يمكن لشكلين مرآتيين للجزيء نفسه أن يتفاعلا بطرق مختلفة مع جسم الإنسان. وتساعد اكتشافات الفائزين بجائزة نوبل في الكيمياء على التحكم بصورة أفضل في إنتاج الشكل الفراغي المطلوب من الجزيئات، وتطوير تقنيات تصنيع هذه المركبات.
وفاز هنري كاغان وكينسو سواي بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2026 عن أبحاثهما في المحفزات الكيرالية والتحفيز الذاتي، وهي أبحاث تتيح التحكم بصورة أفضل في البنية الفراغية للجزيئات.
ولا تقتصر أهمية أعمالهما على الجانب الأساسي في علم الكيمياء، بل تمتد إلى تطوير وتصنيع الأدوية، إذ تساعد هذه الأبحاث على فهم التفاعلات الكيميائية غير المتماثلة والتحكم فيها، وهي تفاعلات ينتج عنها بصورة أساسية أحد الشكلين المرآتيين للجزيء.
الأشكال المرآتية للجزيئات في صناعة الأدوية ( مصدر الصور: Freepik )
وتوضح فيرا فيل، رئيسة مختبر كيمياء المنتجات ذات الأهمية الصناعية في معهد الكيمياء العضوية التابع لأكاديمية العلوم الروسية، والحائزة على الجائزة الوطنية في مجال تقنيات المستقبل «التحدي»، أن أهمية هذه التقنيات ترتبط بالبنية ثلاثية الأبعاد للجزيئات.
الجزيئات ليست مسطحة
جميع الجزيئات التي تتكون منها الكائنات الحية ليست مسطحة، بل تمتلك بنية ثلاثية الأبعاد. وتقول فيل إن ذرة الكربون، التي تشكل أساس الحياة، تكون في حالة التهجين sp3 على شكل رباعي الوجوه، حيث توجد ذرة الكربون في المركز وتحل البدائل محل الذرات عند الزوايا.
وعند وجود مجموعة معينة من البدائل، يمكن أن تظهر بنيتان فراغيتان للجزيء، تكون إحداهما صورة مرآتية للأخرى، لكن لا يمكن وضعهما فوق بعضهما بحيث تتطابقان في الفراغ.
وتوضح فيل أن بعض خصائص الجزيء وصورته المرآتية تكون متطابقة، بينما تختلف بعض الخصائص الأخرى.
وتكتسب هذه المسألة أهمية خاصة في صناعة الأدوية، لأن الأهداف البيولوجية، مثل الإنزيمات والمستقبلات والجزيئات الأخرى الموجودة في الجسم، تمتلك بدورها بنية ثلاثية الأبعاد معقدة.
لذلك يمكن للأشكال المرآتية المختلفة للمادة الدوائية، والتي تعرف باسم المتماكبات المرآتية أو الإنانيومرات، أن تتفاعل مع هذه الأهداف بطرق مختلفة.
ويشير أيضا لجنة نوبل إلى أن صناعة الأدوية من المجالات التي يمثل التحكم في الكيرالية فيها أهمية كبيرة.
لماذا يصعب الحصول على المتماكب المرآتي المطلوب؟
يشير ليونيد فيرشات، رئيس مختبر المركبات المحتوية على النيتروجين في معهد الكيمياء العضوية التابع لأكاديمية العلوم الروسية، والحائز على الجائزة الوطنية في مجال تقنيات المستقبل «التحدي»، إلى أن العديد من المواد الفعالة الدوائية الحديثة تعتمد على مركبات عضوية كيرالية.
ويؤكد أن الحصول بصورة موجهة على متماكب مرآتي معين يمثل دائما مهمة معقدة، سواء من الناحية الأساسية أو التطبيقية.
ومن أشهر الأمثلة التاريخية على أهمية الكيمياء الفراغية للمركبات الدوائية مأساة الثاليدوميد في منتصف القرن العشرين. فقد أظهرت هذه الحادثة مدى أهمية البنية الفراغية للجزيء الدوائي وطريقة تفاعله مع الجسم.
لكن حالة الثاليدوميد أكثر تعقيدا من الصورة الشائعة التي تقول إن «أحد المتماكبين يعالج والآخر يسبب الضرر»، إذ يمكن للمتماكبات المرآتية لهذه المادة أن تتحول من أحدها إلى الآخر داخل الجسم.
ولهذا السبب، لم يكن من الممكن حل المشكلة ببساطة من خلال استخدام شكل مرآتي واحد معزول من المادة.
كيف تعمل اكتشافات كاغان وسواي؟
في عام 1986، أظهر هنري كاغان وزملاؤه أن العلاقة بين تركيب المتماكبات المرآتية في المحفز الكيرالي وتركيب ناتج التفاعل يمكن أن تكون غير خطية.
ويشير إيليا مارتينوف، الباحث العلمي الأول في مركز الفوتونيات والمواد ثنائية الأبعاد في معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا، إلى أن فهم هذه التأثيرات يمكن أن يساعد على تحسين عمليات الحصول على متماكبات مرآتية ذات نقاء مرتفع.
ويعرف هذا التأثير باسم التأثير غير الخطي (NLE)، ويمكن فهمه على أنه يسمح باستخدام محفزات أرخص وأقل نقاء للحصول في المقابل على متماكبات مرآتية عالية النقاء، ما يؤدي إلى خفض تكلفة إنتاج الأدوية.
من التحفيز غير الخطي إلى التحفيز الذاتي
ساهمت أعمال كاغان وزملائه أيضا بصورة مباشرة في تطوير أساليب التخليق غير المتماثل، بما في ذلك طرق الحصول على أحماض ألفا الأمينية (α-amino acids).
وفي دراسة أخرى، بحث العلماء في الفتح غير المتماثل لمركبات الإيبوكسيد الميزو (meso-epoxides) باستخدام معقدات التيتانيوم الكيرالية.
أما كينسو سواي، فقد طور مفهوم التحفيز الذاتي غير المتماثل، حيث يساعد ناتج التفاعل نفسه على استمرار تكوينه، مع زيادة فائض أحد المتماكبين المرآتيين.
وبحسب فيرشات، يمكن أن يساعد تطوير هذه المبادئ مستقبلا على تبسيط عملية إنشاء المواد الكيرالية المستخدمة في صناعة الأدوية.
وقال العالم إن هذه التطورات والإنجازات التي أدت إلى منح جائزة نوبل ستساعد البشرية على تبسيط إنتاج عدد كبير من الأدوية وخفض تكلفتها وجعلها متاحة بصورة أكبر لعلاج مجموعة واسعة من الأمراض.
آفاق جديدة لصناعة الأدوية
ويتوقع فيرشات أن يؤدي منح جائزة نوبل إلى زيادة الاهتمام بهذا المجال.
وقال إن من المأمول أن يشهد المستقبل القريب الكثير من الاكتشافات المهمة في هذا المجال، سواء فيما يتعلق بالفهم الأساسي لقوانين التفاعلات الكيميائية والتخليق غير المتماثل، أو من ناحية التطبيقات العملية، وفي مقدمتها صناعة الأدوية.