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

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