פיתוחי ננו מבטיחים בישראל: שתלי ג'לי, אדם ביוני וקריש דם אלטרנטיבי

הננו-טכנולוגיה מרתקת משום שהיא נותנת לנו כלים להכניס את ידיים לקרביים של העולם ולתפעל אותו מרמת המהות שלו. בתחום הביולוגיה והכימיה, הננו-טכנולוגיה מאפשרת לחוקרים לגעת באבני הבניין של החומרים, המולקולות. בתחום הפיזיקה, הננו מאפשרת לנו להתערב בתכונות הפיזיקליות של החומרים. תוך שנים לא רבות תחדור הננו-טכנולוגיה לכל תחום בחיינו, ובחלקם ייווצרו מהפיכות. ישראל, מיני-מעצמה ננו-טכנולוגית, עובדת על חלק מן הפיתוחים המעניינים ביותר. הפיתוחים הוצגו בכנס ננו-ישראל שנערך בירושלים בשיתוף "גלובס".

חשמל ביולוגי

פרופ' אורי סיוון, מהטכניון מפנטז על יצירת אדם ביוני, כך שיחוברו לגופנו מכשירים אלקטרוניים שישפיעו על תהליכים ביולוגיים. כולנו מכירים לפחות תהליך אלקטרוני אחד שמשפיע על תהליך ביולוגי - התחשמלות. המטרה של סיוון אינה לחשמל, אלא לסגור מעגל של היזון הדדי שבו חשמל וביולוגיה מדברים האחד עם השני.

"הכוונה היא לייצר התקן חשמלי שיודע לקרוא אותות ביולוגיים מהגוף, לבצע חישובים ולהפיק אות שמשנה את התהליך הביולוגי", אומר סיוון. "למדנו איך המערכת הביולוגית מקבלת החלטות - פעמים רבות זה קשור בשאלה האם שתי מולקולות מתאימות בצורתן זו לזו. אנחנו מפיקים אות חשמלי שגורם למולקולה לשנות את צורתה מא' ל-ב', והשינוי הזה יוצר שרשרת של תהליכים ביולוגיים".

לדבריו, "פריצת הדרך הייתה לבודד נוגדן שיודע להגיב למולקולות עליהן אנחנו יכולים להשפיע. אלה לא נוגדנים שקיימים בטבע".

החלום של סיוון וצוותו הוא ליצור תרופה חשמלית, אשר תפעל על-פי חישה של פרמטרים בגוף. "כשמשתמשים בחומרים ביולוגיים, קשה לעשות דברים לוגיים. זהו תהליך שרופא מבצע כשהוא בוחר תרופה לטיפול, אבל ניתן ליצור מכשיר שיעשה זאת אוטומטית, באופן רציף, בתוך הגוף. המוצר חייב להיות זעיר, ממש בגודל של תא. יש עוד עבודה אבל זה לא בלתי אפשרי".

קולטים אור

פרופ' מיכה אשר מהאוניברסיטה העברית, היה ממקימי מאגד של פרויקט מגנ"ט בתחום האנרגיה הסולארית. במעבדתו מתמקדים בתהליכי ננו שיכולים להיות שימושיים לתאים הפוטו-וולטאיים, הממירים את אור השמש לאנרגיה.

"הציפוי לתאים סולאריים עשוי לרוב מסיליקון, אך החומר יקר, והוא לא חופף בצורה הטובה ביותר את הספקטרום של האור, ולכן יעילותו מוגבלת", אומר אשר.

במקום מסיליקון, ניתן לייצר את הרכיבים קולטי האור בתא הפוטו-וולטאי מחלקיקים בגודל ננו-מטרי בצורת כדורים או בצורת כבלים. קיים אפקט קוואנטי שנקרא "הפער האנרגטי", כאשר שליטה בגודל ובצורה של החלקיק משפיעה על סוג וכמות האנרגיה שתיקלט על-ידו. "אנחנו מתכננים את גודל החלקיק בתאימות מלאה עם ספקטרום האור, ומכוונים במיוחד לאזור הכחול של האור, שבו ניתן לקלוט מקסימום אנרגיה. זהו אפקט שניתן לשלוט בו אם נמצאים בגודל חלקיק קוואנטי. לפעמים ניתן לשלב יחד מספר גדלים של חלקיקים, כדי להשיג חפיפה יותר גדולה של ספקטרום האור".

