עברית

המעבדה לכימיה פיזיקאלית של מזון ולמערכות ביופולימריות להובלת חומרים התורמים לבריאות

פרופ’ יואב ליבני, הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, הטכניון, מכון טכנולוגי ישראל.

קבוצתנו מתמקדת בכימיה פיסיקאלית של ביופולימרים במערכות מימיות, אינטראקציות שלהם ושל המים עם חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך (מלחים, סוכרים, מולקולות הידרופוביות וכו’), והשפעתן על התכונות של הפולימרים או ג’לים שלהם. בצד היישומי מתמקדת פעילותנו בפיתוח מערכות פולימריות ננומטריות להובלה של חומרים התורמים לבריאות כמו ויטמינים נוגדי חמצון וחומצות שומן חיוניות (אומגה -3) להעשרת מזון ומשקאות, וכן מערכות להובלה מוכוונת-מטרה של תרופות אנטי סרטניות.

בין הפרויקטים המרכזיים שלנו:

1א. השפעת סטריאוכימיה של סוכרים על מבנה המים ועל עמידות חלבונים: סוכרים מקנים הגנה לחלבונים בפני חום יובש וקיפאון, אך מנגנוני ההגנה אינם ברורים דיים בספרות. בשילוב של סימולציות מחשב (בשת”פ עם פרופ’ שמחה סרבניק מהנדסה כימית) וניסיונות במכשור מתקדם מצאנו כי איזומרים שונים של גלוקוז מראים דרגות התאמה שונות למבנה האידאלי של מים- קרח הקסגונלי. ככל שסוכר התאים יותר (בסימולצית מחשב) להשתלב בגביש הקרח, כך מספר מולקולות המים הנקשרות אליו בתמיסה מימית גדול יותר וכן אפקט ההגנה שהוא מקנה לחלבון בפני דנטורציה בחימום הינו משמעותי יותר. מידע זה עשוי לאפשר תכנון וסינתזה של מולקולות בעלות התאמה מיטבית לקרח, שייתנו הגנה אולטימטיבית לחלבונים, אנזימים, מיקרואורגניזמים ורקמות בפני תנאי עקה קשים- ביישומים אנזימטיים/ביוטכנולוגיים תעשייתיים, או ביישומים ביורפואיים (כגון שימור רקמות בהקפאה) ואחרים.

34ב. חלבוני מזון- ככלי הובלה לחומרים נוטרסאוטיים מסיסי שמן במוצרי מזון ומשקה: בשורת מחקרים מצאנו כי חלבוני מזון אמפיפיליים שונים, כולל חלבוני חלב (מיצלות הקזאין, חלבוני מי הגבינה), חלבוני סויה, הידרופובינים מפטריות וחלבונים צמחיים מסויימים, וכן תצמידי מיארד שלהם עם אוליגו-סוכרים, קושרים ועוטפים באופן ספונטאני מולקולות הידרופוביות, כגון ויטמין D, DHA  (אומגה 3), כורכומין, ג’ניסטאין, נרינג’נין ועוד, ובכך מייצבים אותם בסביבה המימית, מעכבים/מונעים את התגבשותם, מגבירים את עמידותם חום בתהליכי הייצור, ולחמצון במהלך חיי המדף, ממסכים טעמים לא רצויים של חומרים אלה, מונעים עכירות במשקאות צלולים המועשרים בהם, ומשפרים את הזמינות הביולוגית של החומרים לגוף בעת העיכול.

2
ג. פיתוח מערכות הובלה מתוחכמות להכוונת תרופות אנטי-סרטניות דרך הדם או מערכת העיכול, להתגברות על עמידות של הגידולים לתרופות, ולדיאגנוסטיקה (שת”פ עם פרופ’ יהודה אסרף מביולוגיה): פיתחנו מערכת מבוססת על בטא קזאין מחלב להכוונת תרופות הידרופוביות לטיפול בסרטן קיבה, ומערכות מבוססות פוליסוכרים להכוונה ע”י חומצה פולית, או תצמידים של פוליסוכר וחלבון (הנמצאים באופן טבעי בגוף ולכן אינם מותקפים ע”י מערכת החיסון) שמתארגנים ספונטאנית לננוקפסולות הכולאות בתוכן משלבים של תרופות ונוגדי עמידות לתרופות אלה, ומובילות אותם לגידול באופן סלקטיבי. הצגנו דור חדש של ננוחלקיקים הנקראים “קוואדרגנוסטיים” ואשר משלבים באופן סינרגי 4 פעולות בחלקיק אחד: הכוונה, תרופה כימותרפית, נוגד-עמידות לתרופה וסמן דיאגנוסטי לסיוע באיתור הגידולים והגרורות.