בהשראת הטבע

מערכת אוטומטית המספקת מידע רציף על מצבו הבריאותי של הנבדק. חוקרים בטכניון ובסין מציגים מערך חישה היברידי לניטור רציף של נתונים בריאותיים, בשילוב בינה מלאכותית ומחשוב ענן

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת שידיאן בסין מציגים, בכתב העת היוקרתי Chemical Reviews, סקירה מקיפה של מערכות חכמות המספקות מידע רציף על מצבו הבריאותי של הנבדק. מערכות אלה מבוססות על מערך חישה היברידי מתקדם ועל בינה מלאכותית ומחשוב ענן.

חלק ניכר מהסקירה מבוסס על עבודות המחקר של המחברים, ובראשם פרופ' חוסאם חאיק וד"ר יואב ברוזה מהפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון בטכניון ופרופ' ווייוי וו מאוניברסיטת שידיאן.

ניטור לביש הוא שם כולל לטכנולוגיות חדשניות המספקות מידע על מצבו הבריאותי של האדם, וזאת בהתבסס על מעקב רציף אחר שורה של סמנים ביולוגיים. התפתחותו המהירה של תחום זה היא בשורה חשובה מאוד, בעיקר נוכח הגידול המהיר באוכלוסייה המבוגרת והעובדה שבני 60 ומעלה מהווים כיום כ-13% מכלל האנושות.

עם זאת, מסיבות שונות, טכנולוגיות האבחון מתפתחות באפיקים שונים, ללא יד מכוונת וללא אינטגרציה של הנתונים השונים המתקבלים מהן. אינטגרציה כזו היא תנאי לאופטימיזציה של האבחון, הטיפול והמעקב. בהיעדרה של אינטגרציה כזו, ולמרות ההתפתחויות בתחום האבחון הרפואי, במקרים רבים מבוצע האבחון מאוחר מאוד, מה שמקטין את יכולתה של המערכת הרפואית לטפל בבעיה בהצלחה. גם הרפואה המונעת, אחת הגישות החשובות בעולם הרפואה, אינה מתקדמת במהירות הראויה.

הארכת החיים, המבורכת כשלעצמה, מעבירה את מרכז הכובד ממחלות חמורות, קצרות טווח ובנות ריפוי, שמקורן בגורמים חיצוניים כגון זיהומים ופציעות, למחלות כרוניות ארוכות טווח, חסרות מרפא, הפוגעות באיכות החיים לאורך זמן. כיום סובלים כמעט 45% מכלל האמריקאים ממחלות כרוניות, והצורך בניטור רציף ואינטגרטיבי חשוב במיוחד בהקשר זה.

זה הרקע למאמץ הרב המושקע בשנים האחרונות בקבוצת המחקר של פרופ' חוסאם חאיק. בדיווח הנוכחי מציגים חוקרי הקבוצה, בשיתוף פרופ' וויוי וו שעשה את הפוסט-דוקטורט שלו בהנחייתו של פרופ' חאיק, סקירה מעמיקה ונרחבת של חיישנים חדשניים שפותחו בהשראת הטבע ומספקים אבחון מהיר וזול בפולשנות מינימלית. בסקירה זו מציגים החוקרים מערכת מורכבת המנתחת, באמצעים טכנולוגיים ובהם סלולר, ענן ואנליטיקה של ביג דאטה, שורה של סמנים ביולוגיים שמקורם בנוזלי הגוף – דם, דמעות, הבל פה, זיעה, רוק, שתן, נוזל המוח והשדרה ועוד. היעד הכולל של פעילות מחקרית זו הוא פיתוח מערכי חישה היברידיים המשלבים טכנולוגיות חישה שונות. לשם כך דרוש שילוב של תחומי ידע שונים ובהם כימיה, אלקטרוניקה, ופיזיקה – שילוב המתקיים בקבוצת המחקר של פרופ' חאיק.

לדברי פרופ' חאיק, "עד היום, אמצעי האבחון האמינים ביותר היו אבחון רדיולוגי (למשל צילומי רנטגן, MRI, CT), בדיקות מעבדה (של דגימות שתן, דם וכיו"ב) ובדיקות מיקרוביולוגיות שונות. הבעיה היא שמדובר בשיטות יקרות המצריכות מומחים שיפענח את הממצאים. ההתפתחות הטכנולוגית מאפשרת לנו להציג שיטות אוטומטיות זולות, מהירות ומדויקות האוספות מגוון רחב של נתונים ומנתחות אותם. באמצעות אינטגרציה של יכולות טכנולוגיות שונות אנו מציגים כלי מעקב זול, פשוט לשימוש ויעיל שיעניק למטפלים משוב מקיף ורציף על מצבו הבריאותי של הנבדק."

אחד התנאים החיוניים להשגתה של מטרה זו הוא פיתוחם של חיישנים רגישים ומדויקים במיוחד. כאן, לדברי פרופ' חאיק, נכנסת ההשראה מהטבע. "במשך מיליארדי שנים פיתחה האבולוציה חיישנים מעולים ויעילים, המבוססים למשל על אינטראקציה בין אנזימים לקולטנים ועל מערכות יניקה כמו הלשון של יונק הדבש. אנחנו לא רק שאבנו השראה ממנגנונים אלה, אלא יצרנו מערכות טובות יותר באמצעים הנדסיים. לכל זה אנחנו מחברים טכנולוגיות כגון בינה מלאכותית, IoT ומחשוב ענן. השורה התחתונה היא מערכת מורכבת שתספק לגורם הרפואי הרלוונטי אבחון רציף מקיף ומדויק בזמן אמת והמלצות על טיפול מוקדם ואפקטיבי."

פרופ' חוסאם חאיק הוא ראש המעבדה להתקנים מבוססי ננו-חומרים בפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון וחבר במכון לננוטכנולוגיה ע”ש ראסל ברי (RBNI). המחקר הנוכחי נערך בתמיכת תוכנית המסגרת 2020 של האיחוד האירופי לקונסורציום VOGAS ולקונסורציום A-PATCH.

למאמר בכתב העת  Chemical Reviews לחצו כאן