חדשות

הצרפתים ממליצים על שתיית כוס אחת של יין אדום מדי יום, והמזרח הרחוק הביא לנו את בשורת התה הירוק, ועכשיו ההמלצות הללו מקבלות גם אסמכתא מדעית. תוצאות מחקר חדש שנערך בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס.וייז מראות שלחומרים המצויים במשקאות אלו אכן יש סגולות רפואיות, ומעוררות תקווה לפיתוח תרופות לטיפול במחלות מטבוליות מולדות, הפוגעות ביכולתו של הגוף להתמודד עם רכיבים תזונתיים כמו פחמימות, חלבונים ושומנים.

"מחלות מטבוליות מולדות הן מחלות גנטיות שבהן הגוף אינו מייצר אנזים מסוים," מסבירה מובילת המחקר, הדוקטורנטית שירה שחם-ניב ממעבדתו של פרופ' אהוד גזית, "כתוצאה מכך מצטברים בגוף מטבוליטים (חומרים המהווים, בין היתר, אבני בניין של החלבונים ושל ה-DNA בגופנו), שאותו אנזים אמור היה לפרק או להסב למטבוליטים אחרים. הצטברות כזאת ללא בקרה עלולה להיות רעילה ולגרום לנזקים שונים, ומחלות מטבוליות קשות יכולות להביא לעיכוב התפתחותי חמור ולפיגור שכלי מגיל ינקות. דוגמה אחת, נפוצה יחסית, היא מחלת ה-PKU, הגורמת להצטברות של המטבוליט פנילאלנין. כדי להימנע מפגיעתה נדרשים חולי PKU, מיום לידתם, להקפיד על דיאטה מחמירה שאינה מכילה פנילאלנין. זוהי משימה קשה, בעיקר עבור ילדים צעירים, מכיוון שהפנילאלנין מצוי במוצרי מזון רבים שרובנו צורכים באופן שוטף, כגון בשר, עוף, מוצרי חלב, קטניות, דגים ושוקולד. היום, בהיעדר תרופה למחלה, הימנעות היא הדרך היחידה. אנחנו חיפשנו גישה חדשה, שתאפשר פיתוח תרופות למחלות מטבוליות מולדות."

לדבריה, "חשוב לציין כי על אף העובדה ש-PKU נחשבת מחלה נדירה (הגדרה הניתנת למחלות ששכיחותן היא 1:100,000 באוכלוסייה), שכיחותה בכל זאת גבוהה ומשתנה גאוגרפית. בישראל השכיחות עומדת על 1:13,000, ובטורקיה היא גבוהה אף יותר ומגיעה ל-1:2,600. הדבר הופך את PKU למחלה אטרקטיבית עבור חברות הפארמה, עקב הפוטנציאל המסחרי הטמון בה. עובדה מעניינת נוספת היא ששכיחותן הכוללת של המחלות המטבוליות המולדות מהווה חלק מרכזי מכלל המחלות הגנטיות אצל ילדים."

ממחלות מולדות ועד לאלצהיימר

המחקר החדש, שהתפרסם לאחרונה בכתב העת Communications Chemistry, מתבסס על שני מחקרים קודמים ממעבדתו של פרופ' גזית: במחקר הראשון הוכח כי פנילאלנין מסוגל לעבור תהליך של הרכבה עצמית, וליצור מבנה עמילואידי - בדומה למצבורי העמילואיד הגורמים להרס תאים במוחם של חולי אלצהיימר, פרקינסון ומחלות נוירו-דגנרטיביות נוספות. במחקר השני נמצא כי גם מטבוליטים נוספים, כמו אדנין וטירוזין, המצטברים במחלות מטבוליות מולדות אחרות (מלבד PKU) ,יכולים לעבור תהליכי הרכבה עצמית וליצור מצבורים עמילואידיים רעילים. שני המחקרים הובילו לשינוי תפיסה חדשני בעולם המחלות המטבוליות המולדות.

"במחקר הנוכחי החלטנו לבדוק אם מולקולות המוכרות ממחקרים על אלצהיימר ומחלות עמילואידיות נוספות, הידועות כמעכבות ייצור מצבורים עמילואידיים, יכולות לסייע גם כנגד המצבורים המאפיינים מחלות מטבוליות מולדות," אומרת שחם-ניב. "קיווינו שמולקולות כאלה יוכלו להוות בסיס לפיתוח תרופות עתידיות למחלות המטבוליות."

