הטכניון ויבמ פיתחו התקן זעיר לאבחון מחלות

חוקרים בטכניון ובמרכז המחקר של יבמ (IBM) בציריך פיתחו התקן שמאפשר אבחון חלבונים ברגישות גבוהה פי יותר מ-1,000 מזו של שיטות קיימות.

כתב העת Analytical Chemistry, שדיווח על המחקר, בחר בו לכתבת השער שלו. פדריקו פרטורה, המחבר הראשי של המאמר, ערך את המחקר במסגרת עבודת הדוקטורט שלו, בהנחייתם של פרופ'-משנה מורן ברקוביץ מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון ושל ד"ר גובינד גאיקלה, ממרכז המחקר של הענק הכחול בציריך.

ההתקן החדש נועד לניטור חלבונים המהווים סמנים ביולוגיים (biomarkers), כלומר מולקולות ביולוגיות המתריעות על היווצרות מחלה בגוף. ניטור חלבונים מהווה כיום כלי חיוני באבחון רפואי – מאבחון מלריה, דרך גילוי אירועים קרדיולוגיים, ועד אבחון ומעקב אחר גידולים סרטניים.

האתגר הגדול בתחום זה הוא ניטור הסמנים הביולוגיים הרלוונטיים בשלב מוקדם של המחלה, כאשר סמנים אלה עדיין אינם רבים. זאת, משום שאבחון מוקדם מגדיל משמעותית את סיכויי ההחלמה – ובמקרה של מחלות קשות, משפר גם את סיכויי ההישרדות.

לטכנולוגיה החדשה יש רגישות גבוהה, המאפשרת זיהוי של סמנים ביולוגיים בשלב מוקדם של המחלה, כששכיחותם בדגימה עדיין נמוכה מאוד.

הטכנולוגיה מבוססת על חומרה פשוטה יחסית  – שבב מיקרו-פלואידי המכיל ערוצי זרימה בעובי של שערה. היא מבשרת על סוג חדש של התקני אבחון פשוטים, קטנים וזולים יחסית – אשר יחליפו את הציוד המתוחכם והיקר המשמש לכך כיום. התקנים אלה יאפשרו לבצע אבחון מוקדם על סמך דגימות קטנות במיוחד, כגון טיפת דם.

לדברי פרופ'-משנה ברקוביץ, ראש המעבדה לטכנולוגיות מיקרו-זרימה בטכניון, "אנו משתמשים בשיטת העלאת ריכוזים ישנה שנקראת איזוטכופורזה (ITP), אך באופן שונה מהמקובל. באמצעות שילוב בין שדות חשמליים וכימיה ייחודית, אנו מרכזים חלבונים מהדגימה לנפח זעיר, ומייצרים תגובה בינם לבין נוגדנים שנמצאים על שטח המיקרו-תעלות. התגובה מוגברת עקב הריכוז המקומי הגבוה, וניתן למדוד אותה באמצעות גלאי סטנדרטי".

התוצאות מתקבלות תוך דקות ספורות

"למעשה אנחנו 'מרמים' את הגלאי", אמר הדוקטורנט פרטורה, "אנחנו חושפים אותו לריכוז גדול פי 10,000 מהריכוז בדגימה המקורית – וכך מגדילים את רגישותו".

לדבריו, הבדיקה מתאפיינת בפשטות: כמה טיפות של דגימה מוחדרות לשבב המיקרופלואידי ואז מופעל השדה החשמלי. החלבונים נדחסים לנפח מזערי של כ-50 פיקו-ליטר – כמיליונית מנפחה של דמעה – והתוצאות מתקבלות תוך דקות ספורות.

פרטורה, שהשלים תואר ראשון ושני באוניברסיטת ספיאנצה ברומא, משתלם לתואר דוקטור במסגרת Virtual Vials – פרויקט במימון האיחוד האירופי. יחד איתו חתומים על המאמר שני המנחים וגם הדוקטורנטים טל זיידמן קלמן וטלי רוזנפלד ממעבדתו של פרופ'-משנה ברקוביץ'.

ד"ר גאיקלה הוסיף כי "האלגנטיות בגישה זו טמונה בפשטותה וכמובן בהגברה הדרמטית ברגישות ההתקן. אפשר ליישם שיטה זו במערכות אבחון רבות ואנו מעריכים כי היא תצמצם את המגבלות הקיימות באבחון רפואי ותשמש בבדיקות של דגימות ביולוגיות של דם, רוק, שתן ועוד".

חברת הסטארט-אפ טיסליה, רכשה לאחרונה את זכויות השימוש בטכנולוגיה, ומשתמשת בה על מנת לפתח יכולות אבחון רפואי מתקדמות.