מעבדה בלי כבידה

מתוך כ-35 ניסויים מדעיים שאיתן סטיבה ביצע במהלך משימת "רקיע" בתחנת החלל הבינלאומית, היו כאלה שדרשו ממנו עבודה פיזית רבה, או השקעת זמן בביצוע הניסוי. לעומת זאת, כמה ניסויים דרשו מעט מאוד. למעשה, כה מה שהם היו צריכים זה חיבור לתשתית החשמל והתקשורת של התחנה, ומשם הם כבר התחילו לרוץ בכוחות עצמם. שניים מהניסויים הבולטים בקטגוריה הזו התבצעו במערכת של החברה הישראלית "ספייס פארמה" (SpacePharma), שכפי שאפשר להבין משמה, היא עוסקת בטכנולוגיות שמאפשרות לכל מי שרוצה לבצע ניסויים ביולוגיים ורפואיים בחלל.

25 מיליון דולר במחקר. אלמוג לוי בן-חמו (מימין), יוסי ימין ויאיר פויכטונגר עם מערכת הניסוי של ספייס פארמה בקייפ קנאוורל, לפני מסירתה למשימת רקיע | צילום: איתי נבו

סטייקים וסידן

החברה קמה לפני כעשור, פרי חזונו של יוסי ימין, המייסד ומנכ"ל מרכז המחקר והפיתוח שלה בישראל, ולשעבר מפקד יחידת הלוויינים של צה"ל. "הנחתי שאם אנחנו יכולים לשלוט בזרימה של דלק לוויינים נוזלי, כמו הידרזין, כשהלוויין בחלל, אנו יכולים לשלוט בזרימה של נוזלים נוספים, ולעשות בתנאי חוסר כבידה ניסויים ביולוגיים שאי אפשר לבצע בכדור הארץ", סיפר ימין לאתר מכון דוידסון. "גייסנו אנשי טכנולוגיה, מומחים למדעי החיים ומומחים לכימיה רציפה, פיתחנו פטנטים שרשומים על שמנו, ועשינו מהלך אדיר תוך זמן קצר יחסית". לדבריו החברה כבר השקיעה כ-25 מיליון דולר במחקר ופיתוח – כמחצית הסכום גויס ממשקיעים, והמחצית האחרת ממענקי מחקר. החברה רשומה בשווייץ, ומחזיקה מרכז פיתוח בישראל וחברות בנות בארצות הברית ובבריטניה, כשכולן יחד מעסיקות 22 עובדים בלבד.

מערכת הניסוי ששיגרה במשימת "רקיע" היא השביעית שספייס פארמה שילחה לחלל. ארבע מערכות קודמות היו בתחנת החלל הבינלאומית, ושתיים נוספות בלוויינים עצמאיים של החברה, דידו-2 ששוגר ב-2017 ודידו-3 ב-2020. המערכת הנוכחית כוללת שלושה ניסויים מדעיים, שניים מהם של חברות ישראליות. אחד של חברת "אמורפיקל", המייצרת סידן אמורפי – אחת הצורות של תרכובת סידן המומסת במים המשמשת בבניית הקונכיה והשריון של בעלי חיים מסוימים. מולקולה זו אמורה לסייע בטיפול ובמניעה של אובדן מסת עצם ("בריחת סידן"). בניסוי הנוכחי נבדקת השפעת הסידן הזה על התמיינות תאי עצם ושריר של אדם בתנאי חוסר כבידה, בתקווה להראות פוטנציאל רפואי בצמצום אובדן מסת השרירים והעצמות של אסטרונאוטים במשימות חלל ממושכות. 

הניסוי הישראלי האחר הוא של חברת Aleph Farms, המפתחת מוצרי בשר מתורבת, ומעוניינת לבחון את הטכנולוגיה של גידול סטייקים מתרביות תאים בתנאי חוסר כבידה, כמקור מזון פוטנציאלי לאסטרונאוטים במשימות ארוכות ומרוחקות ממקורות האספקה של כדור הארץ.

הניסוי השלישי במערכת של "ספייס פארמה" הוא של מרכז מופיט (Moffitt) לחקר הסרטן בפלורידה והחברה הבריטית "קאדו" (Cadw) והוא בוחן את התפקוד של תאים בתנאי חוסר כבידה בלי גֵן מסוים שמחיקתו מהגנום של התאים בכדור הארץ משפרת את ההתמודדות שלהם עם נזקים ל-DNA. הצלחה של ניסוי כזה עשויה להיות צעד ראשון בדרך לפיתוח טיפולים שיגנו טוב יותר על אסטרונאוטים הנחשפים לקרינה רבה.

כוח המיזעור: כל ניסוי מתקיים בשבב בגודל של כרטיס אשראי. אחד השבבים המשמשים בניסויים של ספייס פארמה | צילום: איתי נבו

לחשוב בקטן

היתרון הגדול של "ספייס פארמה" הוא היכולת לבצע את הניסויים האלה, וניסויים רבים אחרים, במערכות ממוזערות. כל אחת ממערכות הניסוי היא שבב שקוף בערך בגודל של כרטיס אשראי, ולא הרבה יותר עבה. שלושת השבבים מותקנים בקופסה בגודל של 10x10x30 סנטימטרים, שמשקלה הכולל בסך הכל 4.5 קילוגרם – וחלק ניכר ממנו הוא משקל הסוללה שאמורה לשמור על תנאי הסביבה במערכת הניסוי בדרך, עד החיבור לאספקת החשמל בתחנת החלל, ואחרי הניתוק ממנה בדרך חזרה.

מכיוון שבשיגור ניסויים לחלל, שני המרכיבים היקרים ביותר הם עלות השיגור עצמו, המחושבת לפי גודל המטען, ושעות האסטרונאוטים שאמורים לתפעל את הניסויים, המערכות הזעירות, הקלות והאוטונומיות, מאפשרות לצמצם מאוד את עלות הניסויים בחלל. "הצלחנו למזער לא מעט רכיבים של הניסויים, למשל מיקרוסקופ במשקל 115 גרם, או ספקטרומטר בגודל של שתי קוביות משחק", מתגאה ימין.

כל שבב במערכת הניסוי מכיל חללים שבהם נמצאים תאי הניסוי, ומבוך של צינורות המזרימים אליהם חומרים. "יש לנו כמה שבבים סטנדרטיים שמתאימים לניסויים רבים, ובמידת הצורך אנו יכולים לתכנן שבבים יחודיים לפי הצורך", מסביר יאיר פויכטונגר, מנהל הפיתוח של "ספייס פארמה", במהלך ההכנות האחרונות של המערכת לקראת השיגור. "כל שבב מוקף במכשור מדעי לפי צרכי הניסוי, במכלים זעירים עם החומרים שיש להזרים בכל שלב, במטרים רבים של צנרת וחוטי חשמל, במכשור המדעי וכמובן במחשב שמנהל את הניסוי".

מטרים רבים של צינורות בקוטר מילימטר וחצי, לצד הרבה מאוד ציוד אחר. מערכת הניסויים של ספייס פארמה בהכנות למשימת רקיע | צילום: איתי נבו

משימה כירורגית

"כל משימה כזו דורשת זמן רב מאוד של עבודה ותכנון", מסביר ויטלי רוקין, מנהל פרויקטים בספייס פארמה, שעסק בהכנה סופית של מערכת הניסוי לפני השיגור של "רקיע" ובקליטת המערכת לאחר חזרתה מהחלל. "רק לנתב את הצנרת – מטרים רבים של צינורות בקוטר מילימטר וחצי – זו עבודה של כמה שבועות. לצינורות האלה יש חיבורים עדינים מאוד, וזאת ממש משימה כירורגית להרכיב הכל עם פינצטות עדינות ולבדוק שוב ושוב שאין סתימות ואין נזילות בשום נקודה במערכת. אבל כשאתה רואה תוצאות, ורואה שזה עובד בחלל – זה סיפוק אדיר".

במקרה של משימת "רקיע", הסיפוק היה גדול במיוחד, לאחר הדחיות הרבות בשיגור, שהטילו עומס רב גם על אנשי ספייס פארמה שביצעו את ההכנות במעבדה של החברה בקייפ קנאוורל, סמוך לאתר השיגור. "במעבדה אנו מקבלים את התאים מהחברות שעושות את הניסויים אצלנו, מטעינים אותם במקומות המתאימים בשבבי הניסוי, אורזים את המערכת בצידנית מיוחדת, ומוסרים אותה לאקסיום 30 שעות לפני השיגור", מסבירה מנהלת המעבדה, אלמוג לוי בן-חמו. רק למחרת העגינה בתחנת החלל החלה הפריקה של חללית הדרגון, כך שכשלושה ימים לאחר האריזה במעבדת ספייס פארמה, הגיעה מערכת הניסוי לתושבת המיועדת לה בחדר "קולומבוס", המתחם של סוכנות החלל האירופית בתחנה הבינלאומית. זמן קצר לאחר מכן התקבלו נתונים ראשונים מהמערכת. "יש כבר הרבה מידע שירד, והכל עובד כשורה", אישר רוקין בהתרגשות.

לאחר שבדק את הניסויים, ארז איתן סטיבה את מערכת הניסוי כדי להחזירה לכדור הארץ, לא לפני שמחשב המשימה הזרים למערכת חומרים המקבעים את הניסוי הביולוגי במצב הנוכחי, לאחר שמונה ימי פעילות בתנאי חוסר כבידה. המערכת המקובעת נשמרת בקירור, עד שתימסר שוב לרוקין, כ-48 שעות לאחר הנחיתה. הוא יבצע את הבדיקות האחרונות, ואז ימסור את השבבים לנציגי החברות שעושות את הניסויים. כל חברה תבדוק את התאים שלה ותקפיא דגימות שלהם לבדיקות מקיפות יותר – מיקרוסקופיות, כימיות, גנטיות ועוד – במעבדות בארץ.

כשזה עובד בחלל – זה סיפוק אדיר. ויטלי רוקין בשלב ההכנות האחרונות של מערכת הניסוי למשימת רקיע | צילום: איתי נבו

בית חרושת בחלל

מבחינת ימין, הניסויים בקנה מידה קטן בחלל הם רק שלב ראשון, בדרך לייצור של תרופות בכמויות מסחריות במפעל שיעבוד בתנאי הכבידה החלשה בחלל. "אנחנו עובדים על הגדלת המערכת שלנו, מקנה מידה מיקרוסקופי למערכת שתוכל לייצר מאות אלפי מנות של תרופות להזרקה", הוא מסביר. "מדובר על תרופות המבוססות על נוגדנים, והייצור שלהן בתנאי מיקרו כבידה גורם לכך שמבחינת המבנה המרחבי אנו מקבלים מולקולות שאפשר לתת בזריקה תת-עורית רגילה במקום בעירוי, כלומר זה טיפול שאפשר לתת בבית או בביקור קצר במרפאה במקום באישפוז. יתרה מזאת, את התרופה הזו אפשר לשמר בטמפרטורת החדר, בלי צורך בהקפאה, מה שחוסך הרבה מעלויות האחסון והשינוע".

"המערכת הזו מאפשרת לייצר את התרופות במבנה מרחבי שאינו אפשרי בכבידה שעל כדור הארץ", מסביר פויכטונגר. "היא כבר בסדר גודל של עשרות קילוגרמים, וגם רמת המורכבות שלה עולה בהתאם".

מערכת הייצור החדשה מתוכננת להמריא לחלל כבר בעוד שנתיים, ב"ספייס ריידר", מעבורת חלל לא מאוישת שמפתחת סוכנות החלל האירופית. "כרגע יש לנו שני פטנטים לייצור תרופות במיקרו-כבידה. הפטנט על התרופה עצמה שייך ללקוח, ואנו מקבלים ממנו את חומרי הגלם ועושים את הייצור עצמו", מסביר ימין. "עשינו ניסויים ראשוניים בשיטת הייצור הזו במשימות עם המערכת הנוכחית, וכעת אנו שותפים בצוות הפיתוח של תחום הפרמקולוגיה בספייס ריידר. כמו כן אנו בעיצומו של סבב גיוס של עוד עשרים מיליון דולר לפיתוח".

מבחינת ימין, גם הפרויקט השאפתני של ייצור תרופות בקנה מידה מסחרי בחלל הוא רק ההתחלה. "אנחנו מפתחים שיטות לגדל בחלל רקמות ואיברים תלת-ממדיים, כך שהם יהיו במצב דומה יותר למבנה שלהם בגוף. זה מאפשר להשתמש בהם לבחינה של יעילות תרופות וטיפולים, ובהמשך אולי אפילו לגדל איברים להשתלה בתנאי חוסר כבידה. בחלליות לא מאוישות אנו יכולים לעשות גם ניסויים בחומרים שלא מאשרים לנו להעלות לתחנת החלל, כמו חיידקים גורמי מחלות. כמו כן, אנו רוצים להיכנס לתחום האנטי-אייג'ינג, ולבחון בחלל שיטות להאטת הזדקנות של רקמות. אבל בראש ובראשונה נהיה חברת הפרמקולוגיה והפורמולציות הראשונה בעולם שעושה גידול מסחרי בחלל. נייצר בחלל נוגדנים בשווי מיליארדי דולרים".