גלאי אופטי חדשני יוכל לקבוע את הכיראליות של מולקולות

צוות חוקרים הצליח לפתח גלאי אופטי ננומטרי שיוכל, לראשונה אי פעם, לגלות באופן יעיל את הכיראליות של מולקולות – תכונה מרחבית של המולקולה הקובעת את המאפיינים הביוכימיים שלה

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

צוות חוקרים מהאוניברסיטה של מרכז פלורידה הצליח לפתח גלאי אופטי ננומטרי שיוכל, לראשונה אי פעם, לגלות באופן יעיל את הכיראליות של מולקולות – תכונה מרחבית של המולקולה הקובעת את המאפיינים הביוכימיים שלה. קביעת הכיראליות של מולקולה מהווה מדד קריטי בתחום של פיתוח תרופות חדשות.

דמיינו את המולקולות כבעלות ידיים זעירות. שתי הידיים הללו אינן זהות, אולם הן אחראיות באופן כמעט שווה לאותם תפקידים. ניתן לאחוז, ללחוץ, לחבוט ולפתוח את הידיים שלך, ללא תלות אם אתה משתמש ביד הימנית או השמאלית שלך. אולם, כאשר מתמקדים בפונקציות מסוימות, כגון כתיבה, יש הבדל אם אתה ימני או שמאלי. מדענים נאבקים בכדי לקבוע אם מולקולות הן בעלות פונקציות ייחודיות ימניות או שמאליות, בגלל שהמאפיינים הפיזיקליים שלהן, כגון אורך, משקל, צפיפות, אלסטיות, וכיו”ב, נראים כזהים.

חוקרים מהאוניברסיטה של מרכז פלורידה מצאו דרך ייחודית לבצע זאת – יחסי הגומלין שבין האור ובין ננו-מבנה שעוצב במיוחד לשם כך, מיצרים שדה אור כיראלי עוצמתי, המכונה בשם ‘אור סופר-כיראלי’. לננו-מבנה כזה אין כיראליות גיאומטרית, ועדיין, הוא מייצר שתי אלומות אור בעלות כיראליות מנוגדת אחת לשנייה (שמאלית או ימנית) לפי דרישה. כאשר הכיראליות של האלומה והחומר נפגשות, בדיוק כמו ללחוץ ידיים בעזרת היד הימנית שלנו, מתרחש זיהוי מוצלח. לפיכך, לשדה אור מסתובב זה יש את היכולת לחפש ולאתר כל מולקולה כיראלית, למשל, תרופה, חלבונים או מקטעי דנ”א. שדה האור מאפשר למדענים “לראות” את הידיים הזעירות, כביכול.

“קביעת הכיראליות מהווה כלי חיוני בתעשיית פיתוח התרופות, כאשר גם לתרופות כיראליות שסונתזו זה עתה, יש כיראליות קבועה המתקבלת במהלך הסינתזה,” אמר החוקר הראשי. “אולם, בעוד שכיראליות מסוג אחד מהווה את הרכיב הפעיל שבתרופה, הכיראליות המנוגדת עלולה להיות רעילה או לגרום לתופעות לוואי מזיקות. כתוצאה מכך, האפיון הטוקסיקולוגי והפרמקולוגי של הכיראליות הוא בעל תפקיד מכריע בתעשיית התרופות הרוקחיות ונדרש בהתאם להוראות של הרשויות המאשרות שיווק תרופות”.

בזכות היכולת לאתר כיראליות ברמה כזו, למדענים תהיה דרך טובה יותר לזהות גורמים העלולים לגרום לתופעות לוואי מזיקות ואפילו לפתח תרופות חדשות מצילות חיים. החוקרים הצליחו להראות כי השיטה שלהם רגישה פי ארבעה יותר משיטות קיימות אחרות, זאת ללא הצורך בהכנות נרחבות ומפרכות של הדוגמה ותוך שימוש בנפח הרבה יותר קטן של החומר. גלאי הכיראליות, המורכב מרצועה אופטית יחידה וזעירה, ואשר מיוצר במסגרת שיטת ננו-הטבעה זולה המאפשרת ציפוי של אזורים נרחבים, בהכרח יוביל להשגת תועלות רבות בתחומים של פיתוח תרופות וזיהוי מבנים מרחביים של חלבונים, תוך קבלת ממצאים חשובים לשם ההבנה והטיפול במחלות רבות, כך לפי החוקרים.

תקציר המאמר

הידיעה על המחקר