כדי לכוון חומרים למטרתם בתוך הגוף, יש להגיע לשיווי משקל עדין בין יציבות לממיסות
מכדור נגד כאב ראש חולף ועד למחלות קשות – התרופות שיפרו את חיינו ללא היכר. אלא שרבות מהתרופות מתפזרות בכל רקמות הגוף, ולכן מגיעות עם תג מחיר בדמות תופעות לוואי. לעיתים, תופעות הלוואי חמורות עד כדי כך, שהן מהוות סכנה לחולים במידה המשתווה למחלה שאותה רוצים לרפא. מהפכת הננו מאפשרת לפתח ננו-מערכות לנשיאת מולקולות התרופות בגופנו (Drug delivery system), כך שלא ישתחררו במחזור הדם וברקמות בריאות, אלא רק באזור המטרה, למשל בגידול הסרטני.
אלא שההבטחה הגדולה של תרופות בררניות נתקלת בבעיה אחת יסודית: אם הננו-מערכות שנושאות את התרופה בגופנו יציבות מדי, הן עלולות שלא להתפרק בהגיען ליעד. לחלופין, אם הן לא יציבות מספיק, הן עלולות לשפוך את תכולתן במקום אחר – ושוב לייצר תופעות לוואי. פרופ’ רועי אמיר מבית הספר לכימיה באוניברסיטת תל אביב מנסה לפתור את הבעיה הזאת באמצעות בניית ננו-מערכות חכמות לנשיאת התרופות.
“השאלה היא כיצד אפשר להכין ננו-נשאים מבוססי פולימרים שיגיבו למספר גירויים בסביבה שלהם”, אומר פרופ’ אמיר, “וכתוצאה מכך לקבל שליטה טובה יותר על שחרור החומרים הפעילים, למשל בגוף האדם. בעבר חקרנו את הארכיטקטורה של המבנים, והרעיון שלנו היה להתאים את הננו-נשא לאנזים מסוים בגוף. באופן הזה, הננו-נשא מטייל בכל הגוף אבל רק האנזים באזור היעד מפרק אותו. לדוגמה, אם יש דימום פנימי בקיבה, זה אומר שיש חלבונים שמבוטאים ביתר ברקמה הפגועה – והננו-נשא הפולימרי נבנה כך שהוא רגיש לאנזימים באזור הדימום”.
אלא שבארבע השנים שחלפו מאז פיתוח הננו-נשאים החכמים, התברר שהם אינם יעילים מספיק. “כדי שיתפרק על ידי האנזים, הנשא צריך להיות פחות יציב ממה שהיינו רוצים כדי להבטיח שהתרופות לא ישתחררו לחלוטין ברקמות בריאות. במחקר הנוכחי שלנו, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, אנחנו משכללים את המבנה המולקולרי של הננו-נשא, ומנסים להתאים מספר מנגנוני תגובה לפולימרים שמרכיבים את הנשא עצמו. בדרך הזאת אנחנו מקווים לפתח נשאים שיהיו גם יותר יציבים וגם יותר קלים לפירוק”.
הפתרון שנמצא הוא מנגנון בטיחות, או מערכת הפעלה בשני שלבים. “במקום להתאים את הננו-נשא כולו לאנזים מסוים, אנחנו מתאימים את הפולימרים בתוך הננו-נשא למספר גירויים שונים. למעשה מדובר בשני מפתחות: הגירוי הראשון הופך את הננו-נשא לקצת פחות יציב, ובכך רגיש לגירוי השני, אבל רק כשהננו-נשא בא במגע עם הגירוי השני הוא מתפרק כליל ומשחרר את המטען שלו. יתרה מכך, הננו-נשא לא רגיש כלל לגירוי השני עד שהוא לא מקבל את הראשון. אנחנו מאמינים שבאופן הזה נוכל מצד אחד להעלות את היציבות ומצד שני להגיע לסלקטיביות גבוהה בהרבה”.
פרופ’ אמיר סבור שלננו-נשאים יציבים וסלקטיביים עשויות להיות השלכות מעשיות רבות ומגוונות. “אני, ככימאי”, הוא אומר, “מתכנן את הצורה הכללית ומנגנוני התגובה, כלומר מתאים את החומר לגירוי, במקרה הזה לאנזים. בהשאלה, אני מתכנן את כלי הרכב. בהמשך יצמידו להם מגלשיים כדי לנסוע על שלג או מצופים כדי לשוט על מים. הדבר החשוב לנו הוא עיקרון הפעולה הכללי של מערכות אלו, והיכולת להתאימן לגירויים שונים. אין ספק שיישום יעיל של ננו-נשאים חכמים יהיה בתחום הרפואה המתקדמת, אבל בעבר היו כבר חברות חקלאיות שהביעו עניין במחקר. הבעיה בתרופות לבני אדם ובחומרים להגנת הצומח היא אותה בעיה: הם לא בררניים מספיק, ויש צורך לשפר את יעילותם”.
החיים עצמם:
“בעברי הייתי ברמן. כשהגעתי לראשונה לבית הספר לכימיה, כסטודנט, הייתי מורגל בערבוב תערובות חדשות – וכעת אנחנו יוצרים חומרים חדשים וכן מכשירים את דור המדענים העתידי”.
עוד בנושא באתר הידען:
