ננו טכנולוגיה ברפואה: מיקרו רובוטים בדם

טכנולוגיות המיזעור המתבטאות בשלל פיתוחי ננו טק שטרם הבשילו מתארות הבטחות רבות לשימוש ננו טכנולוגיה ברפואה. מדעני הטכניון מפרסמים מחקר על פיתוח מיקרו רובוטים הנעים במחזור הדם ומסוגלים לפעול בהנעה מחוץ לגוף וללכוד חיידקים ומזיקים בתוך גופנו.

ננו מכונות במחזור הדם

מיקרו מכונות או מיקרו-שחיינים – “חלקיקים אקטיביים” הם חלקיקים זעירים בעלי יכולת הנעה עצמית. עם התפתחות יישומים בתחום ננו טכנולוגיה ברפואה התגלו בעשור האחרון חלקיקים אלה ככלים מיקרוסקופיים וננוסקופיים מבטיחים לשימושים שונים. השימושיים הננו רפואיים משליכים על יכולת אנליזה של תא בודד, העברת תרופות, יכולת נטרול רעלים, אפשרויות לטיפול סביבתי מיקרוסקופי, ריפוי עצמי ועוד. התנועה העצמית אוטונומית של החלקיקים האקטיביים מבוססת על היכולת שלהם לקבל אנרגיה ולנצל אותה בדרך לא-סימטרית, מה שמוביל להפעלת כוחות מקומיים המניעים אותם.

מיקרו רובוטים בזרם הדם וחלקיקי ננומטריים מיקרוסקופיים: ננו טכנולוגיה ברפואה. אילוסטרציה: Pixabay Pete Linforth
מיקרו רובוטים בזרם הדם וחלקיקי ננומטריים מיקרוסקופיים: ננו טכנולוגיה ברפואה. אילוסטרציה: Pixabay Pete Linforth

לדברי פרופ’ גלעד יוסיפון ממובילי המחקר, “במחקר הנוכחי הצלחנו להראות לראשונה כי באמצעות שדה חשמלי חיצוני יחיד אנו מסוגלים לבצע מגוון פעולות הכוללות לכידה והובלה של חיידקים וכן אלקטרופורציה סלקטיבית שלהם. זו גישה גנרית שאפשר ליישם לא רק בחיידקים אלא על מגוון רחב של סוגי תאים ומיקרו-שחיינים.” מדעני הטכניון עורכי המחקר אודות המיקרו רובוטים הם פרופ’ גלעד יוסיפון מהפקולטה להנדסת מכונות עם הפוסט-דוקטורנטים ד”ר יואה וו מהפקולטה להנדסת מכונות וד”ר אפו פו מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון.

מיקרו רובוט ננו טכנולוגיה ברפואה תוך גופית

אלקטרופורציה הינה שיטה שבה מופעל שדה חשמלי על התא כדי להגביר את חדירות קרום התא וכך להכניס לתא מולקולות, תרופות, די-אן-איי וחומרים אחרים. בין היתר משמשת שיטה זו לשם החדרת די-אן-איי לתוך חיידקים כדי לאלץ אותם לשכפל את אותו די-אן-איי.

שימושי ננו טכנולוגיה ברפואה מציתים את הדמיון ביחס לאפשרויות הטיפוליות הרבות שהם מציעים אולם המחסום המעשי הוא לגבי שיטות שונות שמידת יעילותן מוגבלת עדיין או ניתנות ליישום באופן חלקי: כיום שיטות האלקטרופורציה הקיימות מאפשרות לבצע אותה רק על קבוצת תאים גדולה באותו זמן, ולא על תא בודד מסוים.

פריצת הדרך של הפרופסור גלעד מאפשרת אלקטרופורציה והחדרת מולקולות לתא בודד מסוים. יחד עם זאת השיטה החדשה מאפשרת גם לבצע אלקטרופורציה בתאים רבים בעת ובעונה אחת, באמצעות הנעה אוטונומית של המיקרו-מכונות השחייניות. “יעילות התהליך החדש נובעת בין השאר מאלקטרופורציה מקומית המופעלת על חלק מהתא ומגדילה את סיכויי ההישרדות שלו ובכך את אחוזי ההצלחה של התהליך. למעשה זוהי מעין “מעבדה-על-חלקיק”, המבוססת על מיקרו-שחיינים. מלבד יתרונותיהן הקיימים של “מעבדות על שבב” – ניידות, יעילות ועוד – הפלטפורמה החדשה – מתגברת על אתגרים כגון סיבוכיות ותכנון מוקדם, שכן אין עוד צורך לייצר שבב עם מערכת מיקרו-תעלות ואלקטרודות עם גיאומטריה קבועה שתוכננה מראש. בנוסף, בניגוד לטכניקות אחרות המפותחות כיום לטובת אלקטרופורציה על תא בודד, הטכנולוגיה החדשה אינה מצריכה גישה לתא מבחוץ, דוגמת מיקרו-מניפולטורים חיצוניים, שכן היא מאפשרת השפעה על התא על ידי חלקיק אקטיבי גם בחללים סגורים שאליהם אין גישה מבחוץ.”

המדענים מדגישים כי “הגישה הודגמה בהצלחה על חיידקים ועל חלקיקי יאנוס – חלקיקים אקטיביים מלאכותיים עם ציפוי מתכתי לא אחיד לצורך שבירת הסימטריה. חלקיקים אלה מהווים בפועל אלקטרודה צפה הנשלטת על ידי המפעיל. השיטה הזאת ישימה במגוון רחב של תאים ומיקרו-מכונות, וקבוצת המחקר עובדת על הרחבתה לתאים אנושיים וכן לסוגי מטען שונים ולמיקרו-מכונות שונות”.

המחקר אודות מיקרו רובוטים אשר ראה אור בכתב העת Science Advances נתמך על ידי קרן המדע הישראלית (ISF) ו-GTIIT.