חדק היתושה שמאפשר לבצע בדיקות בלי כאב, המשטחים קוטלי החיידקים שקיבלו השראה מכנפי הציקדה והדבק הביולוגי שהועתק מתולעת. ביומימיקרי בשירות הרפואה

ביומימיקרי הוא ענף במדע השואף ללמוד לעומק מערכות ויצורים בטבע על מנת לחקות את תכונותיהם לטובת האדם. הרעיון פשוט – האבולוציה פעלה מיליוני שנים לשכלל את בעלי החיים והצמחים, אז למה שלא נשאב מהם השראה לפיתוח טכנולוגיות יעילות יותר?

אחד הראשונים שרתם את הטבע לטובת המצאותיו היה לאונרדו דה וינצ'י, שצפה בציפורים בתקווה לחקות אותן ולבנות מכונת תעופה. לשם כך חקר האמן המפורסם את האנטומיה של הציפורים ואת האופן שבו הן עפות, יצר סקיצות וניסה ליישם אותן. אף שרעיונותיו לא הבשילו, הם העניקו השראה לאחים רייט שהטיסו את המטוס הראשון בשנת 1903. מאז ועד היום ענפים רבים, ובהם רפואה, תחבורה וארכיטקטורה, שאבו השראה מהטבע כדי לפתח מכשירים מתוחכמים, חומרים חדשים ועוד.

סקיצה של מכונת תעופה, לאונרדו דה וינצ׳י | מקור: ויקיפדיה
סקיצה של מכונת תעופה, לאונרדו דה וינצ׳י | מקור: ויקיפדיה

ציקדה נגד חיידקים

ענף הרפואה בלט בנכונותו לקבל השראה מהטבע לפיתוח מכשור מתקדם, טכניקות חדשות ועוד. דוגמה בולטת לכך אפשר למצוא במחקר שבחן את כנפי הציקדה, שהיא חרק הדומה מעט לחרגול. במאמר משנת 2013 מצאו סרגיי פוגודין (Pogodin) ועמיתיו כי כנפי הציקדה מכוסות במערך של קוצים ננומטריים זעירים בתבניות משושות. כשחיידק מתיישב על משטח הכנף, דופן התא שלו נדבקת לקוצים ונמתחת ביניהם, עד שהיא נקרעת.

בעקבות הגילוי החלו חוקרים לחשוב איך נוכל להשתמש בתכונה הזאת של כנפי הציקדה ליצירת משטחים קוטלי חיידקים. משטחים כאלה יכולים להועיל במיוחד במקומות ציבוריים שמכילים חיידקים רבים, כמו עמודי אחיזה באוטובוס ומשטחי אמבטיה למיניהם, וכמובן בשולחנות ניתוחים ובכלי ניתוח.

היתרון המשמעותי של משטח קוטל חיידקים כזה הוא היותו אמצעי פסיבי, שאינו דורש תוספת של חומרי חיטוי למיניהם שאינם ידידותיים לסביבה ודורשים תחזוקה שוטפת. ואכן, כמה וכמה קבוצות ניסו לחקות את כנפי הציקדה לצורך דחיית חיידקים.

דוגמה אחת למשטח כזה הציגו לאחרונה טקשי איטו (Ito) ועמיתיו, שיצרו משטח צורן (סיליקון) שתכונותיו דומות לאלה של כנף הציקדה וראו שהוא אכן עמיד לחיידקי אי קולי, האחראים בין השאר להרעלות מזון. 24 שעות לאחר שכיסו את המשטח בחיידקים, ראו החוקרים כי פחות מאחוז אחד מהם שרדו. לשם השוואה, במשטח צורן רגיל שרדו עשרות אחוזים מהחיידקים שהונחו עליו במקור.

קוצים זעירים קורעים את דופן החיידקים. כנף של ציקדה | צילום: Science Photo Library
קוצים זעירים קורעים את דופן החיידקים. כנף של ציקדה | צילום: Science Photo Library

דבק תולעי מיוחד

אחד האתגרים הגדולים ברפואה טיפולית הוא הקושי להדביק חומרים ורקמות בסביבה רטובה. למרבה הצער, הדבקים הקיימים כיום לא מתמודדים היטב עם הבעיה הזו ולכן פלסטרים, לדוגמה, נופלים לנו בזמן המקלחת או בים. בהיעדר דבק מתאים לסביבות רטובות, נהוג לקבע רקמות פנימיות באמצעות תפרים, ברגים, פלטות וסיכות מתכת.

בחיפוש אחרי פתרון לבעיה הזאת, פנו חוקרים לקבל השראה מיצורים ימיים שנדבקים למשטחים רטובים או מצליחים להדביק חומרים מתחת לפני המים כדי ליצור לעצמם מחסה. אחד מהיצורים הללו הוא תולעת ארמון החול, שמאגדת חול ושברי שלדים של חסרי חוליות ימיים באמצעות דבק שהיא מייצרת כדי ליצור לעצמה בתים דמויי ארמונות חול. ההדבקה נעשית בעזרת פוליאלקטרוליטים – פולימרים בעלי מטען חשמלי מנוגד הנמשכים זה לזה.

היות שטרם נמצאה הדרך להפיק את הדבק ישירות מהתולעים, יצרה מעבדתו של של ראסל סטיוארט (Stewart) דבק מפוליאלקטרוליטים המחקה במבנהו את דבק התולעת. הדבק החדש נמרח על רקמות ביולוגיות, ואז משתמשים באנזים בשם קתכול אוקסידאז כדי לקשור בין הפוליאלקטרוליטים בעלי המטען החיובי לאלה בעלי המטען השלילי, והרקמות מתחברות. דבק כזה יכול גם לסייע באיטום כלי דם, ובעבודות חיבור במעמקי הים.

לא מודאגת מקצת רטיבות. תולעת ארמון החול | צילום: ויקיפדיה
לא מודאגת מקצת רטיבות. תולעת ארמון החול | צילום: ויקיפדיה

דקירה ללא כאב

פיתוח רפואי שלישי מגיע דווקא מעקיצות היתושים שכולנו כל כך שונאים. חוקרים הבינו שאף על פי שהעקיצה גורמת לפעמים תחושת גירוד עזה בדיעבד, את רגע העקיצה עצמו איננו חשים בדרך כלל. איך ייתכן שחדירת חדק של היתושה לעורנו לא גורמת לכאב?

השאלה נחקרה במטרה לשכפל את המנגנון וליצור מיקרו-מחטים עדינות ובלתי מורגשות. התברר שכשהיתושה שואבת דם, החדק שלה, שקוטרו 60 מיקרון, חודר את העור בתנועה דמוית פטיש בקצב של כ-6 הרץ. במהלך יניקת הדם מכווצת היתושה חלק משריריה וכך יוצרת מערכת שאיבה המבוססת על לחץ שלילי שגורם לדם לעלות לאורך החדק.

המדען קאזויושי צוצ'יה (Tsuchiya) ועמיתיו פיתחו מיקרו-מחט מטיטניום הזהה בגודלה, בקוטרה החיצוני והפנימי ובמהירות השאיבה שלה לחדק היתושה, במטרה לבצע בעזרתה בדיקות רמת גלוקוז בדם נטולות כאב, למשל עבור חולי סוכרת. מהמט קוסוגלו (Kosoglu) ועמיתיו פיתחו לעומת זאת סיבים אופטיים דקיקים להחדרה תת-עורית בבדיקות כירורגיות וניתוחים הדורשים תאורה. גם כאן הסיב עוצב בהשראת חדק היתושה, במטרה להפחית את הכאב.

יתושה בפעולה | צילום: Shutterstock
יתושה בפעולה | צילום: Shutterstock

אנדרו שופסטל (Shofstall) ועמיתיו הרחיקו לכת ופיתחו מערכת להחדרת אלקטרודות זעירות אל תוך מוחן של חולדות מעבדה בהשראת שיטת החדרת חדק היתושה. השיטה שפותחה העלתה את שיעור ההשתלות המוצלחות מ-37.5 אחוז ל-100 אחוז. סביר להניח כי כלי כה שימושי ימשיך להתפתח וישולב בעתיד בעוד מכשירים רפואיים מתקדמים.

אם כן, הטבע משמש מקור השראה מדהים לפיתוח הדמיון ולמציאת רעיונות חדשים. אומנם תחום הביומימיקרי קיים כבר שנים, מאז לאונרדו דה וינצ'י, אך בעידן שלנו, כשהטכנולוגיה מתפתחת בקצב חסר תקדים, המרחק בין הדמיון להפיכתו למציאות קטן מתמיד. אין ספק כי צפויות לנו תגליות והמצאות מרהיבות רבות בעתיד.

 

תגובה אחת

  • אנונימי

    בעברית ביומימיקה, לא /ביומיקרי/

    בעברית ביומימיקה, /ביומיקרי/ זה באנגלית