תחליפים סינתטיים של נוגדנים

כימאים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה(Caltech) וממכון המחקר Scripps פיתחו שיטה חדשנית להפקת חומרים זולים אך יציבים ביותר שיוכלו לתפוס את מקומם של נוגדנים המשמשים היום בהרבה מבדיקות האבחון הרפואי

כימאים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה(Caltech) וממכון המחקר Scripps פיתחו שיטה חדשנית להפקת חומרים זולים אך יציבים ביותר שיוכלו לתפוס את מקומם של נוגדנים המשמשים היום בהרבה מבדיקות האבחון הרפואי.

החוקר James R. Heath, פרופסור לכימיה, יחד עם K. Barry Sharpless, פרופסור לכימיה במכון סקריפס וחתן פרס נובל לכימיה לשנת 2001 ועמיתיהם מדווחים על השיטה החדישה בגיליון האחרון של כתב-העת Angewandte Chemie.

בשנה שעברה פרופסור Heath ועמיתיו דיווחו על הפיתוח של שבב ברקוד-דם משולב, התקן לאבחון רפואי בגודל של זכוכית נושאת של מיקרוסקופ, המסוגל להפריד ולבחון עשרות חלבונים בטיפת דם. שבב הברקוד משתמש בנוגדנים, חלבונים המסייעים למערכת החיסונית לזהות, להיקשר אל, ולהרחיק תרכובות זרות מזיקות כגון חיידקים ונגיפים – או חלבונים זרים אחרים.

“הסיבה המגבילה אותנו מלבחון, נניח, מאתיים חלבונים בו-זמנית בשבב הברקוד טמונה בכך שאנו משתמשים בחלבונים שהינם יקרים ובלתי-יציבים,” מסביר החוקר. “מזה זמן רב אנו מתוסכלים ממגבלותיהם של נוגדנים ועל-כן רצינו למצוא תחליפים יעילים עבורם – חומרים המכונים “גורמי לכידת חלבונים” – המסוגלים להיקשר לחלבון מסוים באופן בררני מאוד ובחוזקה תוך שמירת יציבותם לאורך זמן רב.”

במחקרם החדש, המדענים הצליחו לפתח שיטה להכנה מהירה וזולה של תרכובות יציבות ביותר, המורכבות משרשראות קצרות של חומצות אמינו, או פפטידים. “אפילו טסתי מקליפורניה לשיקגו עם מבחנה שבה הייתה מצויה התרכובת והיא עדיין הייתה פעילה,” מציין החוקר.

השיטה בוססת על גישת “כימיית קליק באתר” (“in situ click chemistry”) שהוצגה ע”י Sharpless בשנת 2001, גישה שבה כימיקלים מיוצרים ע”י חיבור יחדיו – או קליק – בין תת-יחידות קטנות יותר.

בכדי להפיק חומר לוכד של חלבון מסוים המדענים פיתחו גישת שלבים שבה תת-היחידה הראשונה מאותרת ואז יחידה זו, בשילוב החלבון המתאים, משמשת לאיתור תת-היחידה השנייה, וכן הלאה. עבור היחידה הראשונה מחברים לחלבון תג קורן (fluorescent) המבצע בשלב הבא תגובה עם ספריה של עשרות מיליוני פפטידים קצרים, המייצגים את רוב יחידות המבנה הפוטנציאליות לחומר הלוכד הסופי.

כאשר אחד מפפטידים קצרים אלו נקשר לחלבון המתאים, התג הקורן מופעל וניתן לראותו נצבע על החרוז אליו הוא מעוגן (אדום, כחול, או ירוק, בהתאם לסוג התג), וכך מתאפשר הזיהוי של תצמיד החלבון-פפטיד המבוקש.

הפפטיד הראשון – שגודלו כשליש מהגודל הסופי של החומר שאותו מנסים המדענים לקבל – מבודד בשלב הבא, מנוקה ונקשר לקבוצה כימית פעילה בשם אלקין (alkyne). כעת זהו חלבון העוגן העובר תגובה נוספת, יחד עם אותו החלבון, עם ספריית פפטידים. ספריית הפפטידים בשלב זה מכילה חלבונים שעברו שינוי כך שבקצותיהם מצויה קבוצה כימית פעילה אחרת בשם אזיד. קבוצת האלקין בפפטיד הראשון מגיבה בקלות, בגישת כימיית הקליק, עם קבוצת האזיד של הפפטיד השני ליצירת פפטיד חדש המורכב עתה משתי יחידות. אולם, התגובה מתרחשת כראוי רק כאשר הפפטיד השני יכול להגיע לקרבת הפפטיד הראשון, כלומר לשני הפפטידים צריכה להיות זיקה גבוהה לחלבון; בעיקרו של דבר, החלבון עצמו מכוון את יצירת חומר הלכידה המתאים לו.

בשלב הבא, הפפטיד המורכב משני החלקים מבודד ומטוהר שוב, ואז משנים את קצהו האחד ע”י הכנסת קבוצה כימית פעילה (אלקין או אזיד) כפי שנעשה בשלבים הראשונים ליצירת פפטיד המורכב משלושה חלקים שונים. פפטיד זה ארוך דיו בכדי שיוכל להיות בררני וייחודי בתגובתו עם חלבון המטרה,” מסביר החוקר.
“מה שהראה המחקר עתה הינו שבמספר חזרות קטן ניתן ליצור ליגנד בעל זיקה גבוהה לחלבון מסוים מיחידות מבנה שקישורם המקורי לחלבון לא היה חזק; הרעיון הינו לחזור על שלב הסריקה של ספריית החומרים מספר פעמים כך שהקישור משתפר בכל חזרה כזו,” מסביר החוקר .Sharpless.

“זהו סוג הכימיה הפשוט ביותר האפשרי,” מסביר החוקר. התהליך, הוא מציין, הופך משימה מאתגרת ביותר לפשוטה מאוד – המשימה של איתור פרודות הנקשרות באופן בררני וחזק לחלבונים מסוימים. איני רואה כל סיבה שבעזרת שיטה זו לא נוכל להחליף כל נוגדן.”

הידיעה ממכון המחקר