רפואת אור

חוקרים בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון פיתחו טכנולוגיה לשחרור תרופות במקום המדויק בגוף באמצעות אור, ללא כל התערבות פולשנית

פרופ’-משנה בעז מזרחי

ההתקדמות העצומה במדע הרפואה במאה השנים האחרונות הובילה לפיתוח תרופות יעילות למחלות שונות בכלל ולסרטן בפרט. עם זאת, התפזרותן האקראית של התרופות ברחבי הגוף מפחיתה את יעילותן ויתר על כן, גורמת לפגיעה ברקמות בריאות. זו הסיבה שחולי סרטן המטופלים בכימותרפיה סובלים מנשירת שיער ומבעיות מעי – רקמות המאופיינות בתחלופת תאים מהירה ולכן נפגעות מהתרופה, שעיקר פעילותה בבלימת חלוקת התאים.

זה הרקע למאמץ הכלל עולמי לפתח שיטות חכמות להובלת התרופה אל היעד המדויק בלי שתבוא במגע עם רקמות בריאות. כעת, במאמר בכתב העת ACS Applied Materials & Interfaces, מוצגת פריצת דרך שהושגה בהקשר זה בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון.

הדוקטורנטית אלונה שגן ופרופ’-משנה בעז מזרחי פיתחו טכנולוגיה חדשנית המאפשרת לשחרר את התרופה, לאחר צריכתה, רק ברקמה החולה שאליה היא מיועדת. זאת באמצעות אריזה פולימרית ייחודית שבה לכודים, מלבד התרופה, חלקיקי זהב ננומטריים. כאשר מאירים על האריזה מתחממים חלקיקי הזהב ומתיכים אותה, כך שהתרופה משתחררת.

לדברי הדוקטורנטית אלונה שגן, “חומרים רגישים לאור (photo-triggered materials)  ממלאים תפקיד מרכזי ביישומים ביו-רפואיים רבים, אולם למרות הפוטנציאל העצום שלהם, רבים מהם אינם ישימים משתי סיבות: א. רעילות של האריזה הפולימרית עצמה; ב. נזק הנגרם על ידי אור עתיר אנרגיה (גלים קצרים).”

הדוקטורנטית אלונה שגן

חוקרי הטכניון פיתחו את האריזות הייחודיות כך שיותכו כתוצאה מהקרנה של אור בגלים ארוכים (NIR). כתוצאה מהקרנת האור מתחממים חלקיקי הזהב, מתיכים את אריזת הפולימר ומשחררים את התרופה. יתרונו העיקרי של NIR – אור הקרוב לאינפרה-אדום – בכך שהוא חודר את רקמות הגוף בלי לפגוע בהן.
“פיתחנו כאן חומר עם נקודות היתוך משתנות, המאפשר לנו לשלוט בהיתוך באמצעות אורך הגל,” מסביר פרופ’-משנה מזרחי. “היתרון הוא שהאריזות שלנו עשויות מפולימרים המאושרים על ידי
ה-FDA (רשויות הבריאות האמריקאיות), ולכן אנחנו מעריכים שהדרך ליישום קליני תהיה קצרה יחסית.”

החוקרים מעריכים כי הטכנולוגיה החדשה תוכל לשמש גם למטרות אחרות מלבד העברת תרופות, למשל כדבק אוטם לפציעות חיצוניות ופנימיות, לקיבוע זמני של רקמות בזמן ניתוח וכפיגום מתכלה לגידול רקמות המיועדות להשתלה. אולי אפילו כחומרים בעלי תכונות של תיקון עצמי (self-healing) לשימושים רפואיים ואחרים. לדברי פרופ’- משנה מזרחי, “במאמר הנוכחי התמקדנו בקונספט ובחומר – כיצד ביכולתנו לייצר את החומר כך שיתאים לתכונות המכניות והפיזיקליות המבוקשות. השלב הבא, שאותו נפרסם במאמר נוסף בקרוב, כולל אריזות המכילות תרופה, כך שנוכל לבדוק את השיפור באפקטיביות של תרופות בעקבות השימוש בטכנולוגיה שפיתחנו.”

בתרשים Light induced release מוצג הקונספט הכללי: התרופה מוזרקת למערכת הדם אך מופעלת רק במקום שנבחר, באמצעות הארה חיצונית לתוך הרקמה הרלוונטית.

אלונה שגן נמצאת במסלול ישיר לדוקטורט, וזאת לאחר שהשלימה תואר ראשון בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון בטכניון. היא גדלה בנתניה, שירתה ב-8200 ובמקביל ללימודיה לתואר הראשון הייתה פעילה באס”ט – אגודת הסטודנטים בטכניון. “מדע והנדסה משכו אותי עוד מילדות, וכבר בשנה הראשונה בטכניון היה לי ברור שאמשיך לתארים מתקדמים.”

פרופ’-משנה מזרחי, יליד גבעתיים, החל את הקריירה האקדמית שלו בתואר ראשון ברוקחות באוניברסיטה העברית. כבר בתואר השני, בהדסה עין כרם, הוא החל לפתח טכנולוגיה להעברת תרופות לרקמת היעד בלי שיתפרקו בדרך ויזיקו לרקמות הבריאות. בתום דוקטורט באוניברסיטה העברית הוא יצא לפוסט-דוקטורט ב-MIT ולאחר מכן, לפני כארבע שנים, הצטרף לטכניון כחבר סגל בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון. המעבדה לביו-חומרים בראשותו עוסקת במגוון רחב של מחקרים, בעיקר בהקשר של יצירת חומרים חדשים (סינתזה) תוך שליטה בתכונותיהם. “אפשר לומר שבמקום לקנות עוגה מוכנה אנחנו קונים קמח וסוכר וכך שולטים בתכונות של התוצר,” הוא אומר. “ההשראה שלנו מגיעה מהטבע, כי לטבע יש מעבדה עצומה ומיליארדי שנות פיתוח, וכך הוא מוצא פתרונות יעילים מאוד לאתגרים שונים. לכן ברור שמשתלם לנו ללמוד ממנו או לפחות לקבל ממנו השראה, בוודאי כשאנחנו עובדים על פיתוחים יישומיים.”

למאמר המלא ב-ACS לחצו כאן

לסרטון המציג את המחקר

כתוצאה מהקרנת אור בגלים ארוכים מתחממים חלקיקי הזהב, מתיכים את אריזת הפולימר ומשחררים את התרופה
קרדיט: המעבדה לביו-חומרים- פרופ’ משנה בעז מזרחי