תובנות חדשות באשר לפולימורפיזם תוכלנה להשפיע על פיתוח תרופות

חוקרים השתמשו במגוון שיטות על מנת לחשוף את הפולימורפים השונים הניתנים להכנה מחומר גבישי משותף ואת מסלולי ההמרה של תצורה אחת לרעותה כתלות בטמפרטורה ובשיטת ההכנה

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

ממצאים שהתקבלו ממחקר המשלב בתוכו ניסויים והדמיות יוכלו להפוך על פיה את הסברה כי תצורות אמורפיות של אותה התרכובת הן בעלות אותו סידור מולקולארי. צוות המחקר שמאחורי מחקר זה טוען כי הוא הצליח לסנתז שלוש תצורות אמורפיות של התרופה המשתנת הידרוכלורותיאזיד (hydrochlorothiazide) ולקבוע כי לכל אחת מהתצורות יש תכונות מובחנות וסוגי  אי-סדר נבדלים. “אם בעתיד יוכח כי פולימורפיזם הוא מנגנון אוניברסלי – או לכל הפחות לא נדיר מאוד – אזי התעשייה הרוקחית תצטרך לבצע מחקרים נוספים ותקבל בתמורה הזדמנויות לפטנטים”, מסבירה Inês Martins מאוניברסיטת קופנהגן בדנמרק, אשר הובילה את המחקר.

מרכיבים רוקחיים פעילים (APIs) בתצורת גביש לרוב מפגינים מסיסות גרועה. גישה נפוצה לעקיפת בעיה זו היא להמיר את המרכיבים הרוקחיים הפעילים לצורה האמורפית שלהם. מקרה כזה הודגם עבור מרכיבים רוקחיים פעילים מסוימים, לרבות הידרוכלורותיאזיד. אולם, התכונות הפיזיקאליות של פולימורפים תלויות באופן ההכנה שלהם. לאור העובדה כי אין שום שיטה שבה ניתן לחקור את האופן המדויק שבו המולקולות מגיבות ומתארגנות בעצמן בחומרים אמורפיים, התחום כולו תת-נחקר.

יחד עם זאת, צוות המחקר תיכנן לבחון כיצד תצורות אמורפיות של אותה מולקולה פעילה רוקחית מפגינות תכונות פיזיקו-כימיות שונות ונבדלות אחת מהשנייה. החוקרים החליטו לחקור את החומר הידרוכלורותיאזיד בשל העובדה כי החומר ידוע במספר תצורות פולימורפיות עם טמפרטורות מעבר זכוכיתי מעל טמפרטורת החדר, תכונה שמקלה על ההכנה, הבידוד והאנליזה של התצורות הפולימורפיות השונות של החומר הזה. החוקרים התחילו עם הידרוכלורותיאזיד גבישי, והכינו שלושה פולימורפים: פולימורףI   באמצעות ריסוס-ייבוש, פולימורף II באמצעות שיכוך-קירור וכן פולימורףIII  באמצעות טחינה בכדור. אנליזה תרמית חשפה טמפרטורת מעבר זכוכיתי פחותה משמעותית עבור פולימורף I (88.7 מ”צ), בעוד שלפולימורפים II וכן III היו טמפרטורות מעבר זכוכיתי דומות (117.5 וכן 119.7 מ”צ, בהתאמה). הפולימורפים הפגינו גם רמות יציבות (מבחינת זמן מדף) שונות מאוד כנגד גיבוש.

בעקבות הממצאים המקדמיים הללו, החוקרים חקרו את ההמרה הבינ-פולימורפית בין התצורות השונות על ידי הפעלת תנאי ייצור ששימשו את ההכנה של פולימורף אחר. למשל, פולימורף I, שהוכן במקור על ידי ריסוס-ייבוש, עבר הכנה גם על ידי שתי השיטות האחרות – שיכוך-קירור וכן טחינה בכדור. בהניחם כי הטמפרטורה הינה פרמטר קריטי, החוקרים הסיקו כי פולימורף II יוכל להתקבל מפולימורפים I וכן III אולם המסלול ההופכי לא התאפשר כלל. במקביל, הם הדגימו כי פולימורף I ופולימורף III יכולים להיות מומרים אחד לשני. ממצאים אלו תומכים במסקנה כי פולימורף II הוא התצורה היציבה ביותר.

“הבעיה העיקרית בתחום הפולימורפיזם היא איך לקבוע את ההבדל בין מבנה אמורפי מטא-יציב ומוגדר היטב לבין מבנה בלתי יציב המתקבל בעקבות פגמים לכודים קינטית הנוצרים במהלך ההכנה. הקביעה הזו קשה להגדרה לאור העובדה כי המבנה האמורפי קיים באופן סטטיסטי בכל מקרה,” מעירSimon Billinge , חוקר מאוניברסיטת קולומביה בארה”ב, אשר חקר את המבנה של חומרים בלתי סדורים. “החוקרים עיבדו את הדגימות באופן שונה מאוד. אנו יודעים – מתוך המחקר שלנו – שהדבר מוליד תצורות אמורפיות בעלות רמות יציבות שונות מאוד כנגד גיבוש מחדש, למשל, אולם האם תופעה זו היא אכן פולי-מורפיזם? מצד שני, הם מצאו כי פונקציות הפיזור של כל אחת מהתצורות זהות. אין ראיה ניסיונית עבור מבנה נפרד. לסיכומו של עניין, הממצאים הללו לא מקדמים כלל את התובנות שלי באשר לפולימורפיזם”.

על מנת לקבל מידע נוסף באשר לאופי השוני בין הפולימורפים ברמה המולקולארית, החוקרים חזרו להדמיות של הדינמיקה המולקולארית, וביצעו השוואה של הזוויות הדיהדראליות מסביב לקבוצות הסולפונאמיד בפולימורפים I וכן II. “פולימורף I, שלו היה מספר גבוה של מולקולות בעלות זווית דיהדראלית, בדומה למה שדווח עבור החומר הגבישי שלו (hydrochlorothiazide), היה בעל יציבות פיזיקאלית נמוכה יותר וזמן רלקסציה מבנית מהיר יותר מאשר עבור פולימורף II, שהיה בעל פיזור זוויות דיהדראליות רחבות יותר. הממצאים שלנו מעידים על כך כי פיזור רחב יותר של זוויות דיהדראליות כנראה תורם ליציבות פיזיקאלית טובה יותר ולזמן רלקסציה מבנית איטי יותר”, אמר החוקר הראשי. בעקבות ממצאים אלו, החוקרים מעריכים כי מחצית מהפולימורפים נמצאים בהיערכות קרובה יותר לזו של הגביש המקורי, וכמחצית נמצאים בהיערכות שונה מזו של הגביש המקורי, עובדה שתוכל לסייע בקביעת היערכות מולקולארית ספציפית שתעדיף את התצורה הפולימורפית היציבה יותר.

הידיעה אודות המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• חוקרים ישראלים פיענחו אחד משני המבנים החלבוניים שבהם מתבצעת הפוטוסינתזה בצמחים
• שיטה חדשנית להמרת אטומי מימן באטומי פלואור לצורך ייצור תרופות יעילות יותר