עצירת המצבורים הרעילים

החוקרים התמקדו בשתי מולקולות זמינות המעכבות ייצור עמילואידים: נוגד החמצון EGCG המצוי בתה ירוק, וחומצה טאנית המשמשת בתעשיית היין. שני החומרים נוסו על שלושה מטבוליטים, הקשורים לשלוש מחלות מטבוליות מולדות: אדנין שמצטבר במחלה APRT adenine) phosphoribosyltransferase deficiency); טירוזין המצטבר אצל חולי טירוזינמיה; ופנילאלנין שמצטבר ב-PKU.

התוצאות היו מבטיחות: גם החומצה הטאנית וגם ה-EGCG הראו יכולת לעצור את יצירת המבנים העמילואידיים וגם להפחית את רמת הרעילות שלהם. בהמשך נעזרו החוקרים בסימולציות חישוביות על מנת להבין לעומק את המנגנון הפעולה של המולקולות שנבדקו – זאת על מנת לאתר בעתיד מולקולות נוספות בעלות אופן פעולה דומה, כבסיס לפיתוח תרופות המשנות את מהלך המחלה.

"אנחנו נכנסים לעידן חדש בכל הנוגע להבנת תפקידם וחשיבותם של מטבוליטים במחלות שונות, בהן מחלות מטבוליות, מחלות נוירו-דגנרטיביות ואף סרטן," מסכמת שירה שחם-ניב. "הכלים שאנחנו מפתחים היום הינם פורצי דרך, ויש להם פוטנציאל אדיר לעזור בעתיד למגוון רחב של חולים."

מאז ועד היום ממלכות קמו ונפלו, ספינות הושקו וגם שקעו, אך בורג ארכימדס ממשיך לשרת נאמנה את האנושות כבסיס למתקנים רבים – ממדחפי ספינות ומטוסים, ועד למאווררים ולמכונות חטיפים אוטומטיות המסיעות ממתקים לכיוונם של לקוחות רעבים. אחד מאלו שהביטו במתקן חטיפים שכזה וקרא בלבו 'אאוריקה! אאוריקה!' היה ד"ר אלון באב"ד מבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן באוניברסיטת תל אביב.

ארכימדס, מדען וממציא דגול מהמאה ה-3 לפניה"ס

​

מה הקשר בין סוכריות צבעוניות וננו טכנולוגיה?

כבר לפני כעשור ניצת בראשו של ד"ר באב"ד הרעיון ליצור בורג, שישמש ככלי שינוע לחלקיקים זעירים. זה אירע כשהתבונן במכונה אוטומטית, המסיעה ממתקים לפתחה לאחר התשלום. "הרעיון היה ליצור 'בורג ארכימדס' אופטי, העשוי כולו מאור, שיעבוד על פי אותו רעיון – לכידה והעברת חומר ממקום למקום, אשר תאפשר לבודד ולבחון אותו כפי שטרם הצליחו לעשות בעבר", הוא אומר. כמו הבורג המקורי, גם הבורג האופטי שהגה ד"ר באב"ד יניע חומר, אלא שבמקום מים, אוויר או סוכריות, הוא ילכוד חלקיקים.

הרעיון לפיתוח אותו בורג נותר במגרה עד לפני כשנתיים, אז הצטרפו לקבוצת המחקר שלו תלמידיו ברק חדד, סהר פרוים והדוקטורנט יניב אליעזר, ויחד עם ד"ר יעל רויכמן ותלמידיה מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר – הוא החל לרקום עור וגידים, או יותר נכון – קרני וגלי אור. "ביקשנו לשחזר במעבדה את המצאתו של ארכימדס במושגים של המאה ה-21: בורג אופטי שילכוד חלקיקים זעירים, ויאפשר לנו לשלוט בתנועתם ולהביא אותם למקום הרצוי לנו", אומר ד"ר באב"ד. מאמר על מחקרם פורץ הדרך התפרסם ביוני 2018 בכתב העת היוקרתי Optica.

ויהי אור, ויהי חושך – סליל אופטי נולד

תחילה היה על החוקרים לפתח קרני אור בצורת בורג, אשר משלבות אזורים מוארים וחשוכים יותר, שימשכו אליהם את החלקיקים אותם רצו ללכוד. אם נמשיך ונשתמש במושגים מעולם החטיפים – היה עליהם ליצור סליל בצורת ביסלי גריל.

לשם כך הם יצרו מפגש בין שתי קרני לייזר מהסוג המכונה 'מערבולת אופטית', בה גלי האור נעים קדימה, ובו בזמן גם מסתובבים סביב מרכז האלומה. באזור המפגש נוצרים אזורים חשוכים ובהירים לסירוגין, כשהאזורים הבהירים המתקבלים מהווים סליל של אור. כך, משני סלילים שיצרו, בנו החוקרים אלומת בורג, הדומה למבנה ה-DNA, ותכונותיה ואופן התנועה שלה נשלטים על ידם בדיוק רב.

