البدائل الاصطناعية للأجسام المضادة

قام الكيميائيون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) ومعهد سكريبس للأبحاث بتطوير طريقة مبتكرة لإنتاج مواد رخيصة ولكنها مستقرة للغاية يمكن أن تحل محل الأجسام المضادة المستخدمة اليوم في العديد من اختبارات التشخيص الطبي.

قام الكيميائيون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) ومعهد سكريبس للأبحاث بتطوير طريقة مبتكرة لإنتاج مواد رخيصة ولكنها مستقرة للغاية والتي يمكن أن تحل محل الأجسام المضادة المستخدمة اليوم في العديد من اختبارات التشخيص الطبي.

قام الباحث جيمس ر. هيث، أستاذ الكيمياء، مع ك. باري شاربلس، أستاذ الكيمياء بمعهد سكريبس والحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2001، وزملاؤهما بالإبلاغ عن الطريقة المتطورة في العدد الأخير من مجلة Angewandte Chemie.

في العام الماضي، أعلن البروفيسور هيث وزملاؤه عن تطوير شريحة باركود-دم مدمجة، وهو جهاز تشخيص طبي بحجم شريحة مجهرية، قادر على فصل واختبار العشرات من البروتينات في قطرة دم. تستخدم شريحة الباركود الأجسام المضادة، والبروتينات التي تساعد الجهاز المناعي على التعرف على المركبات الأجنبية الضارة مثل البكتيريا والفيروسات والارتباط بها وإزالتها - أو البروتينات الأجنبية الأخرى.

يوضح الباحث: "السبب الذي يمنعنا من اختبار مائتي بروتين في نفس الوقت على شريحة الباركود يكمن في أننا نستخدم بروتينات باهظة الثمن وغير مستقرة". "لقد شعرنا بالإحباط لفترة طويلة بسبب القيود المفروضة على الأجسام المضادة، وبالتالي أردنا إيجاد بدائل فعالة لها - مواد تسمى "عوامل التقاط البروتين" - والتي تكون قادرة على الارتباط ببروتين معين بطريقة انتقائية وقوية للغاية بينما والحفاظ على استقرارهم لفترة طويلة."

وفي بحثهم الجديد، نجح العلماء في تطوير طريقة لتحضير سريع ورخيص لمركبات عالية الثبات، تتكون من سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية، أو الببتيدات. ويشير الباحث: "لقد سافرت من كاليفورنيا إلى شيكاغو ومعي أنبوب اختبار يحتوي على المركب وكان لا يزال نشطًا".

تعتمد هذه الطريقة على منهج "كيمياء النقر في الموقع" الذي قدمته شركة شاربلس في عام 2001، وهو نهج يتم من خلاله إنتاج المواد الكيميائية عن طريق الانضمام معًا - أو النقر - بين وحدات فرعية أصغر.

ومن أجل إنتاج مادة تلتقط بروتينًا معينًا، طور العلماء طريقة تدريجية يتم فيها تحديد موقع الوحدة الفرعية الأولى، ثم يتم استخدام هذه الوحدة، مع البروتين المناسب، لتحديد موقع الوحدة الفرعية الثانية، وهكذا. بالنسبة للوحدة الأولى، يتم ربط علامة الفلورسنت بالبروتين، والتي تقوم في الخطوة التالية بإجراء تفاعل مع مكتبة مكونة من عشرات الملايين من الببتيدات القصيرة، والتي تمثل معظم الوحدات الهيكلية المحتملة لمواد الالتقاط النهائية.

عندما يرتبط أحد هذه الببتيدات القصيرة بالبروتين المناسب، يتم تنشيط العلامة المشعة ويمكن رؤيتها ملونة على الخرزة التي تم تثبيتها عليها (أحمر أو أزرق أو أخضر، اعتمادًا على نوع العلامة)، وبالتالي تمكين التعرف على من مترافق البروتين الببتيد المطلوب.

يتم عزل الببتيد الأول -وهو نحو ثلث الحجم النهائي للمادة التي يحاول العلماء الحصول عليها- في الخطوة التالية، وتنقيته وربطه بمجموعة كيميائية نشطة تسمى الألكين. الآن هو البروتين الأساسي الذي يخضع لتفاعل آخر، مع نفس البروتين، مع مكتبة الببتيد. تحتوي مكتبة الببتيد في هذه المرحلة على بروتينات تم تعديلها بحيث توجد في نهايتها مجموعة كيميائية نشطة أخرى تسمى الأزيد. تتفاعل مجموعة الألكاين في الببتيد الأول بسهولة، باستخدام منهج الكيمياء النقرية، مع مجموعة الأزيد في الببتيد الثاني لتكوين ببتيد جديد يتكون الآن من وحدتين. ومع ذلك، يحدث التفاعل بشكل صحيح فقط عندما يتمكن الببتيد الثاني من الوصول إلى مقربة من الببتيد الأول، مما يعني أن كلا الببتيدين يجب أن يكون لهما ألفة عالية للبروتين؛ في الأساس، يوجه البروتين نفسه عملية تكوين عامل الالتقاط المناسب له.

في الخطوة التالية يتم عزل الببتيد المكون من الجزأين وتنقيته مرة أخرى، ثم يتم تعديل أحد الطرفين عن طريق إدخال مجموعة كيميائية نشطة (ألكاين أو أزيد) كما تم في الخطوات الأولى لتكوين الببتيد المكون من ثلاثة أجزاء مختلفة . يوضح الباحث أن هذا الببتيد طويل بما يكفي بحيث يكون انتقائيًا وفريدًا في تفاعله مع البروتين المستهدف.
"ما أظهره البحث الآن هو أنه في عدد قليل من التكرارات، من الممكن إنشاء رابطة ذات درجة عالية من الألفة لبروتين معين من الوحدات الهيكلية التي لم يكن ارتباطها الأصلي بالبروتين قويًا؛ "الفكرة هي تكرار خطوة المسح لمكتبة المواد عدة مرات حتى يتحسن الارتباط مع كل تكرار"، يوضح الباحث شاربلس.

يوضح الباحث: "هذا هو أبسط نوع ممكن من الكيمياء". ويشير إلى أن هذه العملية تحول مهمة صعبة للغاية إلى مهمة بسيطة للغاية، وهي مهمة تحديد موقع البروتينات التي ترتبط بشكل انتقائي وقوي ببروتينات معينة. لا أرى أي سبب يمنعنا من استبدال أي جسم مضاد بهذه الطريقة."

الأخبار من معهد البحوث