התדר קובע

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת תל אביב פיתחו פלטפורמה חדשה להטענת תרופות ולהסעתן לאתר היעד בגוף

פרופ’ גלעד יוסיפון

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת תל אביב פיתחו שיטה חדשנית לטעינה ופריקה יעילה של חלקיקים ננומטריים על גבי פלטפורמה ניידת זעירה. לפלטפורמה המיקרונית החדשה המתפקדת כמעין רובוט זעיר (microbot) יש יישומים פוטנציאליים רבים ובהם העברת תרופות בתוך הגוף, ניקוי חללים אנטומיים שאי אפשר להגיע אליהם בדרך אחרת, אנליזה מיידית של דגימות ביולוגיות, בנייה של מבנים בגישה של bottom-up ויצירת רכיבים של רובוטיקה רכה.

את המחקר שהתפרסם ב-Nature Communications הוביל ראש המעבדה להתקני מיקרו וננו-זרימה בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, פרופ’ גלעד יוסיפון, בשיתוף עם פרופ’ טוביה מילוא מאוניברסיטת תל אביב במסגרת עבודת הדוקטורט של ד”ר אליסיה בוימלגרין.

השיטה המוצגת במחקר הנוכחי היא label-free, כלומר היא אינה מצריכה סימון מראש של המטענים. ההעמסה והפריקה מבוצעות באמצעות שדה חשמלי חיצוני לגוף (dielectrophoresis). יתר על כן, השליטה בתדירות השדה החשמלי מאפשרת לבצע את ההעמסה והפריקה באופן סלקטיבי ודינמי, כלומר להעמיס ולפרוק בעת ובעונה אחת חלקיקים שונים על פי ההרכב הרצוי באותו שלב.

העברת תרופות אל היעד המדויק בגוף מעסיקה קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם. זאת משום שניווט מדויק של התרופה ליעד ושחרורה בתוכו חיוניים לשיפור יעילות הטיפול, להפחתת מינון התרופה ולצמצום תופעות הלוואי שלה. עם זאת, השיטות הקיימות להעברת תרופות מוגבלות בהיבטים רבים הפוגמים ביעילותן. לכן פותחו שיטות המייתרות את השימוש בדלק ושואבות אנרגיה ממקור חיצוני, כגון שדות חשמליים ומגנטיים החודרים מבחוץ דרך רקמות הגוף. אולם גם לשיטות אלה חסרונות שונים הקשורים בצורך לסמן את המטען באופן מגנטי או ביולוגי בשלב ההטענה ובקושי לבצע פריקה שלו בנקודת היעד.

ד”ר אליסיה בוימלגרין

השיטה שפותחה בטכניון גוברת על בעיות אלה באמצעות  שימוש בחלקיקים אקטיביים מסוג כדורי יאנוס (Janus spheres). כדור יאנוס מורכב משני חלקים שאינם זהים בתכונותיהם החשמליות. שוני זה בין שני צידי החלקיק הופך אותו למעין אלקטרודה צפה הנשלטת על ידי המפעיל. כך, באמצעות שינוי תדירות השדה החשמלי, יכול המפעיל להעמיס את החלקיק בחומר הרצוי ולהניע אותו אל היעד.

לדברי פרופ’ יוסיפון, “בהעברת מטען כרוכים שני היבטים, האחד הוא מערכת ההובלה (הנעה וניווט) והשני הוא מערכת המטען (הטענת התרופה ושחרורה ביעד). כאשר כל שלב נעשה בטכנולוגיה אחרת נוצרות בעיות רבות. אנחנו ביטלנו את השוני הזה, ובאמצעות טכנולוגיה אחת אנחנו שולטים בהטענת הפלטפורמה, בהובלתה המבוקרת ובפריקתה.”

החוקרים הדגימו בהצלחה את יכולתם לשלוט בהעמסה סלקטיבית של ננו-חלקיקים ובפריקתם הסלקטיבית בנקודת היעד. לדברי פרופ’ יוסיפון, “פיתוח זה אינו מוגבל לחלקיק יאנוס, ואנו עובדים על פיתוח חלקיקים מהונדסים בעלי צורות שונות, לא רק כדוריות, שישפרו את ביצועי המערכת.”

המחקר נתמך על ידי הקרן הבינלאומית למדע ארה”ב-ישראל (BSF), הקרן הלאומית למדע ומלגות RBNI (מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה) וגוטווירט.

חלקיק יאנוס (ירוק-צהוב) המשמש להובלת מטענים (ורוד) באופן סלקטיבי ודינמי לנקודת היעד באמצעות שדה חשמלי חיצוני

תמונות מיקרוסקופ המתארות את תהליכי ההעמסה, ההובלה לנקודת היעד והפריקה של המטען באמצעות שינוי תדירות השדה החשמלי