מחקרים

כיצד אפשר לאגור לאורך זמן אנרגיה המופקת ממקורות אנרגיה מתחדשים, טבעיים ונקיים, כמו למשל שמש או רוח? בעיה זו מעסיקה כיום מדענים בכל העולם, ובמעבדתו של פרופ' עמנואל פלד מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, שוקדים על פיתוחו ושדרוגו של פתרון מהפכני, זול ויעיל - תאי דלק הפיכים. עד היום רשמה הקבוצה עשרה פטנטים וכן מספר שיאי עולם בהספק חשמלי של תאי דלק מסוגים שונים.

"קיימות היום שיטות רבות לקציר אנרגיה ממשאבים מתחדשים, אך לכולן חולשה משותפת: אי־סדירות הופעתם של מקורות האנרגיה המתחדשים בהם אנו עושים שימוש. יש ימי שמש וימים מעוננים, הרוח מתחזקת ונחלשת לסירוגין, וכן הלאה", מסביר פרופ' פלד, שחוקר ומפתח תאי דלק באוניברסיטת תל־אביב מזה כ-30 שנה. "לכן, כדי שנוכל סוף-סוף לדחוק את השימוש בנפט, בפחם, בגז ובגרעין לטובת סביבה נקייה יותר, אנו חייבים להפוך את קציר האנרגיה המתחדשת לתהליך יציב ומשתלם כלכלית. המפתח לכך טמון בפיתוח אמצעים זולים ויעילים לאגירת אנרגיה. מצברי העופרת או הליתיום המשמשים אותנו כיום לאגירת חשמל אינם מסוגלים לענות על הדרישה, כיוון שהם יקרים מדי ואורך החיים שלהם מצומצם מדי. תאי דלק הפיכים, לעומתם, הם אחד הפתרונות המבטיחים שמוצעים כיום לאגירת אנרגיה מתחדשת".

תאי דלק עם חיים ארוכים

כיצד פועל תא הדלק ומהם יתרונותיו? בדומה למצבר, תא הדלק הוא מתקן שאוגר אנרגיה בצורה כימית וממיר אותה לחשמל בעת הצורך. אך יש מספר הבדלים משמעותיים בין השניים: ראשית, לתאי דלק חיים ארוכים פי כמה בהשוואה למצברי עופרת או ליתיום, מכיוון שהבלאי של הכימיקלים המשתתפים בתהליך נמוך במידה רבה. כיצד משיגים זאת? הכימיקלים של תא הדלק אגורים מחוץ ליחידה המרכזית של התא במצב נוזל או גז, בניגוד לאלקטרודות המוצקות שממוקמות בתוך מארזי המצברים.

שנית, הכימיקלים שבתאי הדלק הם מראש זולים במידה משמעותית מאלה המשמשים במצברים. בנוסף, בלבו של תא הדלק שוכנת ממברנה ייחודית שפותחה במעבדתו של פרופ' פלד בשילוב עם שיטה המאפשרת את ייצורה התעשייתי, והיא משמשת כמעבר בררני לחלקיקים זעירים בין הקטבים החשמליים בתהליך יצירת החשמל.

דור העתיד של המצברים למכוניות חשמליות

כל אלה יחדיו מגבירים במידה ניכרת את הכדאיות הכלכלית של השימוש בתאי דלק במגוון יישומים. ואכן, קבוצתו של פרופ' פלד מפתחת תאי דלק מסוגים מגוונים, שכל אחד מהם מיועד למטרה שונה ועושה שימוש בכימיקלים אחרים: תא דלק הפיך שאמור להוות יחידת בסיס למאגר אנרגיה גדול - כמו בתחנת כוח הקוצרת את אנרגיית השמש או הרוח - פועל באמצעות תמיסת חומצה ברומית וגז מימן. תא אחר, המיועד למכשירים אלקטרוניים ניידים, מוזן ישירות במתנול דווקא. ובתחום הלוהט של כלי הרכב החשמליים הגה פרופ' פלד רעיון מהפכני - תא הפועל על נתרן ואוויר, ומתחרה בהצלחה בתאי ליתיום-אוויר, שנחקרים היום בכל העולם ונחשבים לדור העתיד של המצברים למכוניות חשמליות. שני סוגי התאים, הן זה הפועל על נתרן והן זה שפועל על ליתיום אמורים להקנות לרכב החשמלי טווח נסיעה של 500 ק"מ לטעינה אחת, פי שלושה מהטווח האפשרי כיום.

אולם, לשימוש בנתרן יתרונות משמעותיים: הוא זול וזמין מהליתיום ועמיד מול חומרים רבים יותר - דבר שיאפשר חיסכון גם בעלויות המארז והאלקטרודות. בסופו של דבר, אמור תא מבוסס נתרן לעלות רק כמחצית ממחירו של תא מבוסס ליתיום, בעוד שביצועיו - על־פי המחקרים במעבדתו של פרופ' פלד, שאף הוציא פטנט על התא החדשני - אינם נופלים במאומה מאלה של מתחרהו הפופולרי.

כיום, משהוכחו ההיתכנות והכדאיות של תאי הדלק, מתמקדת קבוצתו של פרופ' פלד בשיפור מבנה האלקטרודות ואיכות הזרזים בתא, במטרה להוזיל עוד יותר את מחיר התפעול. אם תצלח מלאכתם, ייתכן שבעוד מספר שנים נוכל כולנו להגדיר מחדש את המושג "מצבר".

מתוך החוברת "מחליפים כוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>

הפיתוח החדשני של פרופ` יונה קיסרי מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר ופרופ` יצחק קלזון מהמחלקה לפיסיקה ואסטרונומיה, הוא מחט רדיואקטיבית, בעלת אורך של ס"מ אחד ועובי של סיכה. כשמחדירים את המחט לתוך גידול סרטני מוצק, היא משחררת אטומים רדיואקטיביים קטלניים, שיוצרים הקרנה מבפנים, וגורמים להתפרקותו של הגידול בתוך הגוף.

"הגידול המתפרק משחרר אנטיגנים, שמעוררים תגובה חיסונית כנגד תאים סרטניים", מסביר פרופ` קיסרי, "היתרון, אם כן, הוא כפול: הגידול עצמו מושמד באופן יעיל יותר, ובמרבית המקרים הגוף מפתח חסינות שתמנע את חזרתו. מצב כזה הוא נדיר כאשר גידול סרטני מוסר בניתוח בדרך הרגילה". המחקר החשוב פורסם במספר כתבי עת אקדמיים, ולאחרונה הופיע בכתב העת .Translational Research 
 

להרוס את הגידול מבפנים

היום מטופלים חולי סרטן רבים בהקרנה של קרני גאמה. ידוע אמנם שחלקיקי אלפא יעילים הרבה יותר, אך הטווח שלהם קצר מאוד, ולכן הם אינם מסוגלים לחדור את העור, ואינם מתאימים לשיטות ההקרנה המקובלות. המחט הרדיואקטיבית שפותחה במעבדתו של פרופ` קלזון עוקפת חיסרון זה: היא מוחדרת לתוך הגידול באמצעות מזרק, ושותלת אטומים רדיואקטיביים פולטי חלקיקי אלפא ישירות בתוך הגידול הסרטני.

"המחט מצופה באטומים שפולטים חלקיקי אלפא, ובנוסף מייצרים אטומי-בת, שפולטים גם הם חלקיקי אלפא. חלקיקים אלה הולכים ומתפשטים בתוך הגידול הסרטני, לפני שהם מתפרקים", מסביר פרופ` קלזון. "זה דומה לפצצת מצרר: במקום להתפוצץ בנקודה אחת מסוימת, ממשיכים האטומים להתפזר ולפלוט חלקיקי אלפא במרחק גדל והולך ממקור הקרינה הראשוני". התהליך כולו אורך כעשרה ימים, ומותיר בסופו רק עופרת שאינה רדיואקטיבית, בכמות שאינה רעילה. המחט עצמה נשארת בגוף, מבלי לגרום לנזק.

בניסויים שנערכו על מודל של עכברי מעבדה, התברר כי לשיטה החדשה יש יתרון מובהק על פני הסרת גידולים סרטניים בניתוח. קבוצה אחת של עכברים חולי סרטן טופלה בניתוח, בעוד שקבוצה שניה טופלה באמצעות המחט הרדיואקטיבית. לאחר מכן הוזרקו לכל העכברים תאים מהגידול המקורי. התוצאה: כל העכברים שטופלו בניתוח (100%) חלו שוב, לעומת 50% בלבד מהעכברים שטופלו במחט הרדיואקטיבית. התוצאות המבטיחות התקבלו עבור סוגים רבים ושונים של גידולים סרטניים: בלבלב, בריאות, במעי הגס, בשד ובמוח.

המסקנה מניסויים אלה היא שהשיטה החדשה להריסת הגידול מבפנים מגבירה את חסינות הגוף מפני חזרתם של תאים סרטניים. "ניתוח יכול לחסל 80 עד 90 אחוז מהגידול, והכימותרפיה קוטלת עוד 5 עד 15 אחוז", אומר פרופ` קיסרי. "אך לעתים קרובות נותרים בגוף כמה תאים גרורתיים, ואלה הורגים כ-85% מהחולים". שיטה שמפרקת את הגידול מבפנים ומעוררת חסינות ספציפית כנגדו, תגרום להרג תאי סרטן שחומקים מאמצעי טיפול אחרים. לשיטה זו יש גם יתרונות נוספים: היא יעילה, פחות פולשנית ויותר חסכונית.
 

בדרך לניסויים קליניים

שיטת הטיפול החדשה, המכונה (Diffusing Alpha-emitters Radiation Therapy) DaRTTM מקודמת היום באופן מסחרי על ידי חברת Althera Medical Ltd. הפועלת בתל-אביב ובניו יורק. החברה מתכננת כיום ניסויים קליניים במרכז דוידוף לסרטן שבמרכז רפואי רבין בפתח תקווה. לדברי פרופ` קיסרי, טיפול זה הוא דוגמה טובה ליתרונות של הרס הגידול מבפנים. הוא מקווה שחוקרים נוספים בעולם יפעלו לפיתוח ולקידום שיטות לחיסול סרטן מבפנים ובניית החסינות נגד גידולים סרטניים.
 

במחקר נוסף פיתח פרופ` קיסרי, בשיתוף עם פרופ` רפי קורנשטיין - גם הוא מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, שיטה נוספת להריסת הסרטן מבפנים. בשיטה זו מוחדרות לגידול אלקטרודות, שפולטות זרמים חשמליים וגורמות לריאקציה כימית שהורגת את הגידול הסרטני.

לרפואה המודרנית אין כיום מענה לכאב נוירופאתי – כאב מתמיד, בעוצמה גבוהה מאוד, הנובע מפגיעה ישירה בעצב. במקרים רבים, אפילו טיפול במורפיום אינו משכך את הכאב, והסבל נמשך ללא הפוגה או תקווה להקלה. מחקריו של פרופ' ברנרד אטלי, מהמחלקה לפיזיולוגיה ופרמקולוגיה בבית הספר לרפואה, עשויים לשמש תשתית לפיתוח תרופות יעילות למצב זה, וגם למחלות קשות אחרות שמקורן במוח – כמו אפילפסיה וסכיזופרניה. 

"תאי העצב במוח מתקשרים ביניהם באמצעות אותות חשמליים, הנישאים על-ידי יונים של חומרים כימיים שונים. היונים יוצאים מהתא ונכנסים אליו דרך מבני חלבונים המכונים תעלות יונים, הממוקמים בקרום התא," מסביר פרופ' אטלי. "יש סוגים מגוונים של תעלות יונים, המותאמים למעבר יונים של חומרים כימיים שונים - תעלות אשלגן, תעלות נתרן, תעלות סידן ועוד. התעלות, שהן תלויות מתח, נפתחות ונסגרות בתגובה לשינויים במתח החשמלי. מוטציות ופגיעות אחרות, שמשבשות את פעולת התעלות, עלולות לגרום לכאב נוירופאתי, לאפילפסיה או לתופעה הנקראת מיוקמיה – התכווצות מתמדת של שרירים בגפיים, וייתכן שהן מעורבות גם בסכיזופרניה. במעבדה שלי אנחנו מתמקדים בעיקר בחקר תעלות האשלגן – תעלות יוניות שמאפשרות מעבר של יוני אשלגן."

אחד המחקרים של פרופ' אטלי וצוותו עוסק במוטציות ממשפחת KCNQ, שמדכאות את פעילותן של תעלות האשלגן, בעיקר באזורי ההיפוקמפוס וקליפת המוח, וגורמות לפרכוסים ולכאב נוירופאתי. החוקרים משלבים כלים ומדדים ביופיזיקליים, ביוכימיים ומולקולאריים, כדי לאפיין תפקוד תקין של התעלות, ומנסים לתקן את הפגמים באמצעות נגזרות – מולקולות קטנות שמחזקות את פעילותן של תעלות האשלגן הפגועות. טכניקת הנגזרות החדשנית יושמה במחקר משותף עם פרופ' אינה וינר מהמחלקה לפסיכולוגיה.

מניעת התקפים אפילפטיים וכאבים בסכיזופרניה

המדענים בחנו את השפעת טכניקת הנגזרות על אזור ההיפוקמפוס במוחן של חולדות מודל לסכיזופרניה. הטיפול הניסיוני הצליח למנוע התקפים אפילפטיים והתקפים של כאב נוירופאתי באופן ממוקד וסלקטיבי, עם תופעות לוואי מינימאליות. חברה מסחרית, שהוקמה במיוחד למטרה זו, מקדמת כעת את הפרויקט, על מנת להגיע לשלב של ניסויים קליניים. בינתיים, חוקרים במעבדה ממשיכים במלאכתם: כעת הם מנסים ליישם את השיטה על עוברי חולדות המצויים עדיין ברחם אימם, ובודקים האם ניתן בדרך זו למנוע התפתחות עתידית של סכיזופרניה - אצל מי שמועד מלידה ללקות במחלה.

מתוך חוברת "מצב המוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>