用於固相多肽合成的 ChemMatrix^® 樹脂

Matthias Junkers

Product Manager

Volume 11 Article 1

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ChemMatrix^® 是 PCAS BioMatrix 專利的 100% PEG（聚乙二醇）基樹脂。它結合了兩種主要樹脂系統的優點 - 聚苯乙烯樹脂的化學穩定性和 PEG 接枝樹脂的卓越性能，使其成為固體支持合成大型或疏水性多肽甚至蛋白質的最終選擇。

在過去的幾十年中，由於聚苯乙烯樹脂在合成小型多肽方面具有良好的效果，因此一直是固體支持多肽合成的主要選擇。然而，在合成過程中，隨著氨基酸鏈的增長，肽形成次級結構的傾向也會增加。聚苯乙烯樹脂的疏水環境會擴大勝肽的聚集行為，使得合成大勝肽變得非常困難，甚至不可能。在聚苯乙烯樹脂上合成的大型多肽粗製品會出現刪除序列和未完成片段的混合物。PEG 接枝樹脂可使樹脂更具極性，並改善其在極性和非極性溶劑中的膨脹特性，從而有助於達到更高的粗肽純度。

ChemMatrix^® 樹脂是從一種新型單體構建塊開始從頭設計的。最終的聚合物樹脂完全建立在伯胺醚鍵上，因此具有很高的化學穩定性，避免了浸出（圖 1）。

圖 1. Aminomethyl-ChemMatrix^® 樹脂的骨架完全建立在化學上穩定的聚醚鍵上（左）。ChemMatrix^® 珠子的顯微圖像（右）。

同時，由於樹脂的極性增加，因此可以使用各種極性溶劑，包括：水、THF、DMF、甲醇和乙腈，在這些溶劑中，樹脂顯示出優異的膨脹性能（圖 2）。在實際使用過程中應考慮到高膨脹性，因為濕的 ChemMatrix^® 樹脂在反應容器中消耗的空間會比傳統的聚苯乙烯樹脂大得多。典型的負載範圍為 0.4 至 0.7 mmol/g，與聚苯乙烯樹脂的結合能力相當。

圖 2. ChemMatrix^® 樹脂與聚苯乙烯樹脂的膨脹特性比較。

最近發表的兩篇獨立論文有力地證明了ChemMatrix^®樹脂無與倫比的性能。在合成HIV-1蛋白酶（一種含有99個氨基酸的大型多肽）時，ChemMatrix^®樹脂直接與聚苯乙烯進行了比較。² 正如下面的色谱图清楚显示的那样，使用ChemMatrix^®作为固体支持物，所需的肽是粗产物的主要成分（图3）。聚苯乙烯樹脂只能提供粗混合物，無法直接線性合成長肽。

圖 3. 78 個氨基酸後的 HIV-1 蛋白酶 (99 個氨基酸) HPLC 色譜圖。在 ChemMatrix^® 樹脂上合成可直接得到所需的多肽而無需進一步純化（上圖），而聚苯乙烯樹脂只能得到非常粗糙的混合物（下圖）。

在第二個令人驚歎的例子中，Bacsa et al. 在2010年報導了固體支持、微波輔助合成多肽Aβ(1-42)。³ Aβ（1-42）在阿爾茨海默病的發病機理中起著關鍵作用，它形成β片狀結構和淀粉樣蛋白fi brils，誘發神經毒性。因此，它是進一步研究阿爾茨海默病的分子機制和潛在治療藥物的關鍵材料。由於其聚集行為，這種多肽非常難以合成。ChemMatrix^® 樹脂可使用標準的 Fmoc/t-Bu 合成策略，以 DIC/HOBt 作為簡單且廉價的偶合試劑，直接進行線性合成。除了三個對消旋化敏感的組氨酸殘基的偶合是在室溫下進行之外，合成都是在 86 °C 的受控微波條件下實現的。ChemMatrix樹脂在這些條件下保持完全穩定。⁴ 最後，Aβ(1-42)以高收率和高純度（78%粗收率）在15小時的總加工時間內獲得。³

除了多肽合成之外，ChemMatrix^®樹脂也成功地用於組合合成，⁵ ；PNA、⁷ 不對稱取代的酞菁、⁸ 以及含有非天然化學殘基的多肽雜交物的合成。⁹

總之，ChemMatrix^®克服了合成更長、更複雜的治療肽的挑戰。使用 ChemMatrix^® 生產的多肽具有更高的純度，並且可以獲得更高的產率。

對於肽酸的合成，我們建議使用帶有 HMPB 錨的 ChemMatrix^®，因為這種樹脂的粗純度高，回收率可達 90-95%。Wang-ChemMatrix^®會產生相似的粗肽純度，但回收率較低（60-70%）。HMPB-ChemMatrix^® 樹脂也可預先載入最常見的氨基酸。最近有許多應用 ChemMatrix 樹脂的方案發表在文獻中。¹⁰

ChemMatrix^®樹脂的特點

• 卓越的抗彎曲性能li>卓越的穩定性 
  ChemMatrix^®樹脂完全由化學上高度穩定的伯醚鍵製成。在合成和裂解過程中不會發生浸出現象。
• 高負載量 
  ChemMatrix^®樹脂的負載量為 0.4-0.7 mmol/g。
• 溶劑相容性 
  ChemMatrix^®幾乎可以使用任何一種溶劑，甚至是水。ChemMatrix^®在水中的高膨脹特性可進行高通量的合成後下游篩選。
• 多樣化的選擇 
  ChemMatrix^® 樹脂可搭配多種肽酸、醯胺和片段的連結劑。
  ChemMatrix^®樹脂已被證實能更容易、更快速地開發長、複雜及疏水性的多肽。您的多肽越長、越複雜或疏水性越高，ChemMatrix^®就能為您帶來更多改善。
• 微波輔助合成 
  在 80 °C 的微波合成器上觀察不到浸出現象。

材料

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參考資料

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