בעשרות שנים האחרונות, ובמיוחד בעשור האחרון, הפכה המילה "ננו" למושג שגור ולחלק בלתי נפרד מתחום המדע. בשל העניין המדעי ההולך וגובר בתחומים העוסקים בננו קנה המושג פופולריות גם בציבור הרחב, כך שבאופן טבעי הוא מעניין, מסקרן ומושך חברות רבות בתעשייה. לא פעם המילה "ננו" מופיעה על מותגים של חברות רבות שונות גם אם הקשר בין המוצר לבין משמעותו האמיתית של השם הוא מקרי בהחלט.

תחילת המהפכה הזעירה ברפואה
אחד האנשים ששמם נקשר כמעט באופן אסוציאטיבי עם המושג "ננו" הוא הפיסיקאי היהודי זוכה פרס נובל ריצ'רד פיינמן. עיקר פרסומו בתחום ניתן לו בזכות הרצאתו בשנת 1959 שבה אמר את המשפט הנודע, "יש שפע מקום בתחתית (There is plenty of room at the bottom). בהרצאתו הוא חזה שהמדע והטכנולוגיה יעסקו בעתיד בחומרים ובאובייקטים קטנים מאוד.

"ננו" פירושו "מיליארדית המטר". היכולת לחולל שינויים בתכונות הפיסיקליות והכימיות של חומרים בממד הננומטרי (100-1 מיליארדיות המטר) עוררה בשנים האחרונות עניין ומוטיבציה לביצוע מחקרים ופיתוחים ננוטכנולוגיים בתחומים רבים ומגוונים, כגון אלקטרוניקה, אופטיקה, קטליזה ורפואה.

השילוב בין תחומי הננוטכנולוגיה והרפואה סלל את הדרך לתחילתו של תחום חדש שנקרא ננו-רפואה. אף שרוב המחקר והפיתוח בתחום זה החל מאוחר יחסית (החל משנות ה-90), הוא כבר מציע מגוון רב של יישומים ננוטכנולוגיים, כגון מערכות לנשיאת תרופות, חיישנים, סמנים פלואורסנטים לצרכי הדמיה ועוד. העלייה המשמעותית ביותר בכמות הפרסומים והגשות הפטנטים בתחום הננו-רפואה החלה למעשה רק בעשור האחרון. מוקד המאמצים העיקרי בעשור הזה היה במחקר ופיתוח בתחום "מערכות נשיאת תרופות" ובתחום ההדמיה. בשנת 2005 אישר מינהל המזון והתרופות בארה"ב את תרופות ה"ננו" הראשונות, Doxilו-Abraxane, לטיפול במחלת הסרטן.

מערכות ננו לנשיאת תרופות
אחד החסרונות המשמעותיים של טיפול תרופתי הוא תופעות הלוואי שנגרמות מהתפזרות התרופה בכל רקמות הגוף. לא פעם תופעות הלוואי קשות עד כדי כך שהנכונות של החולים לקבל את הטיפול התרופתי נמוכה מאוד. בשנים שקדמו למהפכת ה"ננו" המאמץ לצמצום תופעות הלוואי התמקד בעיקר בהכנת נוסחאות (פורמולציות) שיאפשרו לתת את התרופה באופן מקומי באמצעות משחות, טיפות עיניים, משאפים או תרסיסים. אולם במקרים רבים תכונותיו הכימיות של החומר הפעיל בתרופה אינן מאפשרות טיפול יעיל במתן מקומי והחולים נאלצים לסבול את תופעות הלוואי.

אחת התרומות המרכזיות של מהפכת הננו לתחום הרפואה היא הפיתוח של ננו-מערכות שיכולות לשאת את מולקולות התרופה בגופנו (Drug delivery system). בשונה ממערכות נשיאה קונבנציונליות שאינן "ננו", כמו טבליות וגלולות, ננו-מערכות נשיאה יכולות להתביית על אזור ספציפי בגוף, למשל גידול סרטני, להגן על החומר הפעיל מפירוקו בגוף ולשאת בתוך הגוף תרופות שאינן מסיסות בדם.

אם נשתמש בדימוי, מערכות נשיאה ננומטריות שקולות למונית שמסיעה את התרופה ברחבי הגוף ומשחררת אותה רק כשהגיעה ליעדה. כך הטיפול במחלה הופך הרבה יותר יעיל ותופעות הלוואי פוחתות באופן משמעותי.  


ננו-חלקיק שמשמש כננו-מערכת לנשיאת תרופות.

ננו-מערכות לנשיאת תרופות מורכבות מחומר נשא, שמשמש כגוף של הננו-חלקיק, חומר פעיל, חומר מייצב ומולקולות הכוונה שמאפשרות לחלקיק להתביית על תאים מסוימים בגוף. יש כיום מגוון רב של מערכות נשיאה ננומטריות שנבדלות זו מזו בחומרים שמרכיבים אותן, בגודלן ובכמות החומר שאותן הן יכולות לשאת.

אחת הדוגמאות הנפוצות ביותר למערכת נשיאה ננומטרית מתוארת באיור שלמעלה. המערכת הזו מורכבת משרשראות פולימר (מטריצה פולימרית) שמתלפפות ולוכדות בתוכן את החומר הפעיל, כך שנוצר ננו-חלקיק שמכיל את התרופה בתוכו. בדרך כלל תהליך הכנת הננו-חלקיקים נעשה במים לצורך קבלת תרחיף או אמולסיה, ולכן משתמשים בחומר מייצב שימנע מהננו-חלקיקים להתלכד לגוש גדול.

בנוסף נוהגים לחבר לפני שטח הננו-חלקיק מולקולות הכוונה, כמו נוגