חוקרים עשו שימוש בשיטה חדשנית להחלפת חלבונים המשמשים להדבקת רכיכות למשטחים שונים, תוך פיתוח דבק חזק יותר מהצפוי
[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]
כל אחד שניסה לתלוש רכיכות מתוך עץ או סלע יודע כמה הם יצורים עקשנים בהיצמדותם למשטחים, כך שסוד הדבק שלהם קסם למדענים רבים. במשך שנים רבות, חוקרים ניסו לשכפל את הדבק יוצא הדופן הזה ואת תכונותיו במעבדה, תוך שהם מתמקדים בחלק מאותם שמונה חלבונים שרכיכות מפרישות ומשמשים אותן להיצמדות למשטחים שונים. כעת, תוך שימוש בשיטה חדשנית לארגון מולקולות, חוקרים מאוניברסיטת נורת’ווסטרן הצליחו ליצור חומר המתפקד אפילו טוב יותר מהדבק שאותו הם ניסו לחקות. הממצאים פורסמו בכתב העת המדעי Journal of the American Chemical Society.
“חומר ההדבקה החדיש מבוסס על פולימרים שיוכלו לשמש כדבק בתחום הביו-רפואי, כלומר – כעת החוקרים יוכלו להדביק אותם לרקמה מוגדרת בגוף”, אמר החוקר הראשי Nathan Gianneschi. בנוסף, הדבק יוכל להחזיק מולקולות סמוכות במקומן, מנגנון שיוכל להיות שימושי בריפוי או שיקום פצעים”.
החלבונים המופרשים מרכיכות קיימים בטבע והם שייכים למשפחת חלבונים ארוכים וליניאריים בעלי יחידות חוזרות של רצפי חומצות אמינו ששמםtandem repeat proteins (TRPs). בהיותם חלבונים נמתחים, חזקים ודביקים, הם נמצאים בכנפיים וברגליים של חרקים, במשי של עכבישים וברגלי רכיכות. המדענים מכירים את הרצפים הראשוניים המדויקים של חומצות האמינו המרכיבות רבים מחלבונים אלו, אולם הם נתקלו בקשיים בחיקוי התהליך הטבעי המורכב תוך שמירת האיכויות המיוחדות שלהם. החוקרים החליטו ליטול את היחידה החוזרת של אחד מחלבונים אלו המורכבת מרצף של 10 חומצות אמינו ולהכניס אותה לפולימר סינתטי, במטרה לשמר את התכונות המקוריות. קבוצת המחקר מתמחה בשיטות ריפוי מדויקות העושות שימוש בנוגדנים ובמולקולות קטנות אחרות על מנת להיאבק במחלות שונות, תוך שימוש בננו-נשא המוביל את התרופה באופן מדויק יותר לאתר המטרה, כגון גידול סרטני. אולם, החוקר הראשי טוען כי שכפול חלבונים יוכל להוות גישה ביולוגית חדשנית לטיפול באתגרים שונים בתחום באופן שונה, זאת על ידי שינוי יחסי הגומלין בתוך ובין תאים המעורבים בהתפתחותן של מחלות שונות, או בין תאים, רקמות וחומרים שונים. “בחלבונים, חומצות אמינו מאורגנות בתצורת שרשראות, אולם אנו לקחנו אותן ובמקום זאת ארגנו אותן באופן מקבילי, בתוך שדרה דחוסה של פולימרים סינתטיים” אמר החוקר הראשי. בסופו של דבר, החוקרים יצרו מבנה של מערך חלבונים הדומה למברשת, זאת במקום סידורן של חומצות האמינו בקו ישר בתצורת שרשרת.
על מנת לבחון את יעילות החומר החדשני, החוקרים השתמשו בו עבור הדבקת תאים על גבי לוחיות זכוכית. החוקרים הדביקו תאים על גבי הלוחיות ובשלב הבא, לאחר שטיפתן, בדקו כמה מהתאים המקוריים אכן נדבקו. הם מצאו כי השיטה החדשנית הובילה ליצירת סופר-דבק תאי כאשר רוב התאים שהונחו על גבי הלוחית עם הדבק אכן נותרו עליה. החוקרים הופתעו לגלות כי הדבק שלהם פעל טוב יותר מהדבק הטבעי.
צוות המחקר מקווה כי הגישה החדשנית שלהם תוכל להיות מיושמת באופן נרחב גם עבור חלבונים אחרים שבהם יש יחידות חוזרות על עצמן, זאת במטרה להשיג תפקודים חדשים של אותם חלבונים. הם משערים כי סידור כזה יהיה בעל ביצועים טובים יותר מהסידור המקורי, זאת לאור העובדה כי הם יותר דחוסים. החוקרים מסבירים כי החומר הדביק החדש הוא רק אחד מתוך שלל יישומים אפשריים של חלבונים חליפיים מבוססי פולימרים, ושהם כבר חושבים על פיתוחם של חומרים עתידיים. רזילין (Resilin), למשל, הוא חלבון היוצר מבנים אלסטיים בקוטיקולה של חרקים רבים. המבנים המיוצרים מחלבון זה מאפשרים לחרקים, למשל, לקפוץ גבוה מאוד ובמהירות. הרזילין נחשב לאחד החומרים הכי אלסטיים המוכרים לאדם – גמישותו של הרזילין קרובה לשלמות, שכן הוא מסוגל לשחרר 96 אחוזים מן האנרגיה המושקעת במתיחתו. חלבון זה, לדוגמה, יוכל לשמש בפיתוח של כלי טייס גמישים יותר.
עוד בנושא באתר הידען:
