أجرى هذا العمل ميخائيل كولوكولوف وناتاليا سانيكوفا، طالبا الدراسات العليا في قسم الفيزياء بجامعة "إن.غي.أو" الحكومية، وباحثان في مختبر الرنين الإلكتروني البارامغناطيسي التابع للمركز الدولي للتصوير المقطعي. وقد اكتشفا أن ارتباط أنواع مختلفة من المحسِسات الضوئية يمكن أن يحدث في مواقع غير قياسية على الألبومين وفي مواقع متعددة في آنٍ واحد.
عندما تدخل الأدوية جسم الإنسان، فإنها ترتبط بشكل أساسي ببروتينات الدم. تعتمد فعالية أي دواء على ارتباطه بألبومين المصل، وهو بروتين موجود في بلازما الدم مسؤول عن نقل المواد داخل الجسم. تؤثر درجة ارتباط الدواء بهذا البروتين بشكل كبير على تأثيره، حسب ما ورد في بوابة روسيا العلمية "
ساينتيفيك روسيا"، فإذا كان الارتباط قويا جدا، سينخفض تركيز الدواء في الدم، بينما إذا كان الارتباط ضعيفا، فقد يتوزع الدواء بشكل غير متساوٍ في جميع أنحاء الجسم أو حتى يتلف دون تحقيق الغرض منه.
في منهجهم، جمع العلماء بين أساليب النمذجة الجزيئية والبيانات التجريبية المستقاة باستخدام الرنين الإلكتروني البارامغناطيسي، الذي يسمح بتحديد بنية المركبات بناء على امتصاصها للموجات الميكروية، حددوا في البداية مواقع ارتباط الدواء بالبروتين المحتملة باستخدام الحسابات، ثم أجروا دراسات مطيافية الرنين الإلكتروني البارامغناطيسي، ثم طبقوا النتائج التجريبية والحسابات الحاسوبية لتحسين تكوين هذه المواقع.
أوضح الباحث ميخائيل كولوكولوف أنه "نظريا، من الممكن تحديد مكان ارتباط جزيء ببروتين دون أي تجارب؛ ببساطة باستخدام الحسابات. ومع ذلك، اتضح عمليا أن هذه الطرق تؤدي إلى أخطاء كبيرة، ولتبسيط خوارزميات الحساب غالبا ما يكون العلماء غير متأكدين من نتائجهم. علاوة على ذلك، يمكن أن تنتج طرق الحساب عدة مواقع ارتباط محتملة ومواقعها. وغالبا، من منظور حسابي، تكون هذه الخيارات متساوية الاحتمالية".
ونوه كولوكولوف إلى أنه لهذا السبب "فإن طريقة الحساب ليست دقيقة بما يكفي، ولا ينبغي الاعتماد عليها كليا. ومع ذلك، فهي لا تزال مفيدة لأنها توجه الأبحاث التجريبية، ما يسمح لنا بتضييق نطاق مواقع الارتباط المحتملة. وبفضل ذلك، يمكننا استخدام مسافاتنا التجريبية، التي نثق بها، إلى جانب طرق الحساب لتحديد وجود جزيء على بروتين بدقة كافية".
اختبر العلماء نهجهم المدمج من خلال دراسة ارتباط الألبومين بالمحسِّسات الضوئية، وهي مواد طبيعية أو صناعية تستخدم في الطب، على سبيل المثال، في العلاج الضوئي الديناميكي، حيث تتراكم في الخلايا المريضة ويتم تنشيطها بالضوء، ما يؤدي إلى موتها.
ويعتبر العلاج الضوئي الديناميكي للسرطان طريقة واعدة للغاية لأنه، على عكس العلاج الكيميائي التقليدي، يستهدف الأورام المعرضة للضوء فقط. مع ذلك، لا تُستخدم هذه الطريقة لعلاج السرطان على نطاق واسع حاليا نظرا لعيوب المحسِسات الضوئية.
