פריצת דרך בניטור לא פולשני של תהליכים מולקולריים בעומק הרקמה
גישה חדשנית המדמה מערכת הראייה של חרקים שפותחה בטכניון צפויה להשפיע על ניטור תהליכים מולקולריים של סרטן ומחלות אחרות
כתב העת Advanced Materials מציג גישה חדשה לניטור תהליכים מולקולריים בעומק הרקמה. הגישה שפותחה בטכניון צפויה להאיץ מגמות חשובות ובהן רפואה מותאמת-אישית, אבחון סרטן וניטור מוקדם של מחלות. את המחקר הובילו פרופ’ חוסאם חאיק, הפוסט-דוקטורנט ד”ר ארנבּ מייטי והדוקטורנטית ויויאן דרסה מאידנצ’ק מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון. במחקר השתתפו ד”ר דלית ברקן, עוזרת המחקר ד”ר קרן ויידנפלד ופרופ’ שרית לריש מהפקולטה למדעי הטבע אוניברסיטת חיפה.
הגישה החדשנית שפיתחו חוקרי הטכניון נועדה לאפשר מיפוי תפקודי ומולקולרי של אורגנואידים (Organoids) – מודלים תלת מידיים תאיים המשקפים את ההיבטים המבניים והתפקודיים של רקמות טבעיות. מודלים אלה משמשים במחקר ביולוגי ורפואי להבנה של מצבי בריאות וחולי ולהערכת השפעתם של טיפולים שונים על האיבר או הרקמה.
ההבטחה הגדולה הטמונה באורגנואידים נתקלת באתגרים טכנולוגיים משמעותיים הקשורים לניטור התהליכים הפנימיים ברקמה. מלבד עלותן הגבוהה, השיטות הקיימות מאופיינות במגבלות שונות ובהן הרס הרקמה (למשל ריצוף RNA) או “עיוורון” למתרחש בעומק הרקמה (הדורש שימוש במיקרוסקופיה קונפוקלית). הפיתוח של חוקרי הטכניון גובר על מגבלות אלה באמצעות שיטה זולה ומדויקת המאפשרת מעקב מתמשך אחר התהליכים המבניים והמולקולריים המתרחשים באורגנואיד.
שיטת הניטור של חוקרי הטכניון, הקרויה טומוגרפיה כימית, מספקת מידע על הרקמה על סמך מולקולות נדיפות (VOCs). מולקולות כאלה נמצאות בין השאר בהבל הפה, ברוק ובזיעה, ופרופ’ חאיק הוא מהמומחים המובילים בעולם בניטור מחלות על סמך מולקולות אלה. עד היום הוא פיתח, בהקשר זה, שורה של טכנולוגיות מקוריות המאפשרות לאבחן מחלות שונות בשלב מוקדם.
במחקר זה, ניטור המולקולות הנדיפות מאפשר מיפוי דינמי של אורגנואיד רקמת שד אנושית, הן מבחינה מולקולרית והן מבחינה תפקודית, ומספק מידע על חלבונים ונתונים גנומיים במהלך התמרת רקמת שד תקינה לרקמה סרטנית. המולקולות עצמן מנוטרות על ידי מערך של חיישנים מבוססי גרפן, והמידע שמספקים חיישנים אלה מנותח באמצעות בינה מלאכותית יוצרת. ההשראה לפיתוח מגיעה ממערכת הראייה של חרקים – עין מורכבת, שהיא בעצם מערך של עיניים זעירות. מערך זה מעביר למוח תמונות רבות, והמוח מנתח אותן כדי להבין מה החרק רואה. במערכת שבנו חוקרי הטכניון, מערך חיישני הגרפן הוא העין המורכבת והבינה המלאכותית ממלאת את מקומו של המוח.
המערכת החדשה מספקת מיפוי דינמי של אורגנואידים בזמן אמת, בעלות נמוכה יחסית לחלופות הקיימות וללא פגיעה באיבר הנבדק. גישה זו מאפשרת לזהות את השלבים השונים בהתקדמות מחלת סרטן השד ולהבין טוב יותר את התהליך הסרטני באמצעות מיפוי של נתיבים ביוכימיים, סמנים מטבוליים ותהליכים הקשורים בהתפתחות סרטנית. ואכן, באמצעות המערכת החדשה זיהו החוקרים שישה נתיבים ביוכימיים המייצרים 12 סוגים שונים של מולקולות נדיפות העשויות לשמש סמנים ביולוגיים למצבי חולי.
לדברי פרופ’ חאיק, “מעבר לתחום הסרטן, המערכת שלנו תוכל לסייע באבחון בעיות באיברים שונים ובהם כליה, מוח וכבד, ולשדר את הנתונים מפנים הגוף למערכת חיצונית באמצעות אנטנה. כך אפשר יהיה לעקוב באופן מתמשך אחר רקמות שונות ולקבל התרעה מוקדמת על התפתחות מחלה. זוהי פריצת דרך בשילוב הבינה המלאכותית ברפואה בכלל וברפואה המותאמת-אישית בפרט.”
במחקר תמכו קרן זימין (באמצעות פרס AI Healthcare) והנציבות האירופית למחקר (תוכנית Horizon).
למאמר ב- Advanced Materials לחצו כאן
