยาเกิดขึ้นเร็วขึ้น
- ความสะดวกในการใช้งาน: ต้องการเพียงอ่างอัลตราโซนิกแบบมาตรฐานเท่านั้น ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษใดๆ
- ความเข้ากันได้: สามารถใช้ร่วมกับสารประกอบคัปปลิงมาตรฐาน (DIC, HATU, TBTU, Oxyma, เป็นต้น) และกลยุทธ์กลุ่มป้องกัน (Boc, Fmoc) ได้
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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.
อัลตราโซนิก CupHorn สำหรับการอัลตราโซนิกอย่างเข้มข้นในหลอดและขวดปิด เพื่อการอัลตราโซนิกเปปไทด์แบบปลอดเชื้อ
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม