מחקרים

במעבדתו של פרופ' אשל בן-יעקב מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר חוקרים את התנהגותם החברתית של חיידקים. אולם, לא רק החיידקים חולקים ביניהם תקשורת חברתית ענפה. "כמו החיידקים, גם תאי סרטן מסתמכים על תקשורת ועל שיתוף פעולה", טוען פרופ' בן-יעקב.

שיתוף פעולה בין חוקרי מעבדתו של פרופ' בן-יעקב ובין החוקרים האמריקאיים פרופ' דונלד קופי, חוקר סרטן מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס, ופרופ' הרברט לוין מאוניברסיטת רייס, העלה תוצאות מעניינות אודות התנהגותם החברתית של תאי סרטן. המחקר מצביע על דמיון בין מנגנון התקשורת החברתית של חיידקים לבין מנגנון התקשורת שחולקים תאים סרטניים בגופם של חולים. המודל שמוצג במחקר מתאר שיתוף פעולה בין תאי סרטן המאותתים זה לזה על אזורים בהם ניתן להתיישב ולפתח גרורות סרטניות. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת המדעי   Trends in Microbiology.

ריגול ומודיעין

תאים בריאים בגוף מתנהגים בהתאם לאותות ולהוראות הכימיים והפיזיקליים שהגוף שולח. לעומתם, חיידקים ותאים סרטניים מצליחים להתרבות על ידי עקיפה של מערכת החיסון ושיגור מסרים לשיבוש פעילותה. בכדי להשיג יעדים אלו, משתמשים תאי הסרטן באינטראקציות מורכבות על מנת לחלוק משאבים ולחלק משימות באופן יעיל בינם לבין עצמם.

"לפני שתאים סרטניים מתפשטים בגוף ויוצרים גרורות, הם שולחים לכל חלקי הגוף נציגים המתפקדים כ'תאי ריגול' ומנווטים את תאי הסרטן במקור הגידול אל האזורים בהם ניתן להתיישב ולפתח גרורות", מתאר פרופ' בן-יעקב. רק לאחר השלמת תהליך זה, עוזבות הגרורות את מקור הגידול הסרטני ומתפשטות בגוף. בנוסף, יש ביכולתם של תאים סרטניים לשנות את סביבתם ולהכריח תאים בריאים לספק להם תמיכה והגנה באמצעות שינויים גנטיים, בדומה לחיידקים.

לבלבל את האויב

לדברי פרופ' בן-יעקב, חקר התנהגותם החברתית של תאי סרטן יכול להוביל לכיווני מחקר חדשים ולדרכים חדשות להתמודד עם המחלה, לדוגמא, פיתוח סוג חדש של תרופות נגד סרטן אשר משבשות את התקשורת בין התאים ושולחות מסרים שגויים על מנת להאט או לעצור את התפשטות המחלה.

בין היתר, חקר פרופ' בן-יעקב בעבר את תופעת הקניבליזם בקרב מושבות חיידקים ופיצח את הקוד התקשורתי שהוביל את החיידקים להרוג זה את זה. בן-יעקב מציע לבחון את תופעת ה"קניבליזם" גם בקרב תאי הסרטן. תאים לעיתים טורפים אחד את השני כאשר משאביהם נגמרים. בעזרת האותות הנכונים יתכן כי חוקרים יוכלו להורות לתאי סרטן לתקוף ולחסל האחד את השני.

הצעה נוספת שהעלה צוות המחקר קשורה ביכולתם של תאי סרטן להיכנס ל"תרדמת" כאשר החולה עובר כימותרפיה ולהתעורר שוב לאחר סיום הטיפול. על פי פרופ' לוין ייתכן כי היכולת לפענח את אמצעי התקשורת בין תאים סרטניים תאפשר לרופאים "לעורר" את אותם תאים רדומים ולהורגם על ידי שליחת מסרים מתאימים. מסרים אלו יכולים להישלח באמצעות חיידקים.

חוקרים אחרים כבר הדגימו בעבר כי חיידקים מוזרקים הצליחו "להערים" על תאי סרטן ו"ללמד" את מערכת החיסון לזהות את התאים הסרטניים ולחסלם. "יתכן ואנו נכנסים לעידן חדש של ‘מלחמה סייבר ביולוגית' בסרטן שבה מדענים יכולים לרתום את האינטליגנציה של החיידקים על מנת להביס תאים סרטניים", מסכם פרופ' בן-יעקב.

פרופ' דן פאר מהמחלקה לחקר התא ולאימונולוגיה באוניברסיטת תל-אביב מוביל מאמץ מחקרי מסוג חדש, במטרה לפתח מערכות ננומטריות להובלת תרופות, שייתנו מענה למגוון רחב של מחלות. הפרויקט, המקיף 11 מעבדות, בהיקף של 11.5 מיליון דולר, יבנה תשתית טכנולוגית, שתהיה זמינה למסחור וליישום תעשייתי כבר בעוד חמש שנים.

"הפרויקט שלנו הושק ב-2012, והוא מהווה מאמץ מחקרי ממוקד מסוג חדש, שלא היה כמותו בישראל עד היום", אומר פרופ' פאר. "מטרתנו היא לבסס תשתית טכנולוגית חדשה בתחום הננו-רפואה, שתהיה זמינה למסחור וליישום תעשייתי כבר בעוד חמש שנים – תקופה קצרה מאוד במונחים של מחקר מדעי. לשם כך בחרנו 11 צוותי מחקר (מהם שמונה באוניברסיטת תל-אביב), המפתחים קשת רחבה של אסטרטגיות בתחום מתקדם ומרתק: חלקיקים זעירים שמובילים תרופות ואמצעי הדמיה ישירות ליעדם בתוך גוף האדם. העבודה שלנו מעוררת כבר היום התעניינות רבה בקרב חברות גדולות לתרופות".

ננו-רפואה בטווח רחב

הקבוצות המשתתפות בפרויקט החדשני מתמחות במגוון תחומים: סינתזה כימית ופולימרים, הנדסת נוגדנים, מערכת החיסון, שימוש בחלקיקים ממקור ביולוגי, ביולוגיה תאית, הדמיה וקרדיולוגיה. מחקריהן עוסקים בטווח רחב של מחלות, בעיקר מחלות הכרוכות בחוסר או בעודף כלי דם, ובמחלות הקשורות למערכת החיסון - כמו סוגים שונים של גידולים סרטניים וסרטן הדם, התקפי לב, תהליכים דלקתיים ומחלות נגיפיות שתוקפות את מערכת החיסון, כגון איידס. הפרויקט זוכה לתמיכה משמעותית מממשלת ישראל, במסגרת יוזמה לאומית ישראלית לננוטכנולגיה, שמטרתה להקים ולקדם מרכזי ננו במוסדות מחקר ישראליים - Israel National Nanotechnology Initiative.

שותפיו לפרויקט של פרופ' פאר באוניברסיטת תל-אביב הם: פרופ' אהוד גזית מהפקולטה למדעי החיים, כיום המדען הראשי של משרד המדע, פרופ' איתי בנהר ופרופ' רמונה מרגלית מהפקולטה למדעי החיים, פרופ' דורון שבת ופרופ' משה פורטנוי מבית הספר לכימיה, פרופ' רונית סצ'י-פאינרו מבית הספר לרפואה ופרופ' יונתן ליאור מהפקולטה לרפואה ומהמרכז הרפואי שיבא. בנוסף, שותפות בפרויקט ד"ר גליה בלום מבית הספר לרפואה בהדסה עין כרם, ד"ר איילת דוד מבית הספר לרפואה באוניברסיטת בן גוריון ופרופ' שולמית מיכאלי מאוניברסיטת בר-אילן.

הובלת תרופות אל דלקות במעי

תחת הגג הכולל של הפרויקט הננו-רפואי, מתמקדת קבוצת המחקר של ד"ר פאר בתחום של מחלות דלקתיות של המעי, כמו קרוהן וקוליטיס. במעבדתו פועל צוות רב-תחומי המונה 18 חוקרים – מהנדסים, ביוטכנולוגים, פיזיקאים, ביולוגים, כימאים וּוטרינרית, ומשתף פעולה עם רופאים וכירורגים רבים במרכזים הרפואיים שיבא, רבין ואיכילוב, ועם המרכז הגדול למחלות מעי שבאוניברסיטת קלגרי בקנדה.

"בהיבט הטכנולוגי אנו מפתחים אסטרטגיה להובלת תרופות ואמצעי אבחון ננומטריים אל דלקות במעי", מסביר ד"ר פאר. "הטכנולוגיה שלנו מתבססת על חלקיקים בקוטר ננומטרי המצופים בנוגדנים. הנוגדנים הללו מכירים תאים ממערכת החיסון המצויים בזרם הדם, ש'נקראים, אל האזור הנגוע בגוף, ומתבייתים עליו. תאים כאלה יכולים, על-פי תפיסתנו, לשמש כמערכות ניווט, מעין GPS, שינחו את החלקיקים הננומטריים ישירות אל היעד. על סמך גישה זו אף פיתחנו שיטה לאבחון מחלות מעי דלקתיות, שאינה פולשנית כמו הטכניקות המקובלות של קולונוסקופיה וגסטרוסקופיה: הזרקנו למחזור הדם של חיות מעבדה חלקיקים ננומטריים מסומנים, שהתבייתו על תאי מערכת החיסון שבדם, 'נסעו' איתם אל התאים החולים במעי, וסימנו אותם עבור מערכות ההדמיה. בשימוש מורחב יכולים חלקיקים כאלה גם לשאת ולשחרר תרופות".

משלבים טכנולוגיה עם ביולוגיה

כדי למלא טווח רחב של משימות, מפתחים ד"ר פאר וצוותו נשאים ננומטריים במגוון גדלים וסוגים, המותאמים למחלות ולמטלות שונות. כל הנשאים המיוצרים במעבדה מבוססים על שילובים של חומרים ביולוגיים – שומנים, סוכרים וחלבונים. כך, לדוגמה, גילו החוקרים כי השומנים כולאים בתוכם ביעילות תרופות ואמצעי הדמיה, בעוד שציפוי של סוכרים מונע הידבקות של החלקיקים זה לזה. החלבונים הם בעיקר נוגדנים וליגנדים, שמתחברים אל פני השטח של החלקיקים, מנווטים אותם אל תאי היעד, וגם מסייעים להם לחדור לתוכם.

אך ד"ר פאר אינו מסתפק בפיתוח של נשאי תרופות חכמים. "קבוצות מחקר רבות בכל העולם מפתחות היום נשאי תרופות ננומטריים מסוגים ומחומרים שונים", הוא אומר. "הייחוד במעבדה שלי הוא שאנו משלבים טכנולוגיה עם ביולוגיה. יש לנו צוות ביולוגי ייעודי, שמחפש גם את התרופות עצמן, והשילוב הזה מעניק למחקר שלנו עוצמה מיוחדת".

בניסיון להשיב על אותן שאלות, פותחה לפני כעשר שנים על ידי פרופ' יובל גורן, ראש המעבדה למיקרוארכיאולוגיה השוואתית שבאוניברסיטת תל-אביב, גישה מחקרית חדשה הבוחנת את תעודות החומר הכתובות בכתב היתדות מכיוון שונה לחלוטין מזה שהיה מקובל עד כה. לשם קביעת מוצאן נרתמו שיטות מחקר מתחומי מדעי הטבע והמדעים המדויקים, שיש ביכולתן לענות על מגוון רחב של שאלות הקשורות למקורן ולדרכי תפוצתן של התעודות.

צוהר אל הגיאוגרפיה של התקופה

חומר הכתיבה שעליו הוטבעו הסימנים בכתב היתדות הוא החומר (clay), המכיל חרסיות וחומרים מלכדים (חסמים), שנאספו על-ידי הסופרים ונלושו לשם יצירת המצע לכתיבה. כדי לקבוע את מקום מוצאו של החומר ניתן ליישם מגוון של שיטות מינרלוגיות וגאוכימיות, שמשמשות מזה מספר עשורים במחקרים על המוצא והטכנולוגיה של כלי חרס. שיטות אלה בוחנות את הרכב המינרלים והיסודות הכימיים של החרסיות והחסמים שבחומר ומעמתות אותם עם בסיסי נתונים גיאולוגיים. בדרך זו אפשר לעמוד במקרים רבים על מקורן של התעודות ועל התהליכים הטכנולוגיים ששימשו ביצירתן.

בשיטה זו אפשר אף לאתר את הסוג והמקור של התצורות הגיאולוגיות שמהן נגזרו מרכיבי הטין (משקע בעל גרגירים זעירים הנפוץ באזורים מדבריים), וכך לקבוע את מוצאן הגיאוגרפי של התעודות, שאינו זהה תמיד למקום שבו התגלו בחפירות. שילוב הנתונים הללו עם המידע המתקבל מן הטקסטים עצמם פותח בפני המחקר צוהר נוסף אל הגיאוגרפיה וההיסטוריה בתקופה זו.

הרכב המינרלים שבחומר

המתודה המחקרית המבוססת על יישום שיטות אנליטיות מינרלוגיות-פטרוגרפיות על ממצאים ארכיאולוגיים מחומר, בעיקר על כלי חרס, החלה את צעדיה הראשונים עוד במחצית הראשונה של המאה העשרים. פטרוגרפיה היא שיטת מחקר גאולוגית הבוחנת את הרכב המינרלים שבחומר (במקור בסלעים) באמצעות בדיקתם בשקפים תחת מיקרוסקופ אופטי המצויד בעזרים שונים בהם מערכת מסננים מקטבים, החוסמים את קרני האור לפי תכונת הקוטביות שלהן (הקשרים האלקטרומגנטיים בין האטומים בחומר). שיטה זו מאפשרת את זיהויין של פאזות גבישיות שונות בתוך החומר (שלבים שונים בתהליך הגעתו של החומר למצב צבירה מוצק).

כיום משמשות הבדיקות הפטרוגרפיות ככלי פשוט יחסית, מהיר, זול ורב-ערך בחקר הטכנולוגיה הקדומה ובחקר ההרכב והמוצא של כלי חרס, אבן ומוצרי טיח ארכאולוגיים. בדרך זו נחקר (בשיתוף עם הפרופסורים נדב נאמן וישראל פינקלשטיין) מוצאן של התעודות מארכיון אל עמרנה שהתגלה במצרים, ובשיתוף עם ד"ר יורם כהן ותלמידתם מיטל קאופמן, נחקרו תעודות מן הארכיון שהתגלה באוגרית.

מכשיר ספקטרו-פוטומטר XRF נייד

הקושי העיקרי בכל השיטות הללו נעוץ בצורך להסיר דוגמאות מן החומר לבדיקה. אמנם פיתוחן של שיטות דגימה מיוחדות לצורך הבדיקות הפטרוגרפיות על-ידי פרופ' יובל גורן לפני כעשור, צמצם מאוד את מידת הפגיעה בתעודות, אך עצם היותה של הבדיקה פולשנית גרם לא פעם לקשיים בקבלת אישור למחקר מצד אוצרי מוזיאונים ומנהליהם.

מתוך מטרה למצוא פתרון לבעיה זו, נרכש בסיוע סגן הנשיא למחקר של אוניברסיטת תל-אביב, מכשיר נייד מסוג X-Ray Fluorescence)  XRF) בעל גלאי חדיש מסוג silicon drift, המגלה עד 34 יסודות כימיים ברמת דיוק גבוהה, וברוב המקרים ללא צורך בהסרת דגימה. במהלך השנתיים האחרונות פותחה במעבדה למיקרוארכאולוגיה השוואתית מתודה לשימוש במכשיר זה לצורך אפיון מוצאן של תעודות החומר על פי הרכבן הכימי.

המכשיר, שדומה בגודלו ובצורתו למייבש שיער רגיל, ניתן להובלה במטוס במטען יד, ומאפשר לבצע אנליזות בלתי-פולשניות של ההרכב הכימי של התעודות באולמות התצוגה או האחסון של המוזיאונים, תוך עיבוד מיידי של הנתונים לקביעת מוצאן, והשוואתם לבסיסי נתונים הנשענים על תעודות מן המזרח הקדום, שמוצאן נבדק בשיטות האנליטיות הקודמות וגם בשיטה זו.

במהלך השנה האחרונה התבצע מחקר ראשון מסוג זה על התעודות מחַתּוּשָה (כיום בּוֹעֲ'זְקּוֹי), בירת האימפריה החיתית, השמורות במוזיאון הלאומי בברלין, ותעודות מאל עמרנה שבמצרים השמורות בברלין ובמוזיאון הבריטי בלונדון. פרסום ראשון בנושא הופיע בכתב העת Journal of Archaeological Science. המחקר נעשה על-ידי פרופ' יובל גורן ופרופ' יורג קלינגר (מן האוניברסיטה החופשית בברלין) בתמיכת הקרן הדו-לאומית ישראל - גרמניה.

הרוח היא אחד ממקורות האנרגיה הנקיים ביותר שנותן לנו הטבע, ומדענים ברחבי העולם מחפשים דרכים יעילות לרתום אותה לשימוש האדם. הקושי העיקרי הוא שהרוח, עוצמתה וכיווניה הם אקראיים ואינם ניתנים לחיזוי מדויק או לשליטה. במעבדתו של פרופ' אבי זייפרט בבית הספר להנדסה מכנית שבפקולטה להנדסה מפתחים טכנולוגיות חדשניות, שיאפשרו ניצול יעיל של אנרגיית הרוח גם במהירויות רוח נמוכות, בתנאים ובמקומות שונים.

לרתום את הרוח

"לרוח כמקור אנרגיה יש פוטנציאל גדול גם בישראל, בעיקר במקומות הגבוהים", אומר פרופ' זייפרט. אך לפני שנוכל להציב ברחבי הארץ טורבינות רוח להפקת חשמל, עלינו לפתור כמה בעיות טכנולוגיות: ראשית, הטורבינות הקיימות היום יעילות רק בטווח מסוים של מהירות רוח. במקומות ובזמנים בהם הרוח חלשה יותר, לא ניתן להסתמך עליהן. שנית, הן רועשות, דבר המהווה מגבלה להצבתן באזורי מגורים או בקרבתם, ושלישית, הן גדולות ודורשות שטח רב".

"במחקר שלי, בשיתוף עם פרופ' טוביה מילוא ופרופ' אבי קריבוס מבית הספר להנדסה מכנית, אנו שואפים לפתח טורבינות רוח קטנות ושקטות, שיפעלו ביעילות במהירויות רוח נמוכות בהרבה מהמקובל היום. טכנולוגיה כזאת תגביר באופן ניכר את היכולת לרתום את אנרגיית הרוח לצורכי האדם," מוסיף פרופ' זייפרט.

"זה הרוח השובב"

צוות המחקר של פרופ' זייפרט במעבדת מדואו לאווירודינמיקה (Meadow Aerodynamics Laboratory) באוניברסיטת תל-אביב הוא מהמובילים בעולם בתחום הקרוי "בקרת זרימה פעילה", ועוסק בפיתוחו כבר למעלה מ־20 שנה. מדובר במערכת המשלבת חיישנים שמזהים את מצב זרימת הרוח סביב להבי הטורבינה, עם מפעילי זרימה - מתקנים זעירים אשר יוצרים, בתגובה למידע מהחיישנים, ערבולי אוויר מבוקרים בקרבת הלהב, ובכך מגדילים את רמת הנצילות האנרגטית. כך, באמצעות השקעה קטנה של אנרגיה במקום הנכון ובזמן הנכון, אפשר להפחית משמעותית את גורם האקראיות של הרוח, ולשפר את הביצועים והתפוקה הכוללים של טורבינת הרוח.

בעתיד תאפשר השיטה החדשנית להציב טורבינות רוח יעילות באתרים שבהם אנרגיית הרוח נחשבת היום בלתי כלכלית: במקומות שמהירות הרוח נמוכה או משתנה, באזורים שכיוונה ו/או עוצמתה אינם יציבים, ואף בערים ובקרבת יישובים. לכשיתגשם החזון הזה, יתרחבו באופן ניכר גם האפשרויות לניצול אנרגיית הרוח: נוכל לרתום אותה ישירות לייצור חשמל ולאגירת אנרגיה, לטעינת מצברים ולשאיבת מים, לשימושים מגוונים בבנייני מגורים ועוד.

אין ספק ששימוש באנרגיית הרוח הנקייה כחלופה ישימה ויעילה לדלקים המזהמים שמשמשים אותנו היום, יתרום תרומה חשובה לבריאות האדם והסביבה. עם זאת, לדברי פרופ' זייפרט, הפעלת הטכנולוגיה כרוכה בינתיים בעלויות גבוהות, ולכן דרושה לשם כך תמיכה של ממשלה בעלת מודעות ואחריות סביבתית - כפי שנעשה כבר היום בתחום אנרגיית השמש.

משאיות אווירודינמיות

לצד מחקריו על טורבינות הרוח, שואף פרופ' זייפרט לפתח יישומים נוספים לטכנולוגיה החדשנית של בקרת זרימה פעילה. בין היתר עוסקת קבוצתו במחקר ייחודי, שמטרתו להפחית את ההתנגדות האווירודינמית של משאיות גדולות הנעות בכבישים מהירים. חלקן האחורי של משאיות אלה אינו מעוצב בצורה אווירודינמית, אלא קטום בצורתו בשל דרישות מעשיות של טעינה ופריקה של סחורה. לכן הוא אינו מאפשר זרימת אוויר חלקה, ויוצר התנגדות גבוהה. כדי להקטין את ההתנגדות, שותלים המדענים מערכת בקרת זרימה פעילה בנגרר של המשאית, והשיטה החכמה מצליחה להגדיל את היעילות האנרגטית ולצמצם משמעותית את צריכת הדלק ואת זיהום האוויר הנובע ממנה. עבודת הפיתוח דורשת שילוב של מחקר בסיסי המתבצע במעבדה, עם מחקר יישומי-ניסויי דרך נקבות רוח (מבנה המשמש לעריכת ניסויים בזרימת אוויר) עם מודלים של משאית. התקווה היא שבתוך שנים אחדות יושלם המחקר בהצלחה, ויוביל למוצר שהשפעתו הסביבתית אדירה.

מתוך החוברת "מחליפים כוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>