הבעיה היא שחלקיקים שקולטים את האור היטב אינם בהכרח מוצלחים בתפקיד השני של התא, הפרדת המטענים לשם אגירת האנרגיה. "אנחנו פועלים כאן נגד כוח פיזיקלי", אומר אשר. סיליקון הוא מפריד מטענים טוב, ולכן במעבדתו של אשר פועלים במשותף עם שלוש מעבדות נוספות ליצירה של חומר היברידי, המשלב סיליקון לצורך ההפרדה שבו מוטמעים מוליכים למחצה בגודל ננו-מטרי לקליטת האנרגיה באופן המיטבי.

מפרקים קרישים

לדברי ד"ר דרור סליקטר מהטכניון, "המוצר שתרמנו לפיתוחו אינו ננו-מטרי, אך האינטראקציה בינו ובין הגוף היא ברמה הננו-מטרית". הוא מתכוון למוצר של חברת ריג'נטיס שתומך בהחלמה מפציעות הברך.

קריש דם נוצר באופן טבעי כאשר יש פצע, ועם הזמן תהליכים שונים בגוף מובילים לכך שהקריש מתפרק ומוחלף ברקמה טבעית. אם הקריש מתפרק מהר מדי או שהרקמה צומחת לאט מדי, נוצרת רקמה צלקתית. "זוהי רקמה פרימיטיבית יותר שקל יותר לגוף ליצור", אומר סליקטר. "היא מאפשרת תפקוד כלשהו, אך פחות טוב מזה של רקמה בריאה. הסיבה לכך שקריש הדם מתפרק מהר יחסית היא החדירות שלו לחומרים בגוף האחראיים על פירוקו. הקריש בנוי כמעין ספוג מחורר ולכן שטח הפנים שלו הבא במגע עם החומרים הללו הוא גדול".

סליקטר והחוקרים העובדים עימו לקחו את אותו החומר ממנו בנוי קריש הדם, הפיברין, אך שיחקו עם המבנה, כך שנוצרו בו חורים בגודל ובכמות שבה הצוות מעוניין. התוצר הוא קריש דם אלטרנטיבי, המתפרק בדיוק בקצב הרצוי - לא מהר מדי ולא לאט מדי. וכך ייצרו שתל במרקם ג'לי אשר משמש תחליף לקריש דם טבעי.

פילטרים בגודל ננו

"מי שעוסק בתחום המים, פועל ברמת הננו-טכנולוגיה שנים רבות, גם אם לא ידע את זה", אומר פרופ' רפי סמיאט מהטכניון. הטכנולוגיה שלו היא פשוטה - פילטרים עם חורים בגודל ננו, המאפשרים בקושי מעבר של מים וחוסמים מעבר של כמעט כל דבר אחר. ככל שהחורים קטנים, כך הניקיון יסודי יותר.

"אנחנו מייצרים את אחד המוצרים הכי זולים בעולם", כך לפחות על-פי השאיפה. האתגר העיקרי הוא לייצר ממברנה (קרומים שיכולים לסנן חומרים הנכנסים ויוצאים מן התא) שתהיה זהה לכל אורכה. מייצרים אותה כך שמורחים שכבה דקה ביותר של פולימר על שני צידי הממברנה. בתוך הקרום יש חומרים שיוצרים בועיות זעירות - כשהן מתפוצצות, נוצר החריר".

"מצב המים בעולם הולך ומתדרדר", מוסיף סמיאט. "1.5 מיליארד אנשים, כרבע מאוכלוסיית כדור הארץ, סובלים ממחסור במי ראויים שתייה ובשנים הקרובות המספר יוכפל. התופעה הזו משפיעה על איכות החיים באופן קריטי. בעולם השלישי רואים את התושבים יוצאים מכפריהם והולכים אל הערים. הולכים, כי אין להם איך לנסוע. אני מאמין שזו הבעיה מס' 1 בעולם ושהיא תהיה בסיס למהפכה אלימה, יותר או פחות".

טיפות עטופות

במעבדתו של פרופ' שמעון בניטה, באוניברסיטה העברית משתמשים בננו-טכנולוגיה כדי להילחם בסרטן. בניטה משתמש בחומר הכימותרפי Paclitaxel. השימוש בתרופה מועט יחסית, משום שיש להמיסה בתוך נשא כלשהו - שומנים או אלכוהול. "7% מהמטופלים לא יכולים לעמוד בטיפולים הללו, בגלל רגישות לנשא", אומר בניטה. "כיוון שלא ניתן היום לחזות מראש מי רגיש ומי אינו, נותנים היום לכל החולים טיפול מקדים". טיפול כזה מחליש עוד יותר את החולה.

השימוש בננו מאפשר להחליף המסה בעיטוף - אנקפסולציה. טיפות של החומר הכימותרפי מוקפות במעטפת של ננו-חלקיקים שומניים, המשמשים כנשא של התרופה. זהו רק חלק אחד של הפתרון, כאשר החלק השני הוא לקשור לננו-חלקיקים הללו גם נוגדנים אשר ידועים לזהות תאים סרטניים, ולהביא את הכימותרפיה אך ורק אליהם ולא אל הרקמה הבריאה. שילוב המעטפת מהווה דרך בטוחה ונוחה להוליך תרופה בגוף ומספקת נקודת עיגון נוחה לנוגדן.

בניטה וצוותו מפתחים מוצרים נוספים המשתמשים בחומר ננו-מטרי. כך, הם מבצעים אנקפסולציה של תרופה בננו-חלקיקים, כדי לעקוף את תהליך הפירוק של תרופות במעי. *

"חייבים להבטיח רגולציה בתחום הננו"

זה לא מופרך להעריך כי רוב מנהלי היוזמות בתחום הננו-טכנולוגיה מוטרדים ביום-יום בעיקר מהצד הכספי - כלומר, מאיפה להשיג מימון שוטף לשנים ארוכות של מחקר ופיתוח כדי להפיק את הטכנולוגיות בתחום.

דווקא מי שמנהל את אחת הקרנות הכספיות הגדולות בעולם בתחום הננו-טכנולוגיה - ד"ר הרברט וון בוס, מנהל קבוצת הטכנולוגיות התעשייתיות באיגוד האירופי - שם דגש על דברים אחרים לגמרי, כגון "לבצע את המחקר באופן אחראי".

וון בוס היה אחד מהנואמים המרכזיים בכנס ננו-ישראל 2009 שנפתח אתמול בירושלים בשיתוף "גלובס".

"אנחנו חייבים לשכנע לבצע מחקרים בננו לא רק על היישום האפשרי של הטכנולוגיה אלא גם על הסיכונים, שתהיה זווית ראייה כוללת לנושא. חייבים להיות משוכנעים שיש ביטחון ורגולציה בתחום", הוסיף.

"15%-20% מ-600 מיליון האירו שאנחנו מוציאים מדי שנה על תמיכה בננו, הולכים להגבלת הסיכון. אני ממליץ לחוקרים: תעשו את מה שאתם אומרים ותגידו במה אתם מתעסקים, כי אם אין שקיפות והאזרחים חושבים 'מה קורה שם מאחורי הדלתות' זה לא טוב".

האיגוד האירופי הוא התורם הכספי הגדול למחקר ננו באקדמיה הישראלית. וון בוס ציין כי במסגרת תוכנית המסגרת השישית של האיגוד האירופי (FP6), עמד תקציב הננו הכולל על כ-1.4 מיליארד אירו, כאשר ההוצאה של האיגוד מגיעה לכשליש מההוצאה הציבורית על ננו-טכנולוגיה בארצות האירו. בתוכנית השביעית (FP7) עומדת ההקצאה לתחום הננו התעשייתי על כ-3.5 מיליארד אירו.