זהירות, מלכודת אופטית לפניך

בשלב השני, ביקשו החוקרים להשתמש בבורג האופטי לשם גרירה אופטית, ממש כמו זו שאנו מכירים בסרטי המדע הבדיוני, בה קרני אור מתבייתות על אדם או חפץ, ומושכות אותו לתוך חללית עצומה.

ד"ר באב"ד מספר על המלכוד שבשיטה ועל הפתרון שמציע הבורג האופטי: "'מלכודות אופטיות' של אלומות אור הלוכדות חלקיקים - קיימות במדע כבר עשרות שנים. אחד האתגרים הגדולים בלכידת חלקיקים המרחפים באוויר, או בנוזל, הוא משיכת החלקיק לעבר מקור האור. הקושי הוא שחלקיקי האור של מקור האור, הנקראים פוטונים, מתנגשים בחלקיק המתקרב, דוחפים ומרחיקים אותו. תופעה זו מקשה, לדוגמה, על מדענים המבקשים להביא חלקיקים אל 'מתחת לפנס' במתקני בדיקה למיניהם. הבורג שלנו פתר את הבעיה בדרך חדשנית: הוא לוכד חלקיקים באזורים החשוכים של בורג האור, ומניע אותם אל המקום הרצוי באמצעות סיבוב הבורג."

לבורג האופטי החדשני מספר יתרונות בולטים לעומת שיטות אחרות שפותחו בשנים האחרונות. "יש לנו שליטה מלאה בתהליך", קובע ד"ר באב"ד. "הפעולה שלנו כמעט ואינה תלויה בפרמטרים של החלקיק עצמו, כמו גודלו והמאסה שלו, אלא בעיקר בתנועת הבורג. אנו יכולים להניע את החלקיק לכל כיוון, אפילו אחורנית, וגם שולטים במהירות התנועה, שהיא למעשה מהירות סיבוב הבורג. במעבדה הזזנו חלקיקים ננומטרים בצורה מבוקרת על פני מרחק של כסנטימטר במשך כדקה – דבר הנחשב להישג טכנולוגי בפני עצמו".

השיטה נבחנה בסימולציות מחשב וגם במעבדה. החוקרים העבירו בורג אופטי דרך מיכל זכוכית קטן, שבתוכו מתרוצצים חלקיקי אבק פחמן. כשקרן האור לכדה חלקיק, הם סובבו את הבורג, והצליחו להניע את החלקיק לכיוון ולמקום הרצויים להם. "זה כמו חטיף המונח בתוך אחד מסיבובי הבורג במכונת חטיפים, ונע לעבר היציאה כשהבורג מסתובב," אומר ד"ר באב"ד בחיוך.

כמו בסרט מדע בדיוני, בהם קרני אור מתבייתות על אדם או חפץ וגוררות אותו לתוך חללית עצומה - הבורג הננומטרי משמש לגרירה אופטית, אך מתרחש ברמת החלקיקים.

עתיד מזהיר

עדיין מוקדם לדעת כיצד כלי חשוב זה ישפיע על חיינו בעתיד. ייתכן והבורג האופטי, העשוי כולו קרני אור מסתלסלות וירקרקות, יסייע בין היתר בבדיקת זיהומים באוויר ובתמיסות שונות, ויוביל את הרפואה, המדע והאקולוגיה צעד גדול קדימה. ניטור זיהום האוויר? בידוד חיידקים? זיהוי בקטריות שונות? ימים יגידו.

ד"ר רויכמן צופה כי "בעתיד ניתן יהיה להשתמש בטכנולוגיה הזו כדי לדגום חלקיקים באוויר ללא מגע יד אדם. רחפנים או כלי עזר אחרים יוכלו למשוך אליהם חלקיקים שונים באמצעות הבורג ולהביאם לבדיקות מעבדה, אשר יוכלו לזהותם ולפעול בהתאם". ד"ר באב"ד מחזק את דבריה: "המלכודת האופטית מאפשרת להעביר ולהחזיק חומרים שונים במקום אחד בזמן שעושים עליהם בדיקות שונות. החומרים הללו יכולים להיות מזהמים קטנים, או חומרים ביולוגיים כמו תאים, בקטריות, וירוסים. כמובן שבעתיד ניתן יהיה להתאים את השיטה להסעת חלקיקים למרחקים גדולים בהרבה. כעת אנחנו חוקרים כיצד ניתן להגביר את המהירות ולהאיץ את תנועת החלקיקים, ואולי אף ללכוד ולהניע מספר חלקיקים בו-זמנית. אחד היעדים שלנו כעת הוא יצירת 'טורבינה' אופטית שתניע חלקיקים רבים בו-זמנית במהירות בכיוון נדרש".