"למה בחרת ללמוד כימיה?" היא שאלה שאני שומע לא פעם. בדרך כלל אני עונה - כי זה הבסיס של כל דבר. העולם שסביבנו מורכב ממולקולות, מבנים קטנטנים של אטומים שמחוברים יחד בצורות שונות. גם האוויר שאנחנו נושמים, גם המים שאנחנו שותים, גם החומרים שמהם עשויים בגדים, פלסטיק, ואפילו תרופות – בעצם הכול כימיה. כשמבינים את זה, קשה להישאר אדישים לתחום.
הקסם של הכימיה בעיניי טמון ביכולת לבנות דברים חדשים מהבסיס – לקחת אטומים, לחבר אותם במדויק וליצור משהו שלא היה קיים קודם. אבל הדרך לשם לא פשוטה. מולקולות רבות בטבע בנויות בצורות ספציפיות מאוד. זה טוב בשבילן - אבל פחות טוב בשביל מי שמנסה לשנות אותן לצרכים חדשים, כמו למשל פיתוח תרופה חדשה.
"לשבור" טבעות שטוחות - ולבנות מהן עולם חדש
במעבדה שלנו אנחנו עוסקים באתגר מסוים: לקחת מולקולות טבעתיות שטוחות ויציבות - שמכונות "ארומטיות" - ולשבור אותן באופן מדויק כדי להפוך אותן למולקולות תלת-ממדיות מורכבות יותר, שנקראות "אליפטיות". למה זה חשוב? מתברר שרוב התרופות היום מכילות חלקים אליפטיים שמשפרים את התכונות הפיזיקליות שלהן ובכך את הפעילות שלהן.
מעבר לך, הצורה התלת-ממדית מאפשרת להן לעבור אינטראקציות מדויקות יותר בגוף שלנו, שגם הוא מורכב ממיליוני מולקולות תלת-ממדיות, בדיוק כמו ההתאמה שבין המפתח למנעול. מבנה תלת-ממדי מתאים הוא המבדיל בין תרופה יעילה לבין תרופה שאינה פועלת במקרה הטוב וגורמת לתופעות לוואי במקרה הרע.
2 צפייה בגלריה
המחשה כיצד אטום הפלואור מכתיב סדר במבנה המרחבי של המולקולות
(צילום: מתוך המאמר: R. Mondal, M. Agbaria, Z. Nairoukh, Fluorinated Rings: Conformation and Application, Chem. Eur. J. 2021, 27, 7193)
הגישה שפיתחנו ייחודית בכך שהיא משתמשת במולקולות פשוטות ונגישות והופכת אותן, דרך תהליך כימי אחד, לבסיס לתרופות פוטנציאליות. בעזרת אותו תהליך נוכל לעשות במולקולות אלו שינויים נקודתיים שמאפשרים לשלוט בפעולתן. במילים פשוטות: במקום סינתזות מסורבלות שדורשות עשרות שלבים אנחנו מפתחים "קיצורי דרך" שיכולים לייעל במידה ניכרת את שלבי פיתוח התרופות.
לשלוט בצורה - כדי לשלוט בפעולה
אבל זה לא סוף פסוק. אחרי שהרכבנו את המולקולות מגיע שלב קריטי נוסף: להבין איך הן נראות במרחב ואיך אפשר לשלוט בצורה המרחבית שלהן. מתברר שמולקולות אליפטיות אינן נשארות במבנה קבוע. הן גמישות ומשנות את הצורה המרחבית שלהן בקלות. תרופה פוטנציאלית שנראית נכונה במבחנה יכולה להתנהג בצורה לא מדויקת בגוף – פשוט כי צורת המולקולות שלה משתנה.
וכאן נכנס הפרויקט השני שלנו: לקבע את הצורה המרחבית של המולקולות האליפטיות. אנחנו עושים זאת באמצעות התמרה מדויקת של אטומי פלואור, יסוד (אלמנט) ייחודי שביכולתו לייצר אינטראקציות פנימיות בתוך המולקולה שמקבעות את צורתה. הרעיון הוא לא רק "לקבע" את המבנה אלא גם לשלוט בו באופן מבוקר – כלומר לאפשר שינוי צורה כשאנחנו רוצים, כמו "מתג".
למה זה חשוב?
כי כשאנחנו מבינים את הצורה המרחבית של המולקולות ויכולים לקבע אותה ולשלוט בה, אולי נוכל לפתח תרופות מדויקות יותר, בטוחות יותר וסלקטיביות יותר – שפועלות רק כשצריך ובמקום שצריך. בשלב זה אנחנו מתמקדים במולקולות פשוטות יחסית, אבל הידע הזה יוכל בעתיד להביא לפיתוח תרופות מתקדמות, שיש לנו שליטה טובה יותר על פעולתן, וללא תופעות לוואי מיותרות.
בסופו של דבר, מה שאנחנו עושים הוא לחבר בין מדע בסיסי עמוק – איך בונים מולקולה ואיך שולטים במבנה המרחבי שלה – לבין שאלות יישומיות של בריאות.
ד"ר זכרייה (זאק) ניירוך הוא חבר סגל במכון לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים. קבוצת המחקר שלו מתמקדת בפיתוח מתודולוגיות חדשות המאפשרות הכנה של מגוון רחב של מולקולות מורכבות המכילות קבוצות פונקציונליות פעילות.
"חוקרים פרטיים" הוא מדור ב-ynet שבו חוקרים מסבירים מדוע החליטו לעסוק בתחום המחקר שלהם. המדור נערך בסיוע פרופ' נעמה גבע-זטורסקי ופרופ' ארז בן-יוסף מהאקדמיה הצעירה הישראלית.