يواجه العلماء تحدي تحسين امتصاصها للضوء، وانتشارها في جميع أنحاء الجسم، وتراكمها في الأورام، وتعد دراسة مواقع ارتباط الألبومين في المحسِسات الضوئية مهمة لتحسين توزيعها في جميع أنحاء الجسم وزيادة تركيزها في الأورام، ما يسهم في زيادة الفعالية العلاجية. لذلك، يكتسب العمل في هذا المجال أهمية سريرية بالغة.
لذا حدد العلماء مواقع ارتباط سبعة مركبات لا تزال تفاعلاتها الهيكلية مع الألبومين غير واضحة، وأظهر النهج الجديد أن الارتباط يمكن أن يحدث في مواقع غير قياسية على الألبومين وفي مواقع متعددة في آنٍ واحد لأنواع مختلفة من المحسِسات الضوئية.
واختبر العلماء فعالية نهجهم المركب باستخدام عدة محسِّسات ضوئية. ولإثبات آليات الارتباط المختلفة، استخدموا مركبات ذات جزيئات ذات شحنات كهربائية مختلفة (سالبة، موجبة، ومتعادلة). واتضح أنه، بناء على هذا العامل، ترتبط هذه المركبات بالبروتين بشكل مختلف، والذي كان في هذه الحالة سالب الشحنة.
حيث تستقر الجزيئات ذات الشحنة الموجبة أو المتعادلة على سطح البروتين المشحون سالبا، مشكلة رابطة غير مستقرة، إذ يمكنها الانفصال مؤقتا ثم إعادة الارتباط. تتصرف الجزيئات المشحونة سالبا بشكل مختلف، إذ تخترق الجيوب على سطح البروتين وتبقى هناك بثبات. ومع ذلك، في هذه الحالة، يلعب حجمها دورًا رئيسيًا.
فالجزيئات الصغيرة نسبيا تتلاءم تمامًا مع هذه الجيوب، وتشكل رابطا فعالا للغاية، بينما تتصرف الجزيئات الأكبر حجما بشكل مختلف. وقد أظهرت التجارب أنه كلما صغر حجم الجزيء وازداد اندماجه في هذه الجيوب، زاد عدد الجزيئات في الموقع، أما التجارب التي تستخدم جزيئات أكبر تتلاءم بحرية أقل مع هذه الجيوب، فتُنتج عدد جزيئات أقل ورابطا أقل فعالية.
وقد لاحظ الباحثون هذه العمليات مباشرة في التجارب. هذا السلوك الجزيئي منطقي، لكن الطرق الحسابية لا تفسره. فبينما يُمكن لهذه الطرق تحديد كيفية ارتباط الجزيء بالبروتين، إلا أنها لا تحدد كيفية تأثير ذلك على البروتين نفسه، فإذا تلاءمت الجزيئات الصغيرة بحرية مع هذه الجيوب، فلا تحدث تغييرات كبيرة. أما الجزيئات الكبيرة، فيمكنها تغيير بنية البروتين. غالبا ما لا تلتقط الطرق الحسابية هذا، لكن الباحثين صحّحوا هذه الأخطاء وعدم الدقة أثناء تجاربهم.
ويوضح كولوكولوف قائلا: "في جميع تجاربنا في هذه الدراسة، أظهرنا بدقة ذرية أماكن ارتباط جزيئات هذه المركبات بالألبومين، وهو بلا شك أمر جديد في تطوير مثبتات الضوء. سيسمح النهج المشترك الذي طورناه بتحليل أكثر دقة بكثير للمركبات المضادة للسرطان، وسيكون تطوير أدوية جديدة لعلاج الأورام أبسط وأسرع. من خلال الجمع بين التحليل الحاسوبي وبيانات الرنين المغناطيسي الإلكتروني، تمكنّا من تقليل عدد العمليات الحسابية والتجارب التي تتطلب جهدا كبيرا، مما أسهم في تبسيط عملية تحديد التفاعلات بين الألبومين والمحسسات الضوئية".
وختم الباحث "نعتقد أن عملنا سيمكننا من التنبؤ بأفضل المركبات الواعدة للعلاج الضوئي الديناميكي المضاد للسرطان. نخطط الآن لتطبيق نهجنا لدراسة كيفية ارتباط المحسسات الضوئية بجزيئات الحمض النووي".
