שיטות כימומטריות בהשראה ביולוגית לקביעה סימולטנית בספקטרופוטומטריית UV של מולנופירביר, נירמטלוויר ופาวิ-פיראוויר בנוסחים תרופתיים ודגימות סביבתיות

מדוע חשוב לבדוק כדורי קורונה ומים

כשהטיפולים ל-COVID-19 כמו מולנופירביר, נירמטלוויר ופาวิ-פיראוויר הפכו לשכיחים יותר, עלה קושי חדש: כיצד לבדוק במהירות, בעלות נמוכה ובבטחה שהתרופות מיוצרות כראוי וכי שאריותיהן לא מזהמות מקורות מים. שיטות מעבדה מסורתיות יכולות להיות מדויקות אך לעתים קרובות איטיות, יקרות ויוצרות כמויות גדולות של פסולת כימית. המחקר הזה מציג גישה ירוקה ונגישה יותר למדידת שלושת התרופות בו זמנית, באמצעות מדידות פשוטות מבוססות אור ואלגוריתמים חכמים במקום מכשור כבד.

שלוש תרופות אנטי-ויראליות, בעיה אנליטית מתרחבת אחת

מולנופירביר, נירמטלוויר (הרכיב המרכזי בפאקסלוויד) ופาวิ-פיראוויר תוקפות את קורונה בדרכים שונות ולעתים נחקרות יחד כטיפולים משולבים. הן עלולות להופיע גם במשותף כמזהמים בשפכים בית-חולים. מעבדות בקרת איכות צריכות לבדוק מוצרים מרובים החולקים קווי ייצור כדי למנוע זיהום משולב, בעוד מדענים סביבתיים רוצים לעקוב כמה מהתרופות מגיעות למי נגר. עד למחקר זה לא הייתה שיטת UV פשוטה שיכולה לקבוע את שלוש התרופות יחד בהרצה אחת. רוב הגישות הקיימות הסתמכו על כרומטוגרפיה נוזלית מתקדמת ומסות ספקטרומטריה, שדורשות מכשירים יקרים, מומחים מיומנים והרבה ממסים אורגניים.

הפיכת אותות אור חופפים לתשובות ברורות

ספקטרופוטומטריית UV, שמודדת כמה אור מדגם סופג, היא זולה, מהירה ונגישה רבות. אבל שלוש האנטי-ויראליים סופגים UV באזורים דומים מאד, ועקומות הספקטרום שלהן חופפות במידה רבה. זה מקשה על קריאה ישירה של כמות כל תרופה מהאות הגולמי. החוקרים פתרו זאת על ידי שילוב מדידות UV עם כימומטריה, סוג של זיהוי דפוסים מונחה-נתונים. הם השוו שתי אסטרטגיות חיפוש מחשביות בהשראה ביולוגית — אלגוריתמים גנטיים, המחקים במידה כללית אבולוציה, ואלגוריתם הפּיירפליי (זרזיפר) בהשראת התנהגות הזוהרים של אבנונים — כדי לבחור את האורכי גל המידע הטובים ביותר. אורכי גל אלה עובדו לאחר מכן באמצעות רגרסיית הרכיבים החלקיים (PLS), שיכולה להפריד בין תרומות כל תרופה גם כאשר האותות מעורבבים.

פיירפלייז מול גנטיקה: איזה אלגוריתם מנצח?

כדי לבנות ולבדוק את המודלים שלהם, החוקרים הכינו עשרות תערובות עם כמויות ידועות של כל תרופה, בטווחי ריכוזים ריאליסטיים. הם אימנו מודלים מבוססי אלגוריתם גנטי ומבוססי פיירפליי, ואז בדקו עד כמה כל אחד מהם יכול לחזות רמות תרופה בתערובות חדשות שטרם נראו. גישת הפיירפליי נתנה מודלים פשוטים יותר שהשתמשו בפחות אורכי גל, דרשו פחות פרמטרים פנימיים ועדיין השגיחו דיוק ניבוי טוב יותר. עבור שלושת האנטי-ויראליים, מודלי הפיירפליי הגיעו להתאמה גבוהה מאוד בין הערכים החזויים לערכים האמיתיים (R² מעל 0.996) ושגיאות ניבוי נמוכות. תרשימי השאריות — המראים כמה החיזויים חורגים מהאמת — היו דחוסים יותר ומתפזרים באקראיות רבה יותר עבור שיטת הפיירפליי, מה שמעיד על התנהגות אמינה יותר ופחות הטיות חבויות.

כדורים אמיתיים, מים אמיתיים וטביעת רגל ירוקה יותר

לאחר כיול ואימות שיטת הפיירפליי לפי קווי הנחיה בינלאומיים, הצוות יישם אותה על דגימות מהעולם האמיתי. הם ניתחו מוצרים מסחריים המכילים כל אחת משלוש התרופות ומצאו שהתוצאות תואמות לשיטה מדווחת של כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים, הן בדיוק והן בדיוק חוזר. הם גם הוסיפו כמויות ידועות של התרופות למי ברז ושחזרו בין כ-95% ל-104% ממה שהוסיפו, מה שמראה שהגישה עובדת בסביבה לאחר שלב חילוץ פשוט. להערכת ההשפעה הסביבתית השתמשו המחברים בכמה מערכות דירוג "ירוק" המתחשבות בשימוש ממסים, דרישת אנרגיה, פסולת, מעשיות וקיימות כללית. על פני מדדים עצמאיים מרובים, השיטה קיבלה ציונים בטווח "טוב" עד "מצוין", בעיקר מפני שהיא נוטלת הימנעות מזרימה רציפה של ממס אורגני ומשתמשת במכשור זול וחסכוני באנרגיה הזמין ברוב המעבדות.

מה זה אומר למעבדות ולסביבה

העבודה הזו מראה שספקטרופוטומטר UV בסיסי, בשילוב בחירת אורכי גל חכמה ועיבוד נתונים בהשראה ביולוגית, יכול להתחרות במכשירים מורכבים יותר במעקב אחר תרופות חשובות ל-COVID-19 גם בתרופות וגם במים. גישת הפיירפליי מספקת מדידות מדויקות, מורידה עלויות ומפחיתה פסולת כימית, מה שהופך אותה לאטרקטיבית לבקרת איכות שגרתית ולסביבות עם משאבים מוגבלים שבהן כרומטוגרפיה מתקדמת ומסות-ספקטרומטריה אינן ברות השגה. במילים פשוטות, המחקר מדגים שעם אלגוריתמים חכמים, מדידות אור פשוטות יכולות לסייע להבטיח שכדורי אנטי-וירוס מיוצרים נכון ושאריותיהם לא מצטברות בשקט בסביבתנו.

ציטוט: Abdelzaher, A.M., Al kamaly, O. & Rahman, M.A.A. Bio-inspired chemometric methods for simultaneous UV spectrophotometric determination of molnupiravir, nirmatrelvir, and favipiravir in pharmaceutical formulations and environmental samples. Sci Rep 16, 12590 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49288-3

מילות מפתח: נוגדי-וירוס לקורונה, ספקטרופוטומטריית UV, ניתוח כימומטרי, כימיה אנליטית ירוקה, מעקב סביבתי