יותר בטוחות, פחות מזיקות

ממצאים של פרופ' רון נעמן עשויים להשפיע על איכות התרופות

english

דיווחים

תאריך: 15 אוקטובר, 2018

תרופות, חומרי הדברה ודשנים הם חיוניים להישרדות שלנו. אבל לפעמים יש בהם רכיבים מיותרים הגורמים לתופעות לוואי שליליות לבני האדם, לבעלי החיים ולסביבה. גילוי של פרופ' רון נעמן מהמחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית ושל פרופ' יוסי פלטיאל מהמחלקה לפיזיקה יישומית באוניברסיטה העברית הוליד גישה חדשה שיש בכוחה לשפר את הבטיחות של המוצרים המיוצרים כימית כמו תרופות ותעשיה חקלאית ולהסביר תופעות ביולוגיות.

הגישה החדשה מתבססת על הבנת תנועת האלקטרונים בביומולקולות כגון חומצות אמינו וחלבונים. הבנה זאת מאפשרת את "הפרדת הבר מן התבן": היא מציעה אסטרטגיה לסינון מולקולות, כלומר, לבחירת המולקולות בעלות התפקודים הרצויים תוך הפחתת מספרן של המולקולות שעלולות לגרום תופעות לוואי שליליות.

אסטרטגיה זו, שתוארה במאמר שפורסם השנה במגזין Science, נטועה בעיקרון יסודי שזוהה על ידי פרופ' נעמן ב-1999 וקשור לאופן העברת אנרגיה או מידע ממקום למקום באמצעות אלקטרונים בתוך ביומולקולות. העיקרון נקרא "אפקט CISS" (Chiral Induced Spin Selectivity), והוא מסביר את התנהגות האלקטרונים כשהם נעים דרך חלבונים – ה"כבלים" המוליכים אלקטרונים באורגניזמים חיים.

ידוע שאלקטרונים נושאים מטען שלילי. פחות ידועה העובדה שלאלקטרונים יש גם "ספין" – תנע זוויתי כמו של סביבון, בכיוון השעון או נגד כיוון השעון. כשהאלקטרונים עוברים דרך החלבונים, תכונת המטען ותכונת הספין גורמות להם להתנהג כמו תחת השפעה של שדה מגנטי.  לתכונה זאת יש גם תפקיד בהתקדמות של האלקטרונים דרך החלבונים: אלקטרונים עם ספין אחד "מועדפים" על פני האלקטרונים עם הספין השני. תופעה זאת נובעת מכך שהחלבונים, כמו רוב המולקולות הביולוגיות, הם בעלי מבנה "כיראלי" שמשפיע על התנועה הכיראלית של הספין (שכמו בכפות הידיים, ימין ושמאל אינן חופפות).

תמונות ראי

מולקולה היא כיראלית אם היא קיימת בשתי תצורות שונות שהן תמונת מראה זו של זו, והחוקרים קוראים להן "ימנית" ו"שמאלית". כמו בפיתול הכיראלי של סליל ה-DNA הכפול, גם לחלבונים יש שני מופעים סימטריים בהתאם לפיתול שלהם ימינה או שמאלה.

כשאלקטרונים עוברים דרך מולקולות כיראליות הן מתנהגות כמו מסננים, כאשר המולקולות ה"ימניות" מעבירות אלקטרונים עם סוג ספין אחד, והמולקולות ה"שמאליות" מעבירות אלקטרונים עם סוג הספין ההפוך. גילוי זה של התכונות המבניות הקובעות את העברת האלקטרונים דרך מולקולות כיראליות הוא "אפקט CISS" של פרופ' נעמן, והוא מסמן כיוון לשילוב עתידי אפשרי של מולקולות ביולוגיות במערכות אלקטרוניות.

כעת, בעבודה משותפת עם פרופ' פלטיאל, פיתח פרופ' נעמן גישה מהפכנית המשלבת בין אפקט CISS ומצע מגנטי לשם הפרדת מולקולות בטוחות ולא בטוחות. השיטה אינה ספציפית ואינה יקרה, והיא תאפשר לחברות התרופות ליצור תרופות עם פחות תופעות לוואי.

הצורך להפריד בין הגרסאות הימניות והשמאליות של מולקולות כיראליות זוהה בתעשיית התרופות כבר מזמן. הדוגמה הבולטת ביותר היא התרופה הכיראלית תלידומיד, שפותחה בשנות החמישים כדי להקל על נשים בהיריון שסובלות מבחילות בוקר, ונמצא שהיא אכן מצליחה להקל את הבחילות, אבל הגרסה ה"שמאלית" של אותה מולקולה גרמה למומים מולדים קשים. אבל הפרדת המולקולות הכיראליות היא תהליך מורכב ויקר. למרות המלצות מנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA), רק 13 אחוזים מהתרופות הכיראליות מופרדות כיום. פרופ' נעמן ופרופ' פלטיאל עסקו בבעיית ההפרדה במשך כעשור ולאחרונה מצאו פתרון: מגנטים.

"מולקולות כיראליות יוצרות אינטראקציה עם מצע מגנטי ומסתדרות לפי כיוון הכיראליות שלהן, כי האינטראקציה של המולקולות ה'שמאליות' טובה יותר עם קוטב אחד של המגנט, והאינטראקציה של המולקולות ה'ימניות' טובה יותר עם הקוטב השני", מסביר פרופ' נעמן. "בתהליך הייצור הכימי תכונה זו מאפשרת לשמור את המולקולות הטובות ולסלק את הרעות שיש להן תופעות לוואי שליליות".

התחזית היא שלטכנולוגיה החדשה תהיה השפעה נרחבת, לא רק על תעשיית התרופות, אלא גם על יצרני מוצרים חקלאיים, רכיבי מזון, תוספי מזון וחומרי הדברה. בזכות פריצת דרך זו, כל ענפי התעשייה האלה יוכלו להפריד בין מולקולות בטוחות ולא בטוחות ולהתחיל עידן חדש שבו מוצרים תעשייתיים המבוססים על ביומולקולות יהיו יעילים וגם בטוחים.

 

Prof. Ron Naaman is supported by the Edmond de Rothschild Foundations, the John Templeton Foundation, and the European Research Council. He is the incumbent of the Aryeh and Mintzi Katzman Professorial Chair.

 

פרופ. רון נעמן

פרופ. רון נעמן