שני גלאים בננו-חלקיק אחד

כימאים הצליחו לפתח ננו-חלקיקים חדשניים שיוכלו לבצע, בו זמנית, שני סוגי דימות – תהודה מגנטית ופלואורסצנטיות, בבע"ח. חלקיקים מעין אלו יוכלו לסייע למדענים לעקוב אחר מסלולן של מולקולות מוגדרות הנוצרות בגוף, לנטר את סביבתו של גידול סרטני ואף לקבוע אם התרופות שניטלו הגיעו בהצלחה ליעדן הרצוי

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

כימאים הצליחו לפתח ננו-חלקיקים חדשניים שיוכלו לבצע, בו זמנית, שני סוגי דימות – תהודה מגנטית ופלואורסצנטיות, בבע"ח. חלקיקים מעין אלו יוכלו לסייע למדענים לעקוב אחר מסלולן של מולקולות מוגדרות הנוצרות בגוף, לנטר את סביבתו של גידול סרטני ואף לקבוע אם התרופות שניטלו הגיעו בהצלחה ליעדן הרצוי.

כימאים ממכון מסצ'וסטס לטכנולוגיה (MIT) הצליחו לפתח ננו-חלקיקים חדשניים שיוכלו לבצע, בו זמנית, שני סוגי דימות – תהודה מגנטית ופלואורסצנטיות, בבע"ח חיים. חלקיקים מעין אלו יוכלו לסייע למדענים לעקוב אחר מסלולן של מולקולות מוגדרות הנוצרות בגוף, לנטר את סביבתו של גידול סרטני ואף לקבוע אם התרופות שניטלו הגיעו בהצלחה ליעדן הרצוי. במאמר, שפורסם בכתב-העת המדעיNature Communications, החוקרים הדגימו את השימוש בחלקיקים החדשים, הכוללים בתוכם גלאים מובחנים לתהודה מגנטית ולפלואורסצנטיות, לשם המעקב אחר ויטמין סי בעכברים. כאשר ריכוז הוויטמין גבוה, החלקיקים מציגים אות פלואורסצנטי חזק עם ניגודיות חלשה של תהודה מגנטית (MRI). אם ריכוז הוויטמין נמוך, מתקבל אות תהודה מגנטית חזק יותר והאות הפלואורסצנטי הופך לחלש.

גרסאות עתידיות של החלקיקים תוכלנה לשמש עבור הגילוי של צורוני חמצן פעילים הקשורים לעיתים קרובות להתפתחותן של מחלות שונות, כך אומר Jeremiah Johnson, פרופסור לכימיה ב-MIT והכותב הראשי של המאמר. ניתן יהיה גם לתכנן את החלקיקים כך שיוכלו לגלות יותר ממולקולה יחידה בו-זמנית. "ניתן ללמוד הרבה יותר על התפתחותן של מחלות אם משתמשים בגלאי דימות המאפשרים חישה של ביו-מולקולות מוגדרות," מוסיף ואומר החוקר הראשי.

החוקרים עיצבו את החלקיקים שלהם בצורה כזו שניתן לבנות אותם מאבני-בניין המורכבים משרשראות פולימריות המחוברות לחומר ניגוד אורגני (nitroxide) המשמש בדימות של תהודה מגנטית או למולקולה פלואורסצנטית (Cy5.5).

כאשר מערבבים את שני המרכיבים הללו ביחסים רצויים, אבני-הבניין מתחברים יחדיו ליצירת ננו-מבנה מוגדר שאותו מכנים החוקרים 'פולימר בצורה של מברשת צנצנות מסועפת' (branched bottlebrush polymer). עבור מחקר זה הם סנתזו חלקיקים המורכבים מ-99% של שרשראות הנושאות ניטרוקסידים ו-1% בלבד של המולקולה הפלואורסצנטית.

ניטרוקסידים (Nitroxides) הן מולקולות פעילות מאוד המכילות אטום חנקן הקשור לאטום חמצן בעל אלקטרון יחיד. מולקולות אלו מדכאות את הקרינה הפלואורסצנטית של המרכיב השני (Cy5.5), אולם כאשר הניטרוקסיד בא במגע עם מולקולה שממנה הוא יכול לקבל אלקטרון נוסף, כמו וויטמין סי, הוא הופך לבלתי פעיל והמרכיב השני מתחיל לזהור בקרינה פלואורסצנטית. לניטרוקסידים יש, בדר"כ, זמן חיים קצר מאוד במערכות חיות, אולם אחד מהמדענים השותפים למחקר גילה לאחרונה כי ניתן להאריך את זמן החיים שלהם ע"י חיבור שתי קבוצות כימיות גדולות אליהם. יתרה מכך, הכותבים הראו כי השילוב של ניטרוקסיד בתוך מבנה הפולימר מוביל לשיפורים עוד יותר גדולים מבחינת משך חייו של הניטרוקסיד. בעקבות שינויים אלו, ניטרוקסידים יכולים להישאר במחזור הדם למשך שעות אחדות – מספיק זמן שיאפשר לבצע מדידות MRI שימושיות.

החוקרים מצאו כי חלקיקי הדימות שלהם מצטברים בכבד, כפי שקורה בדרך כלל עבור ננו-חלקיקים. הכבד של העכבר מייצר וויטמין סי, כך שברגע שהחלקיקים מגיעים לכבד הם מקבלים שם אלקטרונים מהוויטמין, מכבים בעקבות זאת את אות ה-MRI ומגבירים את הפלואורסצנטיות. החוקרים גם לא מצאו כל אות MRI במוח, אך כן מצאו שם רמה נמוכה של פלואורסצנטיות, איבר המהווה יעד להרבה מכמות וויטמין הסי הנוצר בכבד. בניגוד לכך, במחזור הדם ובכליות, שם ריכוז וויטמין הסי נמוך, אות ה-MRI היה ברמתו המרבית.

החוקרים עובדים כעת על הגברת הפער המתקבל בין שני סוגי האותות כאשר הגלאי פוגש במולקולת מטרה כגון וויטמין סי. החוקרים גם הצליחו לייצר ננו-חלקיקים המסוגלים לשאת בתוכם את החומר הקורן יחד עם עד שלוש תרופות שונות. זה מאפשר לחוקרים לבחון אם אכן הננו-חלקיקים מגיעים ליעדיהם הדרושים. "זהו היתרון הגדול של המערכת שלנו – אנו יכולים לערבב, להתאים ולהוסיף כמעט כל חומר שנרצה," אומר החוקר הראשי.

חלקיקים אלו יוכלו לשמש גם עבור הערכת שיעור ריכוזם של רדיקלים של חמצן בגידולים סרטניים, ממצא שיוכל לספק מידע חיוני בנוגע למידת החומרה של הסרטן. "אנו סבורים כי ניתן לחשוף מידע בנוגע לסביבת הסרטן בעזרת גלאים אלו, זאת אם נוכל להביא אותם לשם," טוען החוקר הראשי. "ביום מן הימים נוכל להזריק את ננו-החלקיקים הללו לתוך מטופל ולקבל מידע ביוכימי בזמן אמת בנוגע לאתרי מחלות ולעקוב אחר רקמות בריאות בתוכו, מנגנון שאינו כה פשוט כיום."