השאיפה להבין

מודל-ריאה מלאכותי שפותח בטכניון יסייע בחקר מסלוליהם של חלקיקים נשימים בריאות

פרופ' ג'וזואה שניטמן

פרופ' ג'וזואה שניטמן

פלטפורמת הדמיה חדשה שפותחה בטכניון עשויה לשפוך אור על התנהגותם של חלקיקים נשימים בעומק הריאות (רקמת הנאדיות). כך מדווח כתב העת Scientific Reports מקבוצת Nature במאמר שפורסם לאחרונה. הפלטפורמה החדשנית, שנרשמה השנה כפטנט, רלוונטית הן להערכת סיכונים בריאותיים (זיהום וכיו"ב) והן להערכה ותכנון של תרופות למערכת הנשימה.

חלקיקים נשימים (אירוסולים) הם חלקיקים זעירים שמקורם בטבע או בפעילות תעשייתית ותחבורתית, והם חודרים לריאות בתוך האוויר הנשאף דרך הפה והאף. בכל נשימה אנו שואפים חלקיקים כאלה, שלמרות גודלם הזעיר – מיקרונים ספורים, כלומר מאית מגרגיר חול – מהווים סכנה בריאותית ממשית. חשיפה מוגברת ומתמשכת לחלקיקים אלה עשויה לשבש את פעילותם של איברי הגוף, לרבות תאי עצב במוח, ובמקרים מסוימים אף לגרום למוות. לכן מושקעים משאבים רבים בחקר התנהגותם של חלקיקים אלה בתוך מערכת הנשימה, שממנה הם ממשיכים למחזור הדם.

עם זאת, המעקב אחר מסלול תנועת החלקיקים במערכת הנשימה, ובעיקר אחר הדינמיקה של שקיעתם ברקמת הנאדיות, הוא אתגר מחקרי סבוך. זאת משום שמדובר בחלקיקים זעירים הנעים בהשפעת זרם האוויר, כוח הכבידה וכוחות נוספים המשפיעים עליהם באזור זה. המבנה המורכב של רקמת הנאדיות, המכילה מאות מיליוני נאדיות זעירות המקושרות ביניהן במרקם סבוך של תעלות דקות, מקשה גם הוא על מיפוי תנועתם של החלקיקים. משום כך, ומשום שלא ניתן לחקור את תנועת החלקיקים הללו בתוך הגוף החי (in vivo) אלא רק במודל-חיה או בהדמיות מחשב, נותר אזור זה של הריאות בגדר "קופסה שחורה".

פלטפורמת "ריאה על שבב" (acinus-on-chip) שפיתחו חוקרי הטכניון היא למעשה כלי האיבחון הראשון המאפשר מעקב כמותי אחר הדינמיקה של חלקיקים אלה. פרופ' ג'וזואה שניטמן (Sznitman), חבר סגל בפקולטה להנדסה ביורפואית בטכניון, מסביר כי זהו "מודל-ריאה בגודל טבעי, המאפשר לראשונה לצפות בזמן אמת במסלוליהם של החלקיקים ובדפוסי שקיעתם בתוך הנאדיות." ד"ר רמי פישלר, שתכנן ובנה את המערכת, מוסיף כי המודל החדשני "הורכב בטכנולוגיות הדומות לאלו המשמשות לייצור שבבי מחשב, והוא מורכב מרשת מסועפת של תעלות-אוויר זעירות שרוחבן כעשירית המילימטר, עם מכתשים המדמים את נאדיות הריאה." קירותיה של המערכת נעים בתנועות התרחבות וכיווץ בדומה למערכת הנשימה הממשית, ולכן צפוי המודל החדש לסייע בהבנת התנהגותם של חלקיקים נשימים 'רעים' (זיהום) כמו גם חלקיקים 'טובים' הניתנים כתרופה למחלות שונות במערכת הנשימה. בנוסף, המודל עשוי לצמצם את הצורך בניסויים בבעלי חיים בחקר מערכת הנשימה.

פרופ' שניטמן נולד בצרפת וגדל בארה"ב ובשוויץ. בקיץ 2010, עם דוקטורט מ-ETH ציריך, עלה לישראל והצטרף לסגל הטכניון. לאחרונה זכה פרופ' שניטמן ב"פרס החוקר הצעיר", הניתן על ידי האגודה הבינלאומית לאירוסולים ברפואה (ISAM) לחוקרים מתחת לגיל 40.

לסרטון המדגים את תנועת החלקיקים במודל-הריאה שפיתח פרופ' ג'וזואה שניטמן :

https://www.youtube.com/watch?v=DOlq67c8ub0&feature=youtu.be

למאמר המלא:

http://www.nature.com/articles/srep14071#f1