חדשות

המחקר בהובלת ד״ר אנג'לה רובן מהפקולטה למדעי הרפואה והבריאות ע"ש גריי באוניברסיטת תל אביב – יחד עם ד״ר יונה גולדשמיט וסטודנטים יוסף לוין, רוזמרי לבנדר, אלקסנדר יקובצ׳וק, יבגני בניאס ורות בלטובסקי – הצליח להפחית משמעותית את הנזק שנגרם לתאי העצב של בעלי חיים פצועים, ואף לשפר את יכולת התנועה שלהם.

צמצום דלקות והרס עצבי: הטיפול החדשני בפציעות חוט השדרה

הגישה הטיפולית החדשנית מתמקדת בחומר גלוטמט (glutamate), אשר מצטבר תוך דקות מרגע הפציעה, וגורם לתגובה דלקתית מקומית והצטלקות. בניגוד לשיטות טיפול בעבר שניסו לחסום את הפעילות המזיקה במוח, החוקרים הצליחו להוציא את עודפי הגלוטמט דרך מחזור הדם בשעות הראשונות לאחר הפגיעה.
 

על ידי הפחתת רמות הגלוטמט, הצליח צוות המחקר למנוע הידרדרות בתאי עצב, לשמור על מבנה הרקמה העצבית, ולשפר את יכולות ההליכה והתנועה של בעלי החיים שטופלו כבר ביומיים הראשונים. בנוסף, התפקוד המוטורי של אותם בעלי חיים שקיבלו את הטיפול שופר עד לכ-80% מהתפקוד התקין, בהשוואה ל-20% בקבוצה הלא מטופלת.

החוקרים מצאו כי ניתן להעניק את הטיפול עד כשמונה שעות מרגע הפגיעה - ממצא שהופך אותו ליעיל ומציאותי במצבי חירום. הטיפול, אשר ניתן דרך זריקה לווריד, עשוי בעתיד להיות מותאם לשימוש על ידי צוותי עזרה ראשונה שיוכלו לעצור את נזק הפגיעה תוך דקות. 

^{תהליך הטיפול בחוט שדרה של עכברים}

התקווה לעתיד: טיפול בשבץ וטראומה מוחית אצל בני אדם

לדברי ד"ר רובן, חשיבות המחקר היא ב"עצם היכולת להשפיע על הנזק המשני לאחר הפגיעה, שלב שבו עד כה כמעט ולא היו פתרונות טיפוליים", ובכך "לעצור את 'התגובה השרשרתית' שמובילה להחמרה במצב החולים."

ד"ר גולדשמיט, המתמחה בטיפול ושיקום לאחר פגיעות חוט השדרה ומרצה לפיזיותרפיה בבית הספר למקצועות הבריאות ע"ש שטייר, מוסיפה כי הכיוון הטיפולי החדש עשוי לשנות את אופן הטיפול בשבץ או טראומה מוחית — ולאפשר שיקום מוצלח יותר בהמשך.

בנוסף, במציאות הנוכחית שבה פגיעות ראש כתוצאה מהדף עלו בתדירותן, צוות המחקר החל שיתוף פעולה עם המחלקה לנוירוטכנולוגיה של משרד הביטחון ופרופ׳ חיים פיק, במסגרתו נבחנים טיפולים בבעלי חיים עם פגיעות ראש. 

השלב הבא יכלול ניסויים בבני אדם, אותם ד"ר רובן מגדירה כ"פוטנציאל לשינוי אמיתי בגישה הטיפולית לפגיעות חוט השדרה ולמצבים נוירולוגיים נוספים." אם יצליח גם בבני אדם, הטיפול עשוי לשנות את נקודת המוצא של הרפואה - לא רק לנסות לשקם את הנזק, אלא לעצור אותו בזמן.

לתעלומה זו, הידועה בשם "מעבר הזכוכית" (glass transition), נמצא פיתרון הודות לפרופ' חיים דימנט ופרופ' יעל רויכמן מביה"ס לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, יחד עם קבוצת המחקר של פרופ' סטפן אגלהאף מאוניברסיטת דיסלדורף.

לאחר יותר ממאה שנה של מחקרים, פרופ' דימנט ופרופ' רויכמן סיפקו דרך חדשה להתבונן בתהליך המעבר בין מצבי צבירה, באמצעות מעקב אחר תנועתם של "חיישנים" זעירים בתוך החומר.

חיישנים זעירים בחומר זכוכיתי: כך הצליחו לראות את המעבר לנוזל קפוא

צוות המחקר התמקד בחומרים קולואידיים (תערובת של חלקיקים מיקרוסקופיים בנוזל) ומצא שכאשר ריכוז החלקיקים נמוך, המערכת מתנהגת כנוזל רגיל; ככל שהצפיפות עולה, כך החלקיקים מוגבלים בתנועתם, עד שהמערכת כולה "נתקעת" ומקבלת תכונות של מוצק, בדומה לזכוכית.

אותם חלקיקים קטנים וניידים השתלבו בתוך מערכת של חלקיקים גדולים יותר העוברים את המעבר לזכוכית; בעוד שהחלקיקים הגדולים איבדו בהדרגה את יכולת התנועה שלהם, החלקיקים הקטנים המשיכו לנוע – ובכך איפשרו למדוד כיצד משתנה החלל סביבם.

^{תנועת החלקיקים הקטנים בזכוכיות קולואידליות}

תנועות מנוגדות ומרחקים מתפשטים: מה קורה לחלקיקים כשהנוזל מתקשה?

החוקרים עקבו אחר זוגות של חלקיקים זעירים בעזרת מיקרוסקופים מתקדמים, ובדקו איך תנועה של אחד מהם משפיעה על השני.

קבוצת המחקר מצאה שכאשר המערכת נוזלית, התנועה "מתפשטת" למרחקים גדולים דרך הנוזל; ככל שהמערכת מתקרבת למצב הזכוכיתי, ההתפשטות נבלמת, והמערכת מתחילה להתנהג כמו חומר מוצק שסופג את התנע במקום להעבירו. 

החוקרים זיהו סימנים למעבר בין הנוזל למוצק; לדוגמה, תנועות מנוגדות בין חלקיקים סמוכים, אשר מעידות על היווצרות "התנגדות לגזירה" (shear strength) – כלומר, היכולת של חומר להתנגד לעיוות, אשר אופיינית למוצקים. סימנים אלו אימתו בדיוק רב תחזיות תיאורטיות של אותו הצוות מלפני מספר שנים.

הגשש בנוזל: חשיבות הממצאים מעבר לפיזיקת הזכוכית

לממצאי המחקר יש השלכות רחבות: השיטה החדשה יכולה לשמש לחקר ג'לים, חומרים רכים, מערכות פעילות ואפילו רקמות ביולוגיות – תחומים שבהם קשה לזהות מתי מערכת מפסיקה "לזרום" ומתחילה להתקשות.

החלקיקים הזעירים בעצם משמשים כ"גששים" מיקרוסקופיים אשר עדים לרגע שבו נוזל מאבד את אופיו, ומאפשרים לבחון את "ההופעה של תכונות מוצקות עוד לפני שהמערכת חדלה לזרום בפועל."

לדברי פרופ' דימנט, "חשיבותו של המחקר אינה רק בזיהוי סימנים חדשים למעבר הזכוכית, אלא בנקודת מבט חדשה על התופעה כולה." ממצאי המחקר "מראים שמעבר הזכוכית אינו מתמצה רק בהאטה הדרגתית של תנועת החלקיקים, אלא מלווה בשינוי עמוק באופן שבו החומר מעביר תנע מנקודה לנקודה." 

המחקר נערך על ידי פרופסור רועי ברקן, מהחוג לגיאופיזיקה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, בשיתוף gם לוק לנן ממכון סקריפס לאיקונוגרפיה (Scripps Institution of Oceanography)ֿ, קאושיק סריניבסן מאונבירסיטת קליפורניה לוס אנג׳לס (UCLA) , וניקולס פיזו מאוניברסיטת רוד איילנד (URI). המחקר פורסם בכתב העת Nature Geosciences.

מים שקטים חודרים עמוק - כך נחשפו התהליכים בזרם הגולף

האוקיינוסים מכסים יותר מ־70% משטח כדור הארץ ומהווים מנוע מרכזי בוויסות האקלים הגלובלי. זרמים ימיים, ובהם זרם הגולף שבאוקיינוס האטלנטי, אחראים להעברת חום, פחמן ואנרגיה על פני מרחקים עצומים. אולם עד היום, חלק ניכר מהתהליכים הקטנים והמהירים שמתרחשים בהם – בקני מידה של עשרות קילומטרים ואף פחות – נותרו מחוץ ליכולת המדידה הישירה של לוויינים.

כאן נכנסת לתמונה GOFLOW. המערכת פותחה באמצעות בינה מלאכותית ואומנה על סימולציות אוקייניות מתקדמות במיוחד. היא מנתחת סדרות של תצלומי אינפרה-אדום של טמפרטורת פני הים ומסיקה מהן את שדות הזרימה האופקיים של המים. בניגוד לשיטות קודמות, שהתבססו על הנחות פיזיקליות מגבילות, הכלי החדש מצליח לזהות גם תנועות מורכבות ועדינות יותר.

הניתוח מגלה כי באזורים כמו זרם הגולף מתקיימים תהליכים דינמיים עוצמתיים בקני מידה קטנים מ-30 קילומטרים - תהליכים המלווים בשינויים חדים בטמפרטורה ובהתכנסות זרימה. תופעות אלו קשורות לערבוב אנכי של מים, לעלייה או שקיעה של מסות מים, ולהשפעה על חילופי חום וגזים בין האוקיינוס לאטמוספירה.

^{פרופ' רועי ברקן}

להיערך טוב יותר לאירועי קיצון אקלימיים

החוקרים מציינים כי למשמעות הממצאים יש היבט אקלימי ברור: תהליכי ערבוב והעברת אנרגיה באוקיינוסים משפיעים על עוצמת סופות, על התפתחות גלי חום ימיים, על פיזור מזהמים ועל יכולת האוקיינוס לקלוט פחמן דו־חמצני מהאטמוספירה. הבנה טובה יותר של מנגנונים אלו עשויה לשפר מודלים לחיזוי אקלים ולספק תחזיות מדויקות יותר לאירועי קיצון.

בנוסף, החוקרים מדגישים כי המערכת מספקת לראשונה ייצוג לווייני ישיר של שדה הדיברגנציה האופקית באוקיינוס - מדד מרכזי להבנת תנועות אנכיות של מים. מדובר במידע שהיה עד כה זמין בעיקר מסימולציות מחשב או ממדידות נקודתיות בים.

פרופסור רועי ברקן מסכם: "האוקיינוס הוא אחד המרכיבים המרכזיים במערכת האקלים של כדור הארץ, אך חלק גדול מהתהליכים שמניעים אותו מתרחש בקני מידה קטנים ומהירים שקשה מאוד למדוד ישירות. באמצעות GOFLOW  אנחנו מצליחים, לראשונה, להפיק מהלוויינים מידע דינמי שלא היה נגיש קודם – ולחשוף מנגנונים שמשפיעים על ערבוב, העברת חום וחילופי גזים בין הים לאטמוספירה. בעידן של שינויי אקלים מואצים, היכולת לראות את הפרטים הקטנים הללו היא קריטית להבנה טובה יותר של התמונה הגדולה".

* פרופ' רועי ברקן הוא חוקר בחוג לגיאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב, המתמחה באוקיינוגרפיה פיזיקלית ובדינמיקה של נוזלים. מחקריו מתמקדים בהבנת תהליכים דינמיים באוקיינוס בקני מידה קטנים ובינוניים, ובאופן שבו הם משפיעים על ערבוב המים ועל חילופי אנרגיה וגזים בין הים לאטמוספירה. עבודתו משלבת שימוש במודלים נומריים מתקדמים, נתוני לוויין וכלים טכנולוגיים כמו בינה מלאכותית כדי לשפר את הדיוק של מודלים אקלימיים וחיזוי זרמים ימיים.