בהמשך לכתבה "מה זה ננוטכנולוגיה?" אנחנו מביאים סדרת כתבות בנושא הננוטכנולוגיה שמציגות את הפוטנציאל העצום של חומרים ננומטריים במגוון תחומים. הפעם נעסוק בפיתוחים ננוטכנולוגיים ובשימושים שלהם בתחום הרפואה.

הכוח המניע שהוביל לפיתוחים הרבים בתחום זה הוא ההכרה שניצול התכונות הכימיות המיוחדות של חומרים ננומטריים לצורך הארכת חיים ושיפור איכות החיים של בני האדם היא מטרה נעלה. לחומרים בקנה המידה הננומטרי יש יתרון על פני חומרים אחרים מסיבה פשוטה אחת – הם... ממש ממש קטנים. רבים מהמצבים הרפואיים שבני אדם חווים ברמה הגופנית, מקורם בתהליכים המתרחשים ברמת התא. כדי לטפל בבעיה שמקורה בתאים עלינו להשתמש בחומרים שגודלם הזעיר יאפשר להם להיכנס למחזור הדם ולחדור ממנו לתאים עצמם, כדי לתקן את התהליכים הלא תקינים שגרמו למחלה.

ריצ'ארד סמאלי, חתן פרס נובל בכימה לשנת 1996 על גילוי צורת פחמן ננומטרית חדשה הדומה לכדורגל חלול זעיר, הטיב לתאר את החזון העומד מאחורי התחום. בתרגום חופשי, הוא הצהיר ש"בריאות האדם תמיד נקבעה בקנה המידה הננומטרי. זה קנה המידה שבו נקבעים התכונות והתפקודים של מכונות החיים הפועלות בתוך כל תא בכל יצור חי. ההשפעה המעשית של מדעי הננו על בריאות האדם תהיה עצומה".

ואכן לננו-רפואה יש פוטנציאל עצום לשרת את עולם הרפואה, החל באבחון המחלה, דרך הדמיות וכלה בהשמדת גורמי המחלה. כאן נציג טעימה קטנה מכיווני המחקר הרבים שקיימים כיום.

הרס תאים סרטניים
אחת הבעיות הגדולות ביותר העומדות כיום בפני מדעי הרפואה והביולוגיה, אם לא הגדולה מכול, היא מציאת טיפול יעיל למחלת הסרטן לסוגיה. מחקרים רבים נעשים בתחום זה, עם לא מעט הצלחות, אולם טיפולי הסרטן הסטנדרטיים הקיימים כיום סובלים כולם מבעיה מהותית גדולה אחת – חוסר הספציפיות שלהם. טיפולים כמו הקרנות או כימותרפיה אמנם יעילים מאוד בהרס תאים סרטניים, אך בו בזמן הם הורסים גם תאים תקינים ונורמליים. התוצאה היא תופעות לוואי קשות אצל המטופל, עד כדי סכנת חיים.

ההתקדמות הרבה בתחום הנו-רפואה תביא ככל הנראה בעוד ימים לא רבים להבשלה מלאה של הטכנולוגיה הזו ולפיתוח טיפול נקודתי ספציפי ויעיל נגד מחלת הסרטן.

באחד המיזמים הבולטים בתחום זה, אנשי הרפואה נעזרים בננו-צינוריות פחמן לצורך הרג נקודתי של התאים הסרטניים בלבד. אחרי שהצינוריות הזעירות מגיעות ליעדן, תוך שימוש בשיטות שונות שמכוונות אותן אל התאים הסרטניים, הרופאים מנצלים את התכונות הכימיות והפיזיקליות של החומר לצורך השמדת תאי הסרטן. כדי לעשות זאת מקרינים את האזור בגלי רדיו (בדיוק כמו גלי הרדיו שפולטת האנטנה של גלגל"צ), שאינם מזיקים לבני אדם. הננו-צינוריות קולטות את האנרגיה של גלי הרדיו, והאנרגיה מעוררת אותן וגורמת להן לפלוט אותה בחזרה בצורת חום ששורף למעשה את תאי הסרטן ומשמיד רק אותם, בלי לגרום נזק לרקמות אחרות.

ביות תרופות
ביות תרופות היא טכנולוגיה שנועדה לוודא שתרופה מסוימת תגיע רק לתאים ספציפיים שנקבעו מראש ותפעל רק עליהם. מדובר בתחום מחקר פעיל מאוד, כך שעד כה פותחו כבר טכנולוגיות ושיטות רבות מספור להשגת המטרה.

באחת הטכניקות המבטיחות ביותר מכניסים את התרופה לתוך חלקיק כדורי שקוטרו כמאה ננומטר, שנוצר מפולימר מיוחד. על החלקיק עוטים שכבה מגינה שתאפשר לו להתחמק מהמערכת החיסונית של הגוף ולהשתלב באין מפריע במחזור הדם.

לצורך הכוונת החלקיק אל תאי המטרה של התרופה, מחברים בסדרת פעולות כימיות נוגדנים לשכבת ההגנה. לנוגדנים הללו – בדרך כלל הנוגדנים ספציפיים לתא הסרטני או לווירוס שאנו רוצים לתקוף – יש קידוד כימי מסוים שגורם להם לפעול ספציפית רק על תא מטרה שיש בו קולטן עם הקוד הכימי המשלים. כך מגיעים הננו-חלקיקים אל היעד שנקבע מראש. אחרי שהחלקיקים הננומטרים הגיעו ליעדם הם נכנסים לתוך תא המטרה. בתוך התא יש חומרים שגורמים לפולימר להתפרק באופן עצמאי והתרופה משתחררת במקום שבו תשפיע בצורה המיטבית.

היכולת להכניס מגוון רב של תרופות לתוך הננו-חלקיקים, והשליטה בשחרור התרופה רק בתאים שאנו רוצים בהשמדתם, עשויות להביא לשיפור עצום ביעילותן של תרופות – ובכלל זה תרופות שכבר קיימות כיום בשוק. הטיפול הממוקד והיעיל יאפשר לצמצם באופן משמעותי את תופעות הלוואי של התרופות הללו, שהשפעתן לא פעם קשה.

הסרטון הופק בידי ה-NCI ותורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין

ננו-חלקיקים כחומר אנטי-בקטריאלי
המלחמה בחיידקים היא אחד השימושים המוקדמים ביותר של הטכנולוגיה הננומטרית בשירות הרפואה. נמצא שלננו-חלקיקים של חומרים שונים, במיוחד כסף ותחמוצת האבץ (ZnO) יש יכולות אנטי בקטריאליות, כלומר הם הורגים חיידקים (בקטריות בלעז). הרג החיידקים נעשה בכמה דרכים, אך הרעיון המשותף לכולם הוא שעל פני השטח של החלקיקים נוצרים צורונים כימיים ריאקטיביים שמגיבים עם מעטפת התא של החיידק וגורמים לה נזקים בלתי הפיכים שמובילים בסופו של דבר למות החיידק.

 

דוגמה לשימוש עכשווי ביכולות אלו בא אפשר למצוא בכיוון לא כל כך צפוי... ולעיתים מסריח – ריח הגוף.

כבר כיום משתמשים בננו-חלקיקי כסף בתור תוסף לדאודורנטים, אבל איך בעצם קשורים הננו-חלקיקים לתכשיר למניעת ריח גוף רע? התשובה היא שהריח החמוץ שאנו מקשרים כל כך לזיעה אינו נובע למעשה מהזיעה עצמה, שהיא חסרת ריח, אלא מהפרשות של חיידקים שניזונים מזיעת האדם. וכך, כשהננו-חלקיקים הורגים את החיידקים באזורים מועדים לפורענות, הם מונעים בפועל את ריח הגוף הרע.

את אותו רעיון ניצלו לא רק יצרניות דיאודורנטים, אלא גם חברות טקסטיל שונות שילבו בבדים שלהן ננו-חלקיקים, במיוחד בייצור גרביים. בזכות זה אפשר למצוא כיום בחנויות הבגדים גרביים שמונעים הצטברות של חיידקים וריח רע ברגליים.

באופן לא מפתיע, הגרביים המיוחדים הללו אומצו בחום על ידי צבאות ברחבי העולם. אחרי הכול, חיילים פועלים לא פעם בתנאי שדה ואינם יכולים לחלוץ את הנעליים או להחליף את הגרביים שלהם למשך פרקי זמן ארוכים. הצטברות חיידקים בנעלי צבא עלולה לאורך זמן לגרום זיהומים קשים שפוגעים בכשירות החיילים. גרביים עם קוטלי חיידקים מספקים פתרון מושלם לבעיה הזו.

בעיה חמורה נוספת בעולם המודרני היא השגשוג הגובר של חיידקים דווקא בבתי חולים, כשחלקם אף פיתחו עמידות משופרת לתרופות אנטיביוטיות סטנדרטיות. החיידקים הללו הם גם הסיבה העיקרית שרופאים ממליצים למטופלים לא להגיע לבתי חולים אלא אם יש צורך ממשי.

במעבדתו של פרופ' אהרון גדנקן מאוניברסיטת בר אילן פיתחו דרך יעילה לשילוב ננו-חלקיקים בטקסטיל בקנה מידה תעשייתי, באופן שיאפשר להם לשמור על יכולות קטילת החיידקים גם אחרי כביסות מרובות בטמפרטורה גבוהה. מהבדים האנטי-בקטריאליים שמתקבלים ניתן להכין מצעים למיטות בתי החולים וחלוקים לצוות בית החולים, וכך לקדם את החזון של בתי חולים נקיים מזיהומים שמסכנים את בריאות החולים.

ועוד שימושים
מעבר לדוגמאות שהבאנו כאן בקצרה, יש לננוטכנולוגיה עוד מגוון של שימושים רפואיים. בתחום האבחון וההדמיה משתמשים בננוטכנולוגיה כדי לגלות נוכחות של חומרים שנותנים אינדיקציה למצב רפואי בלתי תקין. הטכנולוגיה החדישה מאפשרת גילוי של כמויות זעירות של חומרים ובדיוק גבוה וכך לאתר מבעוד מועד מגוון תסמונות לפני שהן מתפתחות למצב רפואי מסוכן, ולטפל בהן ביעילות.

נוסף על גילוי חומרים בגוף, מדענים מפתחים ללא הרף חומרים ננוטכנולוגיים כדי ליצור סמנים ביולוגיים שיאפשרו לעקוב אחרי המצב הגופני בעזרת כלי הדמיה כמו ומיקרוסקו MRIפים מתוחכמים. התחום הזה מתקדם ללא הרף לקראת השגת הדמיה טובה, ממוקדת ומדויקת יותר מאי פעם.

במקביל מתפתחים עוד תחומים טכנולוגיים רבים נוספים – למשל פיתוח של חומרים שייצרו סביבה אידיאלית לגידול תאים ורקמות מחוץ לגוף בתנאי מעבדה, מתוך שאיפה שבעתיד נוכל בעת הצורך להשתיל בגוף האדם רקמות כאלה ואולי אף איברים שלמים שגודלו באופן מלאכותי. יש עוד ועוד תחומי מחקר והתפתחויות שמחכים באופק, החל בשימוש בננו-חלקיקים ללכידת חומרים ריאקטיביים ומסוכנים בגוף וכלה בבניית ננו-רובוטים שיוכלו לבצע משימות ייעודיות בדומה לחלבונים (מכונות העבודה של הגוף).

נדמה שהדבר היחיד שבולם את החוקרים בתחום המדהים והמתפתח הזה ומונע עוד חידושים ופריצות דרך מלהיבות הוא גבולות הדמיון והיצירתיות של החוקרים. כמו בכל נושא שמשלב בני אדם וטכנולוגיה, גם השימוש בננוטכנולגיה בשירות הרפואה מעורר שאלות כלכליות ומוסריות שיש לתת עליהם את הדעת, כדי שנוכל לעשות בה שימוש מושכל שיועיל לאנושות אך עדיין ישמור על מאפייני החיים כמו שאנו מכירים אותם. אין ספק שמדובר באחד התחומים המעניינים, החשובים והדינמיים ביותר כיום במדע.

אז תנו לדמיונכם לשוטט במרחבי האפשרויות שמציע לנו עולם הננו-רפואה. אולי לא רחוק היום שבו ננו-רובוטים זעירים יוכלו למלא תפקידים ביולוגיים לפי הזמנה, בדומה לחלבונים ולאנזימים הנמצאים בגופנו באופן טבעי. אפשר לדמיין עתיד שבו נוכל לבלוע ננו-רובוט מפרק שומנים, שיפתור את בעיית ההשמנה בעולם המערבי, או ליצור ננו-חלקיק שיודע להשמיד כל בקטריה וישחרר את האנושות מהתלות באנטיביוטיקות.

חומרים קטנים – קטנים מאוד – עושים דברים גדולים לבריאות האדם, ויעשו עוד הרבה.

איתן אוקסנברג
מאסטרנט, המחלקה לחומרים ופני שטח
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

2 תגובות

  • האזרח דרור

    תודה רבה!

    מצטרף להערה על סודה לשתייה - זול טבעי אפקטיבי ולא רעיל. את הננו טכנולוגיה כדאי לנצל לדברים מורכבים יותר כמו טיפול בבעיות בעורקים ובזיהוי או טיפול בסרטן.

  • אליסף

    עוד שיטה למניעת ריח רע בזיעה

    שמבוססת על אותו רעיון-אי מתן אפשרות לחיידקים להתפתח,היא לפזר אבקת סודה לשתייה על מקום ההזעה(כפות רגליים,בית שחי..)מה שהופך את המקום לבסיסי מדי ברמת הPH שלו וחיידקים לא יכולים להתפתח בתנאים אלו.