כדורים ננומטריים חלולים דמויי כדורגל הוכנו במעבדה באמצעות מולקולות מחומשות דביקות, תוך חיקוי המנגנון שבו נוצרים בטבע נגיפים כדוריים

כדורים ננומטריים חלולים דמויי כדורגל הוכנו במעבדה באמצעות מולקולות מחומשות דביקות, תוך חיקוי המנגנון שבו נוצרים בטבע נגיפים כדוריים

גופים כדוריים שונים נפוצים בטבע הן בעולם החי והן בעולם הדומם. הם נוצרים בדרך כלל מהתלכדות של תת יחידות על פי הסימטריה של עשרימון או תריסרון, שהם הפאונים המשוכללים הקרובים ביותר לסימטריה כדורית. ניתן לראות את התופעה הזאת בכל קנה מידה, החל ממולקולות קטנות, כגון כדורי-באקי (פחמן-60), נגיפים (וירוסים) כדוריים, ועד לכדורגל ולמבנים גיאודזיים בארכיטקטורה. הנגיפים הכדוריים מיישמים את הסימטריה הזאת כדי לבנות לעצמם קליפות כדוריות שקוטרן החיצוני מגיע ל- 15 עד 500 ננומטר. הקליפות הללו בנויות מתת-יחידות חלבוניות, אשר מתלכדות באופן ספונטני בתנאים המתאימים, ומתפרקות בתנאים אחרים, ובכך מאפשרות את מעגל החיים הנגיפי. קליפות הנגיפים מלמדות אותנו שיעור חשוב לגבי האופן שבו ניתן לבנות גופים כדוריים מלאכותיים.

לחיקוי כימי של כדורים נגיפיים יכולים להיות יישומים רבים, כגון אריזה ושינוע של תרופות וחומרים רגישים אחרים, סינתזה של חלקיקים ננומטריים בגודל אחיד, שליטה בפעילות הכימית של חומרים שונים, שיטות אנליטיות, קטליזה, ארכיטקטורה ברמה מולקולרית ואפילו חיסון בטוח על ידי אנטיגנים סינתטיים שאינם דומים לנגיפים המקוריים. כמו במקרה של נגיפים טבעיים, מבנים אלה נועדו להווצר ולהתפרק בתנאים סביבתיים מבוקרים.

בשנת 2007 הציע חלק מצוות החוקרים אסטרטגיה סינתטית כללית לבנייה של קליפות כדוריות באמצעות התלכדות עצמית של 12 אריחים מחומשים על פי מנגנונים כימיים שונים, באופן המזכיר בנייה של כדורגל (איור 1). למרות שהרעיון נראה פשוט, מימושו הניסיוני היה קשה והניסויים נמשכו יותר מ-12 שנים, ללא הצלחה, גם בקבוצות מחקר אחרות. בסופו של דבר הצליחו חוקרי הטכניון, פרופ׳ אהוד קינן וד״ר אפרת סולל, תוך שיתוף פעולה עם קבוצת מחקר מהאוניברסיטה הלאומית של טאיוואן בראשות פרופ׳ אי-צו צ׳אן, לממש את האסטרטגיה הנ״ל באמצעות התלכדות עצמית של 12 אריחים מחומשים דמויי קערה, אשר התחברו באמצעות קטיונים של המתכת קדמיום. כך נוצר כלוב כדורי ענק הבנוי מ-12 אריחים מחומשים ו-30 יוני קדמיום, שקוטרו החיצוני 6 ננומטר ועובי קליפתו 1 ננומטר. המאמר פורסם השבוע בכתב העת היוקרתי Nature Communication.

איור 1: שלוש אסטרטגיות אפשריות לבניית כדורים מאריחים מחומשים: a: אריחים הנדבקים אלו לאלו באופן ישיר, b: אריחים הנקשרים באמצעות מחברים קוויים, c: אריחים הנקשרים באמצעות מחברים משולשים.

Chemical mimicry of viral capsid self-assembly via corannulene-based pentatopic tectons. Yu-Sheng Chen, Ephrath Solel, Yi-Fan Huang, Chien-Lung Wang, Tsung-Han Tu, Ehud Keinan & Yi-Tsu Chan. Nature Communications

volume 10, Article number: 3443 (2019).

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11457-6