ד”ר שאדי פרח מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון התקבל ל- GYA – האקדמיה הגלובלית הצעירה, המונה כ-200 חברים מרחבי העולם. השנה הצטרפו לאקדמיה 41 חוקרים צעירים, וד”ר שאדי הוא הישראלי היחיד מתוכם.
ד”ר פרח עוסק בפיתוח תרופות וטכנולוגיות חכמות למתן תרופות ופולימרים רפואיים, לרבות אריזה של תאים (אנקפסולציה) לטיפול במחלות שונות. בשנה שעברה הוא זכה, עם עמיתו מאוניברסיטת ג’ונס הופקינס, במענק תחרותי בסך 700 אלף דולר לפיתוחה של טכנולוגיה חדשנית שתסייע בטיפול בחולי סוכרת נעורים.
GYA פועלת לטיפוח רשת בין-לאומית של צעירים באקדמיה. האקדמיה הגלובלית מקבלת חוקרים שמועמדותם עברה בהצלחה לפחות שלושה מחברי ועדת הבחירה. הוועדה שוקלת את מצוינותם המחקרית וכן את מעורבותם החברתית.
החוקרים מתקבלים לאקדמיה לחמש שנים, והספירה תחל בחודש יוני 2023. במחזור הנוכחי חברים חוקרים צעירים מעשרות מדינות ובהן מקסיקו, פקיסטן, בנגלדש, יפן, ברזיל, ספרד, ארצות הברית, אוסטרליה, ירדן, גרמניה, קניה, ארגנטינה ונפאל.
ב-2 במרץ התקיים בטכניון הכנס השנתי של Tech.AI, המרכז לבינה מלאכותית בטכניון, בהשתתפות כ-500 מומחים, סטודנטים ואורחים. הכנס התמקד בהבטחות ובסיכונים בתחום זה ובדרכים לתרגם את התאוריות בבינה מלאכותית ליישומים מועילים. הוא התקיים בתמיכת החברות מובילאיי, אנבידיה, הראל טכנולוגיות, יבמ מחקר ו”מכון זימין לפיתוחי פתרונות AIלרפואה” בטכניון.
בפאנל מושב הפתיחה, שהתקיים תחת הכותרת Generative AI: Evolution or Revolution בהנחיית העיתונאית הילה קורח, השתתפו ד”ר תומר סיימון, המדען הראשי במיקרוסופט מו”פ; ד”ר יואב לוין, המדען הראשי במעבדותAI21 , ופרופ’ קרין נהון, ראשת התוכנית לדאטה, ממשל ודמוקרטיה באוניברסיטת רייכמן. הפאנל התמקד בשאלות כגון האם הבינה המלאכותית היוצרת משקפת התפתחות מתבקשת וטבעית של ממשק אדם-מכונה? האם זו מהפכה של ממש שמשנה את כללי המשחק ותשנה את האקדמיה, את התעשייה ואת שוק העבודה? לאן לוקחים אותנו הכלים החדשים מבוססי הבינה המלאכותית? היכן משתלבת האתיקה בהטמעה ובתפעול של מודלים אלו? ומה צופן לנו העתיד?
“במשך אלפי שנים,” אמר ד”ר לוין, “אופן העבודה שלנו עם טקסטים כמעט לא השתנה – אדם כותב את הטקסט מילה אחר מילה, אדם אחר קורא אותו מילה אחר מילה. למרות המצאת הדפוס והמצאת מעבדי התמלילים, הפורמט נשאר זהה. כעת, עם טקסטים שנכתבים על ידי בינה מלאכותית, יש כאן פוטנציאל למהפכה משמעותית חדשה.” פרופ’ נהון התייחסה לדמוקרטיזציה שמביאים הכלים החדשים של בינה מלאכותית – טכנולוגיות המאפשרות גם לקהל הרחב להשתמש בהן. היא הזהירה כי בבינה מלאכותית יש גם סכנות וכי המדינות חייבות לדאוג לרגולציה הולמת שלא תבלום את ההתפתחות הטכנולוגית אבל גם לא תאפשר פגיעה באנשים ובחברה. ד”ר סיימון אמר כי הבינה המלאכותית מחוללת מהפכה במגוון תחומים, למשל ברפואה: “בתחום הרפואי מתפרסמים אלפי מחקרים ביום ואין רופא שיוכל להשתלט עליהם ועל מכלול הנתונים. הבינה המלאכותית לא תחליף את הרופאים אבל היא תביא לכך שרופאים שמשתמשים בה יחליפו רופאים שלא עושים זאת.”
לאחר מושב הפתיחה התפזרו מאות משתתפי הכנס בין שבעה מושבי תוכן שפעלו במקביל. במושבים הרצו עשרות מרצות ומרצים בכירים, מהחברות המובילות בתעשייה ומהמוסדות האקדמיים המובילים בישראל, על הנושאים החמים ביותר מחזית הבינה המלאכותית בתחומי הרפואה, מחקרי ליבה ומדע בסיסי, רובוטיקה ומערכות אוטונומיות, עיבוד שפה טבעית, תחבורה ועוד.
את הניהול האקדמי של הכנס הובילו מטעם Tech.AI שלושת ראשי המרכז, חברי סגל הטכניון פרופ’ שי מנור מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי, פרופ’ אסף שוסטר מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב ופרופ”ח שי שן-אור מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט. לדברי פרופ’ מנור, “כנס AI and BEYOND מכוון להביא לקהלי הטכניון ולמשתתפי הכנס את המיטב מחזית הבינה המלאכותית באקדמיה ובתעשייה. “למימוש יעד זה עשינו מאמץ להביא את החוקרים ואנשי המקצוע הטובים ביותר שעוסקים בנושאים החמים ביותר בחזית הבינה המלאכותית, ובנוסף יצרנו פורמט במסגרתו המשתתפים בחרו לעצמם את מסלול ההרצאות האישי שלהם לאורך היום, כך שיכלו להעמיק הן בתחום פעילותם והן בתחומים נוספים.”
“אחת המטרות המרכזיות של Tech.AI,” מוסיף פרופ’ שוסטר, “היא לשמש בסיס מפרה לקהילת הבינה המלאכותית המשגשגת בטכניון המונה היום כ-150 חוקרות וחוקרים במגוון תחומי הבינה המלאכותית. כנס AI and BEYOND איפשר לנו לשלב חוקרים מובילים מקהילת הטכניון בכל המושבים, ובה בעת לייצר במה לנטוורקינג איכותי בעבור קהילת הבינה המלאכותית של הטכניון כולה מול קהילת העוסקים בתחום באקדמיה ובתעשייה בישראל.”
“המרכז לבינה מלאכותית בטכניון נמצא בעיצומו של תהליך פיתוח מואץ,” מסכם פרופ’ שי שן-אור. “במסגרת תהליך זה קמו רק השנה כמה תוכניות חדשות תחת מעטפת Tech.AI, במיוחד סביב שימוש ב-AI בתחום הרפואה. השקנו את מכון זימין לפתרונות AI לרפואה והענקנו מענקי מחקר לתוכניות מחקר מובילות בהן אנו רואים פוטנציאל למסחור. כנס AI and BEYOND נתן לנו פלטפורמה מצוינת לחשוף באמצעותה את שותפי המרכז בפני משתתפי הכנס ולהציג את יכולות הבינה המלאכותית של הטכניון, המדורג במקום הראשון באירופה בתחום זה לפי דירוג CSRankings, בפני שותפים פוטנציאליים.”
סדנאות “מנהיגות צעירות במדע” חותרות להעצים את המשתתפות בהן בהיבטים של כישורי תקשורת, סמכותיות ומנהיגות, שיפור יכולות ניהול זמן, פרזנטציה, עבודה בצוות וניהול משא ומתן – מיומנויות שבדרך כלל אינן נלמדות באקדמיה.
לדברי פרופ’ עדי זלצברג, סגנית נשיא הטכניון לגיוון והכללה, “נשים הן עדיין מיעוט בעולם המחקר המדעי, במיוחד בתחומי המדעים המדויקים וההנדסה. יש לכך סיבות רבות ובהן מחסומים מערכתיים, תרבותיים וארגוניים, כמו גם גורמים אישיים כגון ביטחון עצמי נמוך וחשש מקשיים באיזון בין קריירה אקדמית לחיי המשפחה. הירידה המשמעותית ביותר בייצוג נשים במדע מתרחשת בשלב שבין סיום הדוקטורט ושלב הפנייה למשרה אקדמית. לכן, כחלק מהפעילות לקידום ייצוג מגדרי הולם בטכניון, חשוב לנו מאוד לפעול להעצמת הסטודנטיות לדוקטורט בדרך שתעזור להן לראות בהשתלבות עתידית כחוקרות באקדמיה אפשרות מעשית ורצויה עבורן. סדנת ‘מנהיגות צעירות במדע’ היא חלק מפעילות זו. אני מקווה שהמשתתפות בסדנה יהפכו לקבוצה מובילה בטכניון, שתיזום פעילויות נוספות בקמפוס לקידום השוויון המגדרי.”
בסדנה השתתפו למא עוואד ועפרי דופלט-פיקשטיין מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, מיכל לוין ודניאלה דוברינין מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים, גיל רפאל מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, קורל שחף ושיר ליסק מהפקולטה למדעי הנתונים וההחלטות, אנסטסיה אסתר בהר מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך, רותם אזולאי, רינת אטיאס ומור סלע מהפקולטה להנדסה כימית, הדס אורגד ודניאלה בר-לב מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב, ברטה אליעד מהפקולטה לביולוגיה וסופיה קופרמן מהפקולטה להנדסת מכונות.
“זאת הייתה סדנה נהדרת שלקחה אותנו למסע של התבוננות עצמית ותובנות,” מספרת הדוקטורנטית הדס אורגד. “לא ציפיתי שהסדנה תהיה כל כך מעשית; למדנו על ניהול זמן, הקשבה אקטיבית, תסמונת המתחזה ועוד – וכל זה ביומיים בלבד. כל דבר שלמדנו שם נדרשנו ליישם מייד כדי להתנסות ולהפנים. בסדנה גם זכיתי בקשרים עם נשים מבריקות ומעוררות השראה, קשרים שאני מקווה שיימשכו גם בעתיד.”
קבוצת המחקר של פרופ’ בז’ה חוקרת רודופסינים (Rhodopsins) – חלבונים ייחודיים הממירים עבור החיידק אנרגיית אור לאנרגיה כימית המאפשרת לתא לשרוד ולתפקד. בניגוד למערכות פוטוסינתזה, שהן מערכות מורכבות ומרובות חלבונים, כאן מדובר בחלבון בודד ש”עושה את העבודה”. עבור החיידק המחזיק בו, הרודופסין הוא נכס אנרגטי רב משמעות.
פרופ’ עודד בז’ה (משמאל) והדוקטורנט אריאל חזן
הרודפסינים הראשונים התגלו ב-1876, ומאז חלו כמה קפיצות דרך משמעותיות במחקר בנושא. קבוצת המחקר של פרופ’ בז’ה, מהקבוצות המובילות בתחום, גילתה לפני כמה שנים משפחה נוספת של רודופסינים ((Heliorhodopsins בעלי תכונות מבניות ייחודיות.
ידוע שרודופסינים בנויים מחלבון וממולקולת רטינל הקולטת את אור השמש וממירה אותו לאנרגיה הדרושה לתא. על פי הסברה המקובלת בעשורים האחרונים זה המבנה הבסיסי הנפוץ של הרודופסין. בשנים האחרונות התברר שלחלק מועט מהרודופסינים יש גם אנטנה, כלומר מגבר אנרגיה המגדיל בעשרות אחוזים את כמות האנרגיה העומדת לרשות התא. אנטנות אלו עשויות ממולקולות קרטנואידים מיוחדות.
הגדה הצפונית של הכנרת (המעבדה הלימנולוגית-כנרת)
עם זאת, עד כה נהוג היה לחשוב שזוהי תופעה נדירה מאוד שאינה נפוצה באוקיינוסים ובאגמים. חוקרי הטכניון מראים במאמרם כי אנטנות קרטנואידיות נפוצות (כגון zeaxanthin) אינן חלק נדיר ברודופסינים – להפך, הן מצויות ביותר משליש מהרודופסינים במיקרובים בים, באוקיינוס ובמים מתוקים. מאחר שרודופסינים הם חוליה חשובה בתחתית שרשרת המזון, לאנטנות אלו השפעה עצומה על האקולוגיה של מקווי המים בעולם ועל מכלול החיים שבמעלה השרשרת.
איסוף דוגמאות מים למיצוי קרוטנים מהסביבה
החוקרים מצאו את האנטנות האמורות באמצעות “דיג” של אנטנות ורודופסינים בכנרת. את הדגימות הם ניתחו בשיטות שונות ובהן מטגנומיקה פונקציונלית. כך הם גילו את את הקומפלקסים של רודופסין-אנטנה, קישור שהם מתכוונים להמשיך ולחקור. לדבריהם, אנטנות קרטנואידיות עשויות להגביר את אספקת האנרגיה לרודופסין בכ-40% – מה שמספק למיקרובים הנושאים את הקומפלקסים יתרון הישרדותי עצום. האנטנות קולטות את האור הסגול-כחול, שחלק מהרודופסינים אינם יודעים לנצל, ומעבירות את האנרגיה למולקולת הרודופסין.
נקודת דיגום (Station A)
המחקר נערך בתמיכת הקרן הלאומית למדע.
איור ממצאי המחקר : משמאל: רודופסין מיקרוביאלי עם מולקולת רטינל. מימין: רודופסין מיקרוביאלי עם מולקולת רטינל ואנטנת zeaxanthin המספקת לו תוספת אנרגיה משמעותית – לעתים הגברה של עשרות אחוזים
“התשוקה המדעית שלי היא לפתח דרכים חדשות, לא פולשניות, לדימות ביולוגי ולפענוח תהליכים ברקמה, באיבר ובאורגניזם השלם לטובת ניבוי ואבחון מוקדם של מחלות.” כך אומרת ד”ר קתרין ונדורנה, ראש המעבדה לדימות רב-מערכתי פרה-קליני בפקולטה להנדסה ביו-רפואית. “אני מתמקדת בתהליכים דלקתיים (inflammation) המובילים הן למחלות קרדיו-וסקולריות והן לסרטן.”
ד”ר ונדורנה השלימה תואר שני ברפואה וטרינרית באוניברסיטת גנט בבלגיה מולדתה ותואר שלישי במכון ויצמן למדע. לאחר מכן היא מונתה למרצה בכירה באוניברסיטה הטכנולוגית של איינדהובן והייתה עמיתת מחקר בבית הספר לרפואה בהרווארד. ב-2020 הצטרפה לסגל הפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון.
בימים אלה מגיע למעבדתה של ד”ר ונדורנה מכשיר הדמיה חדש, היחיד מסוגו בטכניון, והיא מעריכה כי הדבר יקדם משמעותית את מחקריה הייחודיים.
הטכניון מזמין אתכם למגוון אירועים של נשים פורצות דרך: פאנל מיוחד, סדנת נטוורקינג וכנס “נשים יוצרות חדשנות מדעית”. פרטים נוספים בלחיצה על התמונה הרלוונטית.
לרגל יום האישה הבין-לאומי נחנכה בטכניון, התערוכה “החיים כמדענית”, תערוכת צילומים של הצלם ז’רלד ברונו המציגה 40 דיוקנאות של מדעניות איטלקיות מעוררות השראה.
התערוכה נוצרה מתוך מיזם מאגר המידע ״100 נשים נגד סטריאוטיפים״. מיזם זה הוקם בתמיכת נציגות האיחוד האירופי באיטליה מתוך רצון לגבור על הטיות והכללות הקשורות לעתים קרובות לעבודתן של נשים בתחומי המדע וההנדסה.
את האירוע פתחו סגנית שגריר איטליה שרה אתי קסטלני, נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון, סגנית הנשיא לגיוון והכללה פרופ’ עדי זלצברג ומנכ”ל חברת בראקו אימג׳ינג ד”ר פולביו רנולדי. נשיאת קבוצת בראקו ד”ר דיאנה בראקו שלחה את ברכתה מרחוק. את הרצאת הפתיחה נשאה פרופ’ שולמית לבנברג מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית: יצירת רקמות להשתלה באמצעות ביו-הדפסה.
התערוכה נוצרה על ידי קרן בראקו האיטלקית והובאה לטכניון במאמץ משותף של שגרירות איטליה בתל אביב, הטכניון ואגודת ידידי הטכניון באיטליה. לאחר האירוע שהתקיים במרכז המבקרים ע”ש דיויד וג’נט פולק נחנכה התערוכה החדשה על ידי גאלה ברניני, המזכירה הראשית של קרן בראקו, שהציגה את היצירות עם האוצרת ולריה גסלב.
התערוכה תורגמה לעברית, ערבית ואנגלית והוצבה במדשאה ע”ש ארנה פינצ’י ויטרבי, מול הספרייה המרכזית, עד סוף יוני 2023. יועצת להצבת התערוכה בטכניון: אוצרת ולריה גסלב. מעצבים: הגר מסר ועופרי פורטיס. הדפסה והתקנה: לדרמן בע”מ
ד”ר אריג’ מואסי מהפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה עוסקת במדעי הלמידה ובעיצוב סביבות למידה חדשניות. ד”ר מואסי, בוגרת בית הספר התיכון האורתודוקסי הערבי בחיפה. התנסתה לראשונה בהוראה בכפר חינוכי שחשף ילדים לחינוך סביבתי דרך פעילויות בטבע, קשר עם אדמה וסביבה ולמידה על עונות השנה. “ההתנסות שם לימדה אותי המון על הקשר בין למידה וקהילה ובין תלמידים, מורים והורים וגרמה לי להתעניין בחינוך ובשאלה איך אנשים לומדים.”
את לימודיה האקדמיים היא השלימה באוניברסיטה העברית (תואר ראשון במנהל עסקים וחינוך) ובאוניברסיטת אריזונה -סטייט (תואר שני בחינוך טכנולוגי ותואר שלישי בלמידה, אוריינות וטכנולוגיות למידה). באוניברסיטת אריזונה-סטייט היא הייתה מלגאית פולברייט ועבדה ב”מרכז למדע ודמיון” – מרכז המקדם חדשנות וחשיבה על העתיד באמצעות מחקר יישומי בין-תחומי שמחבר בין ספרות, אומנות, מדע והנדסה תוך כדי עבודה עם קהילות מגוונות.
במסגרת הפוסט-דוקטורט באוניברסיטת קולורדו בולדר הייתה ד”ר מואסי עמיתת מחקר ב- iSAT (NSF National AI Institute for Student-AI Teaming) – מכון הפועל לפיתוח טכנולוגיות בינה מלאכותית לחינוך תוך הפיכת כיתות הלימוד לסביבות למידה שיתופיות, שוויוניות ומעודדות מעורבות. המחקר של ד״ר מואסי התמקד בפיתוח תוכני למידה של אוריינות בתחום ה-AI בדגש על ממדים חברתיים ותרבותיים של טכנולוגיות מתקדמות כגון bias, הוגנות, תפיסות מגוונות ועיצוב נגיש.
מדבר אומת הנאוואחו באריזונה
באוקטובר 2022 היא הצטרפה לסגל הפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה בטכניון. קבוצת המחקר של ד״ר אריג׳ מואסי תתמקד בחקר תהליכי למידה בראי חברתי-תרבותי, עיצוב למידה ואינטראקציות ופיתוח שיטות מחקר שיתופיות עם לומדים ואנשי חינוך.
ד”ר מואסי מתמקדת במחקר שמשלב בין מדעי הלמידה ועיצוב סביבות למידה אינטראקטיביות תוך כדי שימוש בטכנולוגיות ומדיה דיגיטלית. דוגמאות: תהליכי עיצוב שיתופי של תכני למידה ב-AI (NSF2019805), הגדרה עצמית תוך כדי מעורבות בפעילויות מדע פעלתניות (science hands-on activities), עיצוב ופיתוח סביבת למידה דיגיטלית שיתופית בכיתה לעידוד עזרה במתמטיקה (NSF1736103), למידה מבוססת נרטיב וטרנסמדיה לפיתוח אוריינות לאתיקה ואחריות מדעית וטכנולוגית (NSF1516684).
בנוסף לכך, בעבודתה המחקרית בוחנת ד״ר מואסי ממדים חברתיים ותרבותיים של תהליכי למידה ומעורבות תלמידים. לד״ר מואסי מאמרים שהתפרסמו בכתבי עת שונים בחינוך ובהם Journal of Science Education and Technology, British Journal of Educational Technology, Journal of Moral Education. אחד ממאמריה האחרונים מתמקד בפיתוח חשיבה אתית דרך הקונספט “אחריות במחקר ובחדשנות” באמצעות פעילות במוזיאון. החוויה במוזיאון מבוססת על “פרנקנשטיין”, הרומן של מרי שלי המתאר ממציא יומרני שבחר בהישג המדעי על פני שיקולים אתיים ואחריות חברתית. במאמר, שראה אור ב-25 בנובמבר, מסבירים ד”ר מואסי ועמיתיה כי “אחריות במחקר ובחדשנות” היא קונספט של חשיבה על השלכותיהן של תגליות בעולם ה-STEM. המאמר מציג מתווה של למידה פעילה במוזיאון.
ים ושמיים, חיפה
לד”ר מואסי תחביבים רבים ובהם כתיבה, צילום וקליגרפיה. “לחלק מתחביבים אלה גם היה מקום במחקר שלי,” היא אומרת. “חשיבה דרך אומנות לימדה אותי להבחין בהרכבי אינטראקציות בתהליכי למידה ולראות תהליכים אלה גם כיצירות אומנות, למשל – עם מי תלמידות מדברות, איך התנהגותם של תלמידים משתקפת דרך תנועת במרחב למידה ועם חפצים, לאן הם מביטים וכיצד מבטים אלה והתנהגות מלמדים על כוחות ודינמיקה של אינטראקציות במרחב למידה.”
במסגרת מחקר שבו שיתפה פעולה עם עמותת אלרואד למדע וטכנולוגיה ערכה ד”ר מואסי ניתוח מיקרו-אנליטי שדרכו הדגישה שכל שנייה ודקה יכולות ללמד אותנו משהו חדש על התנהגותם של לומדים בסביבת למידה. לדוגמה, התלמיד (בתמונה משמאל לימין) פנה למורה לייצוב החלקים שהדביק. המורות ברקע (לא רואים אותן בתמונה) עודדו אותו לשים את החפץ על השולחן ולהמתין עד שהדבק מתייבש. התלמיד מחזיר את החפץ שבנה לשולחן. אחר כך הוא מנסה לייצב את החלקים בעצמו (תמונה שנייה) ובודק את האיזון של שני החלקים (תמונה שלישית). ״לתמונות האלה יש עבר ועתיד בסביבת לימודים זו. הקשר שהתגבש עם מורות סיפק הזדמנויות שונות לתלמידים לפנות לעזרה אבל גם להתנסות בעצמם. המקרה של תלמיד זה הוא מיוחד, כי הוא התקשה לבנות את החפץ שלו בכמה מקרים אך גם קיבל עזרה מתלמידים אחרים בסביבה. דוגמאות כאלה מזמינות חוקרות ואנשי חינוך לחשוב על מגוון אינטראקציות בסביבות למידה ואיך עיצוב הוראה יכול לתרום (או לא) להתפתחותן באופן הוגן.״
דיקנית הפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה, פרופ’ טלי טל, מוסיפה ש”עיסוק מחקרי בסוגיות של גיוון והדרה חשוב במיוחד כיום, כאשר החברה הערבית מהווה כחמישית מן האוכלוסייה בישראל וכאשר מורים רבים מן החברה הערבית לומדים ומשתלמים בטכניון. המיקוד של ד”ר מואסי במגוון חברתי-תרבותי ובהוגנות יוסיף נדבך חשוב לעבודה המחקרית וההוראה בפקולטה.”
חוקרים במעבדתה של דיקנית הפקולטה למדע והנדסה של חומרים פיתחו התקנים המגשרים בין אלקטרוניקה וביולוגיה – התקנים המתאימים בין השאר לניטור יונים שונים בתמיסה וחישה במערכות ביולוגיות.
את המחקר הובילו הדוקטורנט אייל שטיין ודיקנית הפקולטה פרופ’ גיטי פריי והשתתפו בו עמיתיהם בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון בטכניון, אוניברסיטת אוקספורד ואוניברסיטת המלך עבדאללה למדע וטכנולוגיה בסעודיה. המאמר התפרסם ב-Nature Communications.
פרופ’ גיטי פריי ואייל שטיין
חוקרי הטכניון פיתחו במחקר זה ארגז כלים ליצירת OECTs – טרנזיסטורים אלקטרוכימיים אורגניים המשמשים במגוון רחב של יישומים, לרבות יישומים המצריכים התאמה לרקמות ביולוגיות (bio-compatible). רכיבים אלה ממירים אותות יוניים בתמיסה מימית לאותות חשמליים ולכן מתאימים במיוחד לשימושים המצויים על הממשק שבין ביולוגיה ואלקטרוניקה. “פעולת ההתקנים מבוססת על אינטראקציה צמודה בין יונים ואלקטרונים,” מסבירה פרופ’ פריי, “ולכן מתאפשר כאן תרגום בין שני סוגי האותות שמסוגלים ‘לדבר’ ביניהם. התרגום הזה בין אותות ביולוגיים לאותות חשמליים חיוני לפיתוח של התקנים רפואיים חדשניים.”
חדשנותו של המחקר מצויה ביצירת התקן אמביפולרי – כזה שמסוגל להוליך זרם של אלקטרונים ועמיתיהם בעלי המטען המנוגד, חורים, על ידי שילוב של שני חומרים פעילים בעלי קיטובים מנוגדים (פוליתיופן ונגזרת של פולרן). שילוב זה מאפשר ורסטיליות רבה להתקן וביצועים משופרים יחסית לחומרים קיימים. המחקר שפורסם מאשש כי שני הרכיבים פעילים מבחינת אופטית, אלקטרוכימית וחשמלית, ובה בעת אינם מפריעים זה לזה. אחידות השכבה הפעילה והיציבות החשמלית טובות הודות למיקרו-מבנה של השכבה ברמה הננומטרית.
הטכנולוגיה החדשה עשויה להאיץ את פיתוחם וייצורם של מעגלים משולבים מבוססי OECTs אמביפולריים לטובת שימושים ביולוגיים. להערכת החוקרים, ההישג הנוכחי יסלול דרך לתכן וייצור של דור חדש של ביואלקטרוניקה קומפקטית, גמישה לשינויים ופשוטה לייצור. טכנולוגיה זו יכולה לשמש בין השאר לאבחון מיידי של מצבים פיזיולוגיים שונים, התפתחות סרטנית, פעילות מוחית ועוד על סמך שינויים בנוזלי גוף וברקמות רכות.
סכמה של ההתקן האמביפולרי (ימין) וגרף שמראה את הביצועים שלו במתחים חיוביים ושליליים (שמאל) עם המולקולות שבהן נעשה שימוש במחקר.
דניאלה בר-לב, בת 29 כיום, התאהבה במתמטיקה בתקופת התיכון, כשלמדה בכיתת מחוננים ולקחה גם קורסים באוניברסיטה הפתוחה. “בקורסים האלה נחשפתי למתמטיקה שמעבר לחשבון שלומדים בתיכון והבנתי שזה התחום שארצה לעסוק בו. כשנרשמתי לטכניון עוד הדהדה בראש שלי האזהרה המוכרת ‘אין מה לעשות עם תואר במתמטיקה’, ולכן נרשמתי למתמטיקה וגם למדעי המחשב כדי לטעום משני התחומים ולבחור באחד מהם. מהר מאוד הבנתי שאני אוהבת את החיבור הזה והשלמתי תואר כפול במתמטיקה ובמדעי המחשב.”
היא גדלה באשדוד, שם היא גרה גם כיום עם בן הזוג שלה. הוריה עלו בשנות ה-70 מברית המועצות – אמה עובדת שנים רבות באגף הכספים בבית החולים וולפסון ואביה במפעלי אקרשטיין. “שניהם לא אנשי מחשבים, כך שאת האהבה לתחום פיתחתי בעצמי. גם הבחירה בלימודים גבוהים לא הייתה טריוויאלית כי באשדוד אין אוניברסיטה, והאקדמיה אינה משהו שאתה נושם ביום-יום. ובכל זאת, הנה אני אחרי תואר ראשון ושני ובעיצומו של הדוקטורט.”
את התואר הראשון, שסיימה בהצטיינות ראויה לשבח, היא השלימה במסגרת “לפידים” – תוכנית המצוינים של הפקולטה למדעי המחשב, שנועדה לאתר את מנהיגי העתיד בתעשיית ההייטק ולהכשירם. לקראת סיום התואר היא החלה לעבוד כמתרגלת בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב ובין השאר תרגלה את אחותה הקטנה, גם היא סטודנטית בפקולטה.
באותה תקופה כבר היה לה ברור שהיא רוצה להמשיך לתואר שני, אבל החיפוש אחר מנחה לא הניב פירות. בשלב מסוים היא החלה לחפש מנחים באוניברסיטאות אחרות אבל פגישה עם פרופ’ שאול מרקוביץ’, שהיה אז סגן דיקן הפקולטה ללימודי הסמכה (תואר ראשון), שינתה את המסלול. “הוא אמר לי לעצור הכול ולא להתקדם לפני שאדבר עם פרופ’ איתן יעקובי. הלכנו אליו יחד והוא סיפר לי מה הוא עושה והמשיך איתי לפרופ’ טובי עציון, שהיה המנחה שלו בתואר השני. זאת הייתה אהבה ממבט ראשון גם מבחינה אישיותית וגם מבחינה אקדמית, ומאוד שמחתי ששניהם הסכימו להיות מנחים משותפים שלי בתואר השני. למחרת כבר התחלתי לעבוד על הצעת מחקר.”
מחקר התואר השני של דניאלה, שהתפתח לעבודת דוקטורט, עוסק בהיבטים של אחסון מידע ב-DNA. תחום זה, המתפתח במהירות בעשור האחרון, מתמקד באפשרות לאחסן מידע בחומר ביולוגי במקום בהתקנים אלקטרוניים. גישה זו מאפשרת מזעור דרמטי של מערכות האחסון, שמירת המידע לטווח ארוך פי 1,000 מאשר באחסון אלקטרוני והפחתה עצומה בעלות האנרגטית והכלכלית.
בכנס ISIT בפינלנד עם פרופ׳ איתן יעקובי ושני דוקטורנטים מהקבוצה
מולקולת ה-DNA היא שרשרת המורכבת מתרכובות אורגניות הקרויות נוקלאוטידים. הנוקלאוטידים מתחלקים לארבעה סוגים המסומנים באותיות A,C,G,T. בהתאם לכך, האחסון ב-DNA מבוסס על צירופים של ארבע אותיות במקום השפה הבינארית (אפס ואחד) המקובל בטכנולוגיות שבהן משתמשים כיום.
כדי לכתוב (לאחסן) את המידע בטכנולוגיה זו דרושה סינתזה – יצירה של מולקולות DNA המייצגות את הרצף; וכדי לקרוא את המידע נדרש ריצוף של אותן מולקולות.
עם פרופ׳ טובי עציון
תהליך הקריאה של מידע המאוחסן ב-DNA הוא תהליך מורכב, ומורכב אפילו יותר הוא תהליך הכתיבה. בתהליכים אלה מתרחשות שגיאות מסוגים שונים, ובכך מתמקדת עבודת המחקר של דניאלה. “השגיאות באחסון DNA שונות מאוד מאלה שבחומרה טיפוסית וזה משפיע גם על הקידוד וגם על הפענוח. דרושים כאן המון כלים מתמטיים ולכן מתחייב כאן חיבור למתמטיקה, תחום שאני כמובן אוהבת ויכולה לתרום גם בו.”
דניאלה מדגישה היבט נוסף שמעניק לה סיפוק בעבודת המחקר – הידיעה שמדובר בעבודה בעלת פוטנציאל השפעה עצום. “כשהתחלתי את התואר השני דיברו על זה שמדובר בתחום מבטיח. כיום כבר ברור לי שזה תחום שישנה את העתיד. האחסון האלקטרוני מגיע לקצה גבול היכולת מכל הבחינות – שטחים פיזיים, עלויות, אנרגיה והשפעה סביבתית – ודרושה אלטרנטיבה דרמטית, לא עוד שיפור פה ושם. אין לי ספק שאחסון ב-DNA הוא אופציה מעולה, היא פשוט דורשת עוד עבודה עד שתהיה זמינה באופן נרחב. בזיכרון קונוונציונלי אנחנו יודעים מה הכתובת שאליה אנחנו צריכים לגשת בחומרה; ב-DNA, לעומת זאת, מדובר במרק של מולקולות, והעבודה איתו שונה לחלוטין. אני מקווה שאת התרומה שלנו בתחום תיקון שגיאות נראה בעתיד הקרוב גם במישור היישומי.”
ההחלטה שלה להמשיך מתואר שני לשלישי התגבשה בתקופת הקורונה. “זאת הייתה תקופה של הרבה עבודה מהבית והרבה מחשבות, והעליתי את הרעיון בפני איתן. החיוך על הפרצוף שלו נתן לי אישור לכך שאני בדרך הנכונה ויותר מזה – שאני טובה במה שאני עושה. ההכרה הזאת מאוד חשובה כי לא תמיד אנחנו יודעים להעריך את עצמנו כראוי, בטח בתקופות סגרים כשאנחנו לבד עם עצמנו בבית.”
בעקבות ההחלטה, ועל סמך הישגיה בתזה לתואר שני, היא התקבלה למסלול ישיר לדוקטורט. כיום ברור לה שהדוקטורט אינו סוף פסוק. “אני אוהבת לחקור ואוהבת ללמד, וכיום אני גם מלווה סטודנטים לתארים מתקדמים. אני אוהבת את העולם האקדמי שממש לא הכרתי עד שהגעתי לכאן, וזה בהחלט המקום שלי. חשוב לי גם לחשוף ילדים ונערים לעולם הזה ולכן אני מתנדבת בבתי ספר, שם אני מציגה מה אני עושה ואיך נראה המסלול האקדמי. בתוך כך אני מתייחסת לחששות האופייניים לתלמידות ומשתדלת לנפץ את הסטריאוטיפים המגדריים הקשורים ללימודים בכלל ולאקדמיה בפרט, ואני מקווה שגם כאן אני משפיעה באופן משמעותי.”
במהלך השנים זכתה דניאלה במלגות ופרסים ובהם מלגת גוטווירט, הצטיינות פקולטית, פרס מתרגל מצטיין מַתְמִיד, פרס המאמר הטוב ביותר בכנס ופרס ות”ת על שיתופי פעולה במדעי הנתונים. “דניאלה היא הטובה ביותר מבין כל הסטודנטים שהיו לי,” אומר פרופ’ יעקובי. “היא עוזרת לי בהנחיית סטודנטים לתואר שני ולמעשה מובילה את קבוצת המחקר שלי תוך הנחיה וסיוע להמון סטודנטים. אני בטוח שהיא תהיה חברת סגל, והלוואי שזה יהיה בטכניון.”
דניאלה בר-לב השתתפה לאחרונה בסדנה לדוקטורנטיות מצטיינות מהטכניון במסגרת YFLIS – מנהיגות צעירות במדע.
שש החוקרות הראשיות שהובילו את המסע, מימין לשמאל: פרופ’ רנדל בנדי מאוניברסיטת וושינגטון, פרופ’ דבי לינדל מהטכניון, פרופ’ לורי ג’ורנק מאוניברסיטת אורגון, פרופ’ אנג’ל ווייט מאוניברסיטת הוואי, פרופ’ ג’יג’ר ארמברוסט (המדענית הראשית של המשלחת) מאוניברסיטת וושינגטון ופרופ’ אניטרה אינגלס מאוניברסיטת וושינגטון
צוות מחקר מהטכניון, ובו שלוש חוקרות וחוקר, שב לאחרונה ממסע מחקר באוקיינוס השקט. את הצוות הובילה פרופ’ דבי לינדל מהפקולטה לביולוגיה והוא כלל את לור ארסניף, פוסט-דוקטורנטית מצרפת, קמליה גוצ’ב, דוקטורנטית מישראל, וסיגיטס סולציוס, עמית מחקר מלטביה.
המשלחת יצאה ב-22 בינואר מסן דייגו, הפליגה מעבר לקו המשווה וסיימה את המסע בהונולולו ב-18 בפברואר. לדברי פרופ’ לינדל “זה היה מסע מיוחד מאוד בהקשר של נשים במדע, שכן גם בקבוצת המדענים כולה היה רוב נשי – 19 מתוך 34 חברי צוות ו-100% מהחוקרים הראשיים. זהו אירוע מאוד נדיר בעולם האוקיינוגרפיה, ואני מקווה שהוא יעניק השראה לחוקרות צעירות השואפות להיכנס לתחום זה.”
מטרת המסע כולו הייתה חקירה של מנגנונים ביולוגיים המכתיבים את המבנים של אוכלוסיות ביולוגיות שונות בקווי רוחב שונים ובתנאי סביבה שונים. הצוות הטכניוני התמקד בתפקידם של נגיפים באותם אזורים ותנאים.
המסע התקיים באוניית המחקר תומס ג’ תומפסון, שנבנתה ב-1990 ושייכת ליחידת המחקר של הצי האמריקאי. האונייה, שאורכה כ-84 מטר, קרויה על שם הכימאי האמריקאי תומפסון שהקדיש את חייו לחקר מי הים. היא בנויה למסעות של 35 אלף קילומטרים, יכולה לאכלס 59 איש ומצוידת במערכות מתקדמות של חישה, מדידה ועוד. ההפלגה מומנה על ידי קרן סימונס, התומכת גם בקבוצת המחקר מהטכניון, ועל ידי הקבוצות מהאוניברסיטאות האחרות.
כנס ההתנעה של LUCIA – מאגד בין-לאומי בראשות פרופ’ חוסאם חאיק מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון, התקיים לאחרונה בטכניון. בכנס שנמשך יומיים השתתפו כ- 60 מומחים מישראל ומחו”ל.
תמונה קבוצתית
פעילות המאגד נועדה לשפר את ההתמודדות עם סרטן ריאות בהיבטים של אבחון מוקדם, מניעה וטיפול – בעיקר בסוגי סרטן ריאות נדירים יחסית. תוצאות פעילות המאגד יתורגמו להמלצות למדיניות, ואלה יוטמעו בתוכניות לאבחון מוקדם של המחלה ובהתמודדות יעילה איתה.
להערכת מומחים, כל 30 שניות בממוצע מת בעולם אדם מסרטן ריאות, מה שהופך מחלה זו לסרטן הקטלני ביותר מבחינת מספר הקורבנות שהוא גובה. ממוצע ההישרדות (לחמש שנים) עומד כיום על 17% לגברים ו-24% לנשים. אף שעישון נחשב לגורם סיכון משמעותי במחלה זו, סרטן ריאות מתרחש רבות גם בקרב לא מעשנים. לאור זאת יפעל המאגד לזיהוי כלל גורמי הסיכון ולפיתוח דרכים חדשות לאבחון, מניעה וטיפול במחלה.
“מאגד LUCIA יוצא לדרך בזמן הנכון ועם השותפים הנכונים,” אמר פרופ’ חאיק בפתיחת הכנס. “זכינו בשותפים מוכשרים רבים ומצוינים ממגוון תחומים ויחד נעבוד בארבע השנים הבאות, מתוך גישה רב-תחומית, כדי לקדם את הבנת המחלה ולפתח דרכים למנוע אותה, לאבחן אותה ולטפל בה טוב יותר. בפעילות הזאת לא נסתפק בהיבטים הרפואיים של המחלה אלא ניעזר במומחים בתחומי המשפט והאתיקה ובמקבלי החלטות כדי לממש את הממצאים שלנו לטובת החברה כולה.”
מימין לשמאל: פרופ’ יובל שקד ופרופ’ חוסאם חאיק מהטכניון עם פרופ’ ג’ונתן סלימן מאוניברסיטת היידלברג
המאגד, בהובלת הטכניון, הוקם במימון תוכנית Horizon Europe של האיחוד האירופי – תוכנית התומכת בשיתופי פעולה בין-לאומיים הצפויים לספק פתרונות טכנולוגיים מעשיים לאתגרי התקופה ובמימון של 14.6 מיליון יורו. שותפים בו 22 גופים אקדמיים ואחרים הפועלים יחד למיפוי גורמי הסיכון לסרטן ריאות תוך התמקדות בשלושה היבטים: גורמי סיכון אישיים ובהם אורח חיים וחשיפה למזהמים; גורמים חיצוניים ובהם סביבה עירונית ובנויה, תחבורה, אקלים והיבטים חברתיים; ותגובות ביולוגיות ובהן הזדקנות ושינויים גנטיים, אפיגנטיים ומטבוליים. לשם כך עובדים מומחי המאגד על הבנת המנגנון המולקולרי של המחלה, איתור מאגרי המידע הרלוונטי וניתוחם ועוד.
המשנה לנשיא הטכניון למחקר, פרופ’ קובי רובינשטיין, אמר כי “כיום אנחנו מבינים שמחקר בסיסי אינו מספיק; האקדמיה חייבת לקיים קשר צמוד עם השטח – תעשייה, בתי חולים וכל גוף רלוונטי אחר. כשקשר כזה אינו מתקיים קשה מאוד ליישם, לטובת האנושות, מחקרים בסיסיים הנערכים באקדמיה. אני אומר את זה מניסיון – לפיתוח שלי בתחום האופטיקה נדרשו 12 שנים כדי להפוך למציאות. הטכניון פועל כיום מתוך אסטרטגיה ברורה של הנמכת החומות בין אקדמיה לתעשייה ואנחנו כבר רואים את הפירות – הטכניון הוא האוניברסיטה המובילה בישראל מבחינת מספר חברות הסטארטאפ היוצאות ממנו. המאגד שלכם מבטא היטב את הרוח הזאת ולכן אני מבקש מכם – אל תעצרו לפני שתגיעו ליישום העבודה המחקרית שתעשו, כלומר לתרגום של הממצאים שלכם למוצרים ושיטות שיצילו את חייהם של חולי סרטן ריאות.”
את המאגד מוביל כאמור פרופ’ חאיק (coordinator) עם חברי קבוצת המחקר שלו: ד”ר יואב ברוזה (מנהל הפרויקט), ליאת צורי (מנהלת אדמיניסטרטיבית) ומנהל המעבדה ואלא סליבא. במאגד שותף פרופ׳ יובל שקד מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, החוקר את מנגנוני הסיכון של סרטן הריאות לטובת אבחון מוקדם של המחלה.
