דימות בקרני-רנטגן עבור אבטחת איכות

חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית של דנמרק פיתחו שיטה חדשה העושה שימוש בקרני-רנטגן לאפיון מהיר של חומרים הנמצאים בתוך אבקה בלתי מוגדרת.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית של דנמרק פיתחו שיטה חדשה העושה שימוש בקרני-רנטגן לאפיון מהיר של חומרים הנמצאים בתוך אבקה בלתי מוגדרת. לשיטה החדשה יש את הפוטנציאל לזהות מולקולות ביולוגיות מורכבות כגון חלבונים. לפיכך, לשיטה יש פוטנציאל כביר הן בתחום של ייצור מזון והן בתעשיית הרוקחות, שם היא תוכל לספק הזדמנויות חדשות לאבטחת האיכות של תרופות מבוססות-חלבונים, כדוגמה אחת.

רק לעיתים רחוקות מספיק לקרוא את ההצהרה של תכולת המרכיבים ע”ג מוצר על מנת לדעת במדויק מהם כל מרכיבי המוצר. למעשה, על מנת לקבל תמונה מדויקת, עליך להיות כימאי מקצועי או להיות בעל ראיית רנטגן המציגה בפניך את המבנה המולקולארי של החומרים השונים שבתוך המוצר. החוקר Christian Grundahl Frankær מהאוניברסיטה הטכנית של דנמרק (DTU), שהוא מהנדס כימיה, הצליח לפתח שיטה המאפשרת לו להשתמש בקרני-רנטגן על מנת להביט עמוק פנימה לתוך דגימות ביולוגיות.

השיטה מכונה ‘השתברות באבקה’ (Powder_diffraction) והיא כרוכה בחשיפת דגימה לאלומה עוצמתית של קרני-רנטגן. ברגע שהאלומה פוגעת בדגימה, היא מתפזרת (משתברת) באותו אופן שבו האור מתפזר כאשר הוא פוגע בכדור דיסקו. תופעה זו מייצרת דפוס התפזרות המשקף את המבנה הפנימי של החומר. לכל חומר פרטני יש דפוס ייחודי משלו – מעין ‘טביעת אצבע’ – שבאמצעותה ניתן לזהות בקלות מהו החומר הנתון בעזרת השוואת הדפוס למאגר נתונים ידוע.

כיום משתמשים בשיטה של השתברות באבקה על מנת לזהות חומרים פשוטים כגון סוכרים, מלחים ומינראלים, אולם הרעיון להשתמש בשיטה זו על מנת לאפיין מולקולות ביולוגיות מורכבות כחלבונים הוא חדשני ממש. בשל סיבה זו לשיטה החדשה יש פוטנציאל כביר הן בתחום של ייצור מזון והן בתעשיית הרוקחות, שם היא תוכל לספק הזדמנויות חדשות לאבטחת האיכות של תרופות מבוססות-חלבונים, כדוגמה אחת.

“בחנתי סוגים שונים של תרכובות מזון לתינוקות, אבקות חלבונים ודטרגנטים. ע”י נטילת דגימה קטנה מהאבקות של חומרים אלו וחשיפתה לקרני-רנטגן, הצלחתי לקבוע אילו חומרים נמצאים בתוך האבקה, וגם מהם הריכוזים שלהם, תוך עשר דקות. בנוסף, האנליזה בדרך כלל תספק מידע גם בנוגע לדרך ייצורו של החומר,” אומר החוקר. לפיכך, השיטה אידיאלית לאבטחת איכותם של מוצרים חדשים היוצאים לשוק.

חלבונים הם מולקולות גדולות בעלות מבנים תלת-ממדיים מורכבים. הצורה של החלבון – או המבנה הגבישי שלו – עשויה לשנות באופן משמעותי את התכונות שלו. לחלבון כגון אינסולין יכולות להיות צורות גבישיות רבות, והצורה המסוימת בה נמצא החומר עשויה להשפיע על תכונותיו, כגון כושר מסיסות או רמת פעילותו הביולוגית. מבנה זה, בתורו, עשוי להיות בעל השפעה בנוגע לאופן שבו החלבון מגיב כאשר הוא נכנס לתוך הגוף. מסיבה זו, הגיוני מאוד לבדוק את הצורות הגבישיות של חלבונים שונים, הן במהלך הייצור והן בשלב אבטחת האיכות של תרופות המבוססות על חלבונים, אולם אפשרות זו פשוט לא הייתה קיימת או שהייתה בלתי-כלכלית עד היום.

מסביר החוקר הראשי: “הדגמנו כעת כי ניתן להשתמש בשיטה של השתברות באבקה לאפיון חומרים ביולוגיים כגון חלבונים. התוצאות אינן מפורטות דיין כמו בקבלת מבנה גבישי יחיד, המאפשר לפענח את מבנהו הכללי של החלבון הנחקר, אולם הן מאפשרות לנו לאתר במהירות ובקלות ‘טביעות אצבע’ המאפיינות את החלבון ואת מבנהו הגבישי. זהו ידע חשוב מאוד כאשר אתה עובד בתחום של ייצור חלבונים.”

בשיטה טמון פוטנציאל כביר לשיפורים במגוון תחומים, הן ברמת האיכות והן בתהליכי הייצור במסגרת כלל מערכי הייצור המערבים חומרים מוצקים. יישום השיטה החדשה יאפשר לבחון באופן רציף שינויים – או הבדלים – בחומרים שונים המשמשים בתהליכי הייצור. “היתרון הגדול של השיטה שלנו הוא בכך שאתה יכול ליטול דגימות ישירות מקו הייצור. ולאחר מכן יש בידיך את התוצאות תוך 15 דקות ואתה יכול לדעת בדיוק מהו המצב הגבישי של החומר המיוצר. בנוסף, אלומות קרני-הרנטגן שבהן אנו משתמשים ניתנות להפקה באמצעות ציוד מעבדה רגיל,” מציין החוקר הראשי.

כדוגמה ליעילותה של השיטה, החוקרים מציינים כי אנליזה מהירה של אבקת כביסה שפותחה עבור השוק הדני חשפה במוצר רמה גבוהה של חומר זאוליטי, המשמש ללכידת מלחים הנמצאים במים קשים שהם כה נפוצים בדנמרק, בעוד שדגימה ממרוקו לא הכילה כלל את החומר הזה. אנליזה של אבקת כביסה נוספת חשפה כי המרכיב ‘חמצן פעיל’ הוא פשוט התרכובת נתרן על-פחמתי.

הידיעה על המחקר