חוקרים מהאוניברסיטה העברית ותל אביב הראו שמשטחים מגנטיים משפיעים על תהליך ההתקבצות של סיבי עמילואיד – ממצא שפותח אפיקים חדשים לטיפול
מחקר חדש מגלה שהאופן שבו חלבוני עמילואיד – הקשורים למחלת אלצהיימר – מתארגנים לסיבים עשוי להיות מושפע משמעותית מכיוון הספין של האלקטרונים על משטחים ממוגנטים. בהתאם לכיוון המגנטיזציה ולכיראליות (סימטריית היד) של אבני הבניין של החלבון, החוקרים זיהו הבדלים מהותיים במספר, באורך ובמבנה של הסיבים שנוצרו.
הממצאים מצביעים על כך שלספין האלקטרון, דרך מנגנון המכונה "סלקטיביות ספין מושרית בכיראליות" (CISS), יש תפקיד ישיר בהרכבה העצמית של חלבונים – מה שמהווה גורם פיזיקלי חדש שלא נלקח בחשבון עד כה, ושניתן אולי לרתום אותו להשפעה או בלימה של היווצרות סיבי אעילואיד במחלות ניווניות של מערכת העצבים.
המחקר, שפורסם בגיליון האחרון של ACS Nano, נערך בהובלת יעל קפון, דוקטורנטית מהמכון לפיזיקה שימושית באוניברסיטה העברית בירושלים, בהנחיית פרופ' יוסי פלטיאל ובשיתוף פעולה עם פרופ' אהוד גזית מאוניברסיטת תל אביב.
שדות מגנטיים וסיבי עמילואיד
במרכז המחקר עומד הפפטיד הקצר Aβ₁–₄₂, הידוע בכך שהוא יוצר סיבים ודפוזיטים דביקים במוחותיהם של חולי אלצהיימר. באמצעות משטחים ממוגנטים, בחן הצוות כיצד הפפטידים הללו מתאגדים והאם כיוון הספין של האלקטרונים בתשתית – כלומר כיוון היישור שלהם – משפיע על התהליך.
התוצאות היו חד־משמעיות: כאשר המגנטיזציה כוונה בכיוון מסוים, נוצרו כמעט פי שניים יותר סיבים, וחלקם היו ארוכים פי 20, בהשוואה לכיוון ההפוך. יתרה מכך, התבנית התהפכה כשנעשה שימוש בגרסה כיראלית הפוכה של הפפטיד – דבר שמעיד על השפעה חזקה של כיוון הספין.
התנהגויות אלה עקביות עם תופעת ה־CISS, בה מולקולות כיראליות יוצרות אינטראקציות שונות עם אלקטרונים בהתאם לספין שלהם. בעוד שהתופעה נבחנה רבות בכימיה ובמדעי החומרים, רק לאחרונה החלו לבחון אותה בהקשרים ביולוגיים.
הבנת תפקיד הספין בביולוגיה
לדברי החוקרים, האינטראקציה בין כיראליות מולקולרית לספין אלקטרונים עשויה למלא תפקיד חשוב בהרכבה עצמית של חלבונים – תפקיד שלא הוערך עד כה במלואו. בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני וספקטרוסקופיית אינפרא-אדום, מצאו החוקרים שהסיבים שהתקבלו לא רק שונים בגודלם ובכמותם – אלא גם במבנה המולקולרי הפנימי שלהם, בהתאם לכיוון המגנטיזציה.
"אנחנו מתחילים להבין שביולוגיה רגישה לספין הרבה יותר ממה שחשבנו," אומר פרופ' פלטיאל מהאוניברסיטה העברית. "העבודה שלנו מראה שכוחות הקשורים לספין יכולים להשפיע ישירות על אופן ההתקבצות של חלבונים – וזה ממד חדש שצריך להתחשב בו כשחושבים על מחלות כמו אלצהיימר."
פרופ' גזית, מומחה עולמי בהרכבה עצמית של חלבונים מאוניברסיטת תל אביב, מוסיף: "הממצאים הללו מוסיפים שכבה חדשה להבנה שלנו של תהליך יצירת סיבי העמילואיד. הם מרמזים שתכונות פיזיקליות כמו ספין – ולא רק אינטראקציות ביוכימיות – עשויות למלא תפקיד משמעותי ביצירת המבנים המזיקים האלה. זה פותח אפשרויות חדשות לפיתוח טכנולוגיות שישפיעו על התנהגות חלבונים בדרכים מדויקות ולא פולשניות."
לאן ממשיכים מכאן?
על אף שהמחקר עדיין שייך לתחום המדע הבסיסי, הוא מצביע על כיווני פעולה חדשים לשליטה בהתקבצות חלבונים מזיקים. החוקרים סבורים שחומרים ממוגנטים או בעלי קיטוב ספין – כמו ננו-חלקיקים ייעודיים או ממברנות סינון – עשויים בעתיד לאפשר השפעה סלקטיבית על היווצרות מבני עמילואיד. טכנולוגיות כאלה עשויות להיות שימושיות לא רק בטיפול במחלות ניווניות, אלא גם במצבים רפואיים כמו עמילואידוזיס הקשור לדיאליזה.
"זהו כלי חדש להבין כיצד חלבונים מתאגדים," מסכמת יעל קפון. "אנחנו מקווים שזה יסייע לכוון מחקר עתידי שיביא לדרכים להאט, למנוע או להסיט את התהליכים הללו באופן מבוקר."
המחקר משתלב בגוף ידע הולך וגדל החוקרת כיצד תכונות פיזיקליות – מעבר לאינטראקציות כימיות – משפיעות על תהליכים ביולוגיים, ומדגיש את חשיבות שיתופי הפעולה הבין־תחומיים במדע המודרני.
עוד בנושא באתר הידען:
