מיקרו-שבב המבצע אלף תגובות כימיות בו-זמנית

מדענים מאוניברסיטת UCLA פיתחו טכנולוגיה חדישה לביצוע יותר מאלף תגובות כימיות בו-זמנית במיקרו-שבב מבוקר-מחשב ובגודל של בול דואר, אשר תוכל להאיץ את הזיהוי של חומרים המועמדים לשמש כתרופות למחלות כסרטן ואחרות

מיקרו שבב שפותח באוניברסיטת קליפורניה
מיקרו שבב שפותח באוניברסיטת קליפורניה

מבחנות, אביקים ופלטות חימום יהיו במהרה נחלת העבר במעבדות כימיות. במקום לבצע ניסויים במנדף כימי, או בשולחן עבודה, מדענים יוכלו פשוט להכניס מיקרו-שבב למחשב ולהריץ מידית אלפי תגובות כימיות, עם תוצאה של מזעור המעבדה לגודל של ציפורן.

לשם השגת יעד זה, מדענים מאוניברסיטת UCLA פיתחו טכנולוגיה חדישה לביצוע יותר מאלף תגובות כימיות בו-זמנית במיקרו-שבב מבוקר-מחשב ובגודל של בול דואר, אשר תוכל להאיץ את הזיהוי של חומרים המועמדים לשמש כתרופות למחלות כסרטן ואחרות. המחקר פורסם ברשת בכתב-העת Lab on a Chip.

צוות של כימאים, ביולוגיים ומהנדסים מאוניברסיטת UCLA שיתפו פעולה לפיתוח טכנולוגיה זו, המבוססת על מיקרו-מכניקת נוזלים – הניצול של מתקנים ממוזערים אוטומטיים לשם טיפול והזרמה של כמויות זעירות של נוזלים וכימיקלים, כמויות כה קטנות עד כי הן אינן נראות לעין האנושית. התגובות הכימיות בוצעו באמצעות כימיית "קליק" (in situ click chemistry), שיטה נפוצה המשמשת לזיהוי פרודות כימיות המתאימות לשמש כתרופות אפשריות והמסוגלות להיקשר בחוזקה לאנזימים חלבוניים כדי לשפעל או לעכב את השפעתם בתא, ונבחנו ע"י ספקטרוסקופיית מסות.

למרות שבאופן רגיל ניתן לבצע על שבב תגובות כימיות אחדות בלבד, צוות המחקר סלל את הדרך לבדיקת מספר רב יותר של תגובות, ובכך סיפק שיטה חדישה למיון מהיר של פרודות ריפוי שתפעלנה באופן היעיל ביותר על אנזים חלבוני מסוים. במחקר זה, המדענים הכינו שבב המסוגל לערוך 1024 תגובות כימיות בו-זמנית, שבשילוב עם מערכות בחינה נוספות תוכלנה לזהות חומרים מעכבים אפשריים לאנזים מסוג אנהידראז (bovine carbonic anhydrase).

אלפי מחזורים של תהליכים מורכבים, בכללם דיגום מבוקר, ערבוב מתוך אוסף של מגיבים ושטיפה רציפה של מיקרו-התעלות בשבב – התרחשו כולם בתוך מתקן המיקרו-שבב והושלמו תוך שעות אחדות בלבד. כעת, צוות המחקר מוגבל לבחינת תוצאות הניסויים באופן בלתי-מקוון, אולם בעתיד הקרוב הם מתכננים למכן ולמחשב גם את ההיבט הזה של השיטה.

"פרודת האנזים היקרה, הנדרשת לתגובה כימית אחת בניסויי מעבדה רגילים, יכולה להתפצל כעת למאות "העתקים" שלה לשם ביצוע מאות תגובות שונות במקביל, ובכך לקדם מהפכה בתהליכים מעבדתיים, להפחית את צריכת המגיבים והממסים ולהאיץ את תהליך האיתור של חומרים מועמדים היכולים לשמש כתרופות," אמר כותב המאמר Hsian-Rong Tseng, פרופסור לפרמקולוגיה רפואית ומולקולארית באוניברסיטה.

במהלך הפיתוח התגברו החוקרים על מספר אתגרים, בכללם: הפחתת כמות הכימיקלים שנדרשו לשם ביצוע התגובות על השבב, הגדלת רגישות המערכת והאצת בחינת תוצאות התגובות.

"המערכת החדישה מאפשרת לחוקרים לא רק לבחון תרכובות שונות מהר יותר, אלא גם להשתמש בכמויות קטנות בלבד של חומרי-המוצא והמגיבים, עובדה המביאה לחיסכון ניכר בעלויות ובזמן השימוש במעבדה," מציין אחד מהחוקרים.

השלבים הבאים של צוות המחקר כוללים בדיקת שימוש טכנולוגיית המיקרו-שבב לסריקת תגובות אחרות בהן הכימיקלים וחומרי-המוצא קיימים בכמויות מוגבלות – כדוגמא, קבוצת אנזימים חלבוניים הקרויים קינאזות, הנוטלות חלק חיוני בהתפתחות מחלת הסרטן.

הידיעה מהאוניברסיטה

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

7 תגובות

  1. לירון,
    מה שאמרת נכון תמיד במדע. הכל בע"מ.
    לגבי עכשוויות החומר – אני לא יודע. אני לא כימאי וגם אם החומר לא הכי חדש שיש – בשבילי הוא עדיין חידוש

  2. עמי, השאלה עד כמה זה באמת רציני ופורץ דרך, זכור לי שמשך כמה שנים הייתי מנויי לירחון מדע פופולרי, ובכל גיליון היו המון המון המון ידיעות דומות לזו והרבה כתבות ומאמרים שונים על כל מיני המצאות וחידושים ופיתוחים שכל אחד בפני עצמו נראה כמו פריצת דרך טכנולוגית אמיתית, אינני יודע כמה מהדברים שהוצגו בגליונות השונים באמת הבשילו לבסוף לכדי מוצר מוגמר או משהו שימושי או מועיל.

    אני לוקח את הכל בערבון מוגבל.

  3. מסכים עם 3 ו 4 אבל חולה על הכתבות שלו. נקודות אור חשובות בידען. קדמת הטכנולוגיה וחלון לעולם מדהים של כמיה שלא הייתי נחשף אליו לעולם אם לא ד"ר נחמני

  4. הוא כמו עובד קבלן, עושה את העבודה והולך 🙂
    באמת, רצוי קצת שתגיב ותנסה לענות לפחות לחלק מהשאלות ששואלים…

  5. משה, מדוע אף פעם אינך מגיב למאמרים שלך? זו שמירת דיסטנס?

    תהיה קצת יותר חברמן, דבר איתנו 🙂

  6. זה עוד שלב מרתק בהאצה שאנו חווים בהתפתחות המדע.
    זה כמו לחבר מנוע רקטי לגילויים בתחום הרפואה.
    כנראה שריי קרוצוויל צודק ובסופו של דבר אכן תהיה הכפלה של
    תוחלת החיים כתוצאה בלתי נמענת של כל שלל ההתפתחויות.
    קודם כל יותר אנשים יגיעו לגיל של 90+ בצלילות דעת ויכולת תפקודית גבוהה.
    אחר כך תהיה שליטה על ההזדקנות עצמה של התאים כך שתעשה קפיצה נוספת.
    איזו תקופה מרתקת לחיות בה.

  7. נשמע מאוד מאוד מבטיח. בהיברידיזציה גנטית יש היום צ'יפים עם עשרות אלפי מבחנים עלייהם, גם כן – בגודל של ס"מ מרובע אחד. אני מניח שהקושי במזעור נובע מצוואר הבקבוק שהוא גודל האנזים שמגיב – שהוא מן הסתם הרבה יותר גדול מפולינוקלאוטיד של עד כמה עשרות בסיסים והרבה פחות מכך.

    לא נכתב כאן, לכן מעניין איך נוצר הזהוי? האם בעת היקשרות הליגנד לאנזים נוצר חומר זרחני שמעיד על נוכחות החומר (ואולי אפילו על כמותו)? או שהאנזימים מהונדסים גנטית למתן תוצר אחר שניתן לזהוי?

    מבטיח עד מאוד. יש עתיד גדול למעבדות על שבב, הן מפני שההכנות לקראת המבחנים השונים לא לוקחות תפקיד בקביעת התוצאה הסופית והן בהפחתה משמעותית לאין שעור של עלות ריאקציות אנזימטיות יקרות ערך המצריכות כמויות של אנזים לצורך דיטקציה (ברחה לי המילה בעברית).

    מי ייתנני שבב

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן