חוקרים בטכניון וב IBM פיתחו התקן אבחון זעיר המאופיין ברגישות גבוהה לסמני מחלה

עיבוד של תמונת השער המופיעה ב- Analytical Chemistry

עיבוד של תמונת השער המופיעה ב- Analytical Chemistry

חוקרים בטכניון וב- מרכז המחקר של IBM בציריך פיתחו התקן חדשני שמאפשר אבחון חלבונים ברגישות גבוהה פי יותר מ- 1,000 מזו של שיטות קיימות. כך מדווח כתב העת Analytical Chemistry, שבחר במחקר זה לכתבת השער .

המחבר הראשי של המאמר, פדריקו פרטורה (Federico Paratore) ערך את המחקר במסגרת עבודת הדוקטורט שלו בהנחייתם של פרופ'-משנה מורן ברקוביץ מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון ושל ד"ר גובינד גאיקלה ( Dr. Govind Kaigala ) ממרכז המחקר של IBM בציריך.

ההתקן החדש נועד לניטור חלבונים המהווים סמנים ביולוגיים (biomarkers), כלומר מולקולות ביולוגיות המתריעות היווצרות מחלה בגוף. ניטור חלבונים מהווה כיום כלי חיוני באבחון רפואי – מאבחון מלריה, דרך גילוי ארועים 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.

 גדולתה של הטכנולוגיה החדשה טמונה ברגישותה הגבוהה המאפשרת זיהוי של סמנים ביולוגיים בשלב מוקדם של המחלה, כששכיחותם בדגימה עדיין נמוכה מאוד. הטכנולוגיה מבוססת על חומרה פשוטה יחסית  – שבב מיקרופלואידי המכיל ערוצי זרימה בעובי של שערה. היא מבשרת סוג חדש של התקני אבחון פשוטים, קטנים וזולים יחסית שיחליפו 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 מיקרוזרימה 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."

הדוקטורנט פדריקו פרטורה

הדוקטורנט פדריקו פרטורה

"למעשה אנחנו מרמים את הגלאי," מוסיף הדוקטורנט פרטורה. "אנחנו חושפים אותו לריכוז גדול פי 10,000 מהריכוז בדגימה המקורית וכך מגדילים את רגישותו."
הוא  מדגים את פשטות הבדיקה: 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 הדוקטורנטיות טל זיידמן קלמן וטלי רוזנפלד ממעבדתו של פרופ'-משנה ברקוביץ'.

 ד"ר גובינד גאיקלה, מדען במרכז המחקר של IBM בציריך, מוסיף 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 הסטארטאפ טיסליה רכשה לאחרונה את זכויות השימוש בטכנולוגיה, ומשתמשת בה על מנת לפתח יכולות אבחון רפואי מתקדמות.

למאמר המלא ב- Analytical Chemistryלחצו כאן

לסרטונים המדגימים את המחקר:

סרטון אנימציה של התהליך (ITP animation)

סרטון מצולם של התהליך (Immunoassay reaction)