מולקולת השבוע - מדע גדול, בקטנה : מדע גדול, בקטנה

מלחי אלומניום שונים משמשים כאדג'וונטים (Adjuvants) בחיסונים מומתים (Inactivated vaccines). תאי מערכת החיסון המולדת בולעים מחוללי מחלה מומתים או חלבונים מבודדים של מחוללי מחלה הנמצאים בחיסון, מפרקים אותם ולוקחים אותם אל תאי מערכת החיסון הנרכשת (התאים המייצרים נוגדנים ותאי זיכרון). תפקיד האדג'וונטים בחיסונים הוא לוודא כי מערכת החיסון המולדת מזהה את מחולל המחלה המומת ושהיא תגיב כנגדו וכך תלמד לזהותו ביעילות. באופן זה, במפגש עתידי עם אותו מחולל המחלה המערכת החיסונית תוכל להשמידו במהרה [1].
ללא האדג'וונטים בחיסונים, אחוז קטן בהרבה מהאוכלוסיה היה מפתח חסינות למחלות, ובאופן כללי היינו נזקקים ליותר מנות חיסון כדי להבטיח חסינות אפקטיבית. מנגנוני הפעולה של אדג'וונטים בגוף הם מגוונים, וכוללים בין היתר שיחרור אותות למערכת החיסונית ע"מ לייצר יותר נוגדנים וכלים אחרים להתמודדות מקומית עם גורם מחלה.
מלחי אלומיניום משמשים כאדג'וונטים בחיסונים מאז שנות ה-30 של המאה הקודמת [2]. גם היום, שני האדג'וונטים הנפוצים ביותר בשימוש הם מלחי אלומניום: אלומניום זרחני (אלומניום פוספאט, AlPO4) ואלומניום הידרוקסיד, Al(OH)3). מלחי אלומיניום קיימים בטבע באופן טבעי בכמויות גבוהות, הודות לעובדה כי אלומיניום היא מתכת נפוצה מאד - אלומיניום מהווה כ-8% ממסת קרום כדור הארץ. למלחי אלומניום אמנם אין שימוש נפוץ בביולוגיה, אך הם נמצאים במאכלים רבים כדוגמת פירות וירקות, אגוזים, חיטה, דבש ועוד [3]. אדם בוגר ממוצע צורך כ-7 עד 9 מיליגרם אלומיניום ביום, בעיקר דרך מלחי אלומניום במזון.
אז מהו בעצם מלח, מבחינה כימית? בהפשטה, מדובר בחומר המורכב מיונים: אטומים או מולקולות בעלי מטען חשמלי. חלק מיונים אלו חיוביים וחלקם שליליים - באופן כזה שסך כל המטען החשמלי בחומר הוא אפס. מלח שולחן, לדוגמה, עשוי מיוני כלור (Cl) שליליים ויוני נתרן (Na) חיוביים. היונים במלח מסודרים במבנה גבישי החוזר על עצמו כך שמסביב לכל יון חיובי ישנים יונים שליליים ולהיפך (ראו איור).

גביש מלח שולחן. בירוק יוני הכלור השליליים ובסגול יוני הנתרן החיוביים.

אלומניום פוספאט (AlPO4) עשוי מיון פוספאט שלילי ויון נתרן חיובי. יון הפוספאט עשוי מאטום זרחן (P) המחובר לארבעה אטומי חמצן (O), כאשר לשלושה מהם מטען חשמלי שלילי (ראו איור). כך יוצא שבסך הכל ליון הפוספאט כולו יש מטען חשמלי -3 (מינוס 3). יוני האלומיניום הם אטומי אלומיניום (Al) בעלי מטען חשמלי +3. ניתן לראות כי בסה"כ כל יחידת אלומניום פוספאט היא נייטרלית מבחינת מטען חשמלי. יון הפוספאט וצורות דומות שלו נפוצים בגוף ומשתתפים בין השאר בייצור אנרגיית התא. אלומיניום הידרוקסיד (Al(OH)3) עשוי מיוני הידרוקסיד שליליים ויוני נתרן חיוביים: יון ההידרוקסיד מורכב מאטום חמצן הקשור לאטום מימן (H) והוא בעל מטען חשמלי -1. יון האלומניום במלח זה הוא עדיין בעל מטען חשמלי +3, אך כאמור סך כל המטען צריך להיות אפס. לכן, על כל יון אלומניום ישנם שלושה יוני הידרוקסיד, וכך אנו מקבלים את הנוסחה הכימית להרכב מלח זה.

יון הפוספאט (מימין) ויון ההידרוקסיד (משמאל). ליון הפוספאט שלושה חמצנים בעלי אלקטרון עודף (מסומנים בענן סגול מסביב לאטום), ולכן מטען חשמלי כולל (3-). ליון ההידרוקסיד מטען חשמלי (1-) הנמצא בעיקר מסביב לאטום החמצן.

ממחקרים רבים הנעשו לאורך העשורים בהם אלומניום פוספאט ואלומניום הידרוקסיד נמצאים בשימוש כאדג'וונטים, ניכר כי מדובר בחומרים בטיחותיים מאד בכמויות אליהן אנו נחשפים במזון, וכן בכמויות הקטנות בהרבה הנמצאות בחיסונים (עד 0.5 מ"ג מלחי אלומיניום במנת חיסון). כאשר הם ניתנים בזריקה לשריר כפי שנעשה בעת חיסון, הם נספגים לאט בגוף ומפונים ממנו בעיקר ע"י הכליות ובאחוזים נמוכים ע"י הכבד [4].
לקריאה נוספת בנושא אדג'וונטים וחומרים נוספים בחיסונים: https://goo.gl/uGBeSz
[1] מידע על אדג'וונטים בחיסונים באתר המרכז לשליטה על מחלות (CDC) האמריקאי: https://goo.gl/x937PZ
[2] על ההיסטוריה של שימוש באדג'וונטים בחיסונים: https://goo.gl/sPhcfg
[3] על אלומניום במאכלים נפוצים: https://goo.gl/g4teff
[4] סיכום נושא הבטיחות של אדג'וונטים בחיסונים ואופן פעולתם: https://goo.gl/UmFTHp

מאת:

פלג בר ספיר

תואר ראשון בכימיה מאוניברסיטת תל אביב, תואר שני בכימיה מהאוניברסיטה החופשית של ברלין (Freie Universität Berlin), עבודת מאסטר בשיתוף מכון מקס פלאנק לכימיה ביופיזיקלית בגטינגן, גרמניה.