קפסולות משי זעירות המדמות גלמים של זחלי משי עשויות לשמש להובלת נוגדנים ותרופות

קפסולות המשי חזקות מספיק כדי להגן על מולקולות רגישות, כגון נוגדנים או חלבונים אחרים. בעתיד אפשר אולי יהיה להשתמש בקפסולות על מנת לשלוח תרופות או חיסונים לאיבר הרצוי בגוף, כך שלא יתפרקו בדרך.

בקצב של 7.5 מטרים בשעה עוטף עצמו זחל המשי בפקעת, ומכין עצמו לשלב הבא של חייו – גולם חסר תנועה שיהפוך בתוך ימים לפרפר. מחזור החיים המתגלגל של זחל המשי ריתק את דמיונם של בני האדם לאורך שנים, אבל האם ניתן גם לטוות ממנו מחקר מדעי? ד”ר אוליאנה שימנוביץ, חוקרת חדשה במכון ויצמן, ושותפיה למחקר הצליחו לייצר קפסולות משי זעירות המדמות את הגלמים העוטפים את זחלי המשי. קפסולות אלה יכולות לשמש ל”הובלה” של מטען רגיש, כגון חלבוני משי טבעיים, נוגדנים בעלי תכונות רפואיות, או כל מולקולה עדינה אחרת. המחקר, אשר התפרסם לאחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications, עשוי להוביל ליישומים חדשים בתעשיות התרופות, הקוסמטיקה והמזון.

עד עתה היה השימוש בתעשייה ובמחקר בחלבוני משי, שמהם טווים זחלי משי ועכבישים את קוריהם האלסטיים, מוגבל ביותר, מפני שברגע שמחלצים את החלבונים האלה מהחיה, יש להם נטייה לייצר ננו-סיבים הנדבקים זה לזה. במקום זאת, נוהגים להשתמש בסיבי משי שבוצע בהם עיבוד כימי. אולם, ד”ר שימנוביץ, מהמחלקה לחומרים ופני השטח במכון, שמה לה למטרה להבין את המערכת הטבעית אשר מונעת מחלבוני משי להידבק זה לזה בתוך הבלוטה של זחל המשי או העכביש – ולחקות אותה. שימנוביץ עשתה זאת במסגרת הלימודים הבתר-דוקטוריאליים שלה בהנחיית פרופ’ תואומס נואולס מאוניברסיטת קיימברידג’. במחקר השתתפו גם חוקרים מאוניברסיטאות קיימברידג’, אוקספורד ושפילד בבריטניה, ומהמכון הטכנולוגי של ציריך.

זחלי משי מאחסנים את חלבוני המשי שלהם בתוך בלוטות כשהם במצב צבירה נוזלי. מתוך מאגר זה טווים הזחלים את קוריהם כדי לבנות את הגולם המגן, שיאפשר להם להתגלגל בהמשך לפרפר. ד”ר שימנוביץ ועמיתיה פיתחו שיטה לסינתזה של קפסולות זעירות המדמות, בסדר גודל מיקרוסקופי, את התהליך של יצירת הגלמים בזחלי המשי. לשם כך הניחו המדענים חלבונים שהופקו מהזחלים בתוך תעלות מיקרוסקופיות על גבי שבב של חומר פולימרי שנגזר מסיליקון, וגרמו לכך שמולקולות החלבון ירכיבו את עצמן בתוך התעלות ויתקרשו לחומר דמוי ג’ל. בתוך הג’ל נוצרו קפסולות מיקרוסקופיות, ובתוכן נשאר שאר החלבון מוגן בתוך תמיסה, בדיוק כמו בבלוטות המשי של הזחלים. באמצעות שליטה על מידת הצמיגות של התמיסה ועל הכוחות הפועלים עליה, הצליחו המדענים לשלוט בצורתן של הקפסולות – עגולות או גליליות – ועל גודלן, מ-300 ננומטרים עד ליותר מ-20 מיקרונים. חלבוני המשי הטבעיים נשמרו בתוך הקפסולות במשך זמן בלתי-מוגבל מבלי שאיבדו את תכונותיהם ואת יכולת התיפקוד שלהם. “ייצור קפסולות מחומרים סינתטיים הוא תהליך מורכב הדורש הרבה אנרגיה. לעומת זאת, את קפסולות המשי קל יותר לייצר, וזה דורש הרבה פחות אנרגיה. יתר על כן, משי הוא חומר ביולוגי מתכלה”, מסבירה ד”ר שימנוביץ.

קפסולות המשי חזקות מספיק כדי להגן על מולקולות רגישות, כגון נוגדנים או חלבונים אחרים, וכדי למנוע אובדן תכונות רצויות של מולקולות אלה. בעתיד אפשר אולי יהיה להשתמש בקפסולות על מנת לשלוח תרופות או חיסונים לאיבר הרצוי בגוף, כך שלא יתפרקו בדרך. יותר מכך, ד”ר שימנוביץ מדגישה כי הקפסולות הזעירות יכולות לעבור גם את “מחסום דם-מוח”, וכך לאפשר אולי לפתח בעזרתן תרופות חדשות למחלות עצבים ניווניות, כגון אלצהיימר או פרקינסון.

היות שהקפסולות מתפרקות בגוף, אפשר אולי גם למצוא להן שימוש בתעשיית המזון, למשל כדי להחדיר ללחם או לסוגי מזון אחרים חומרים ביולוגיים המועילים לבריאות, כמו שומנים בריאים. יישומים אפשריים נוספים של חלבוני משי טבעיים בתוך הקפסולות החדשות כוללים פיתוח טיפולי עור לריפוי כוויות, או לשימוש כחומרי קוסמטיקה ועיצוב סיבים אלסטיים חזקים להנדסת רקמות; למשל, כדי ליצור שתלים ביולוגיים משופרים.

בסרטון: ייצור הקפסולות המיקרוסקופיות כפי שנקלט במצלמת פנטום במהירות 700 אלף תצלומים לשנייה (© 2017 Knowles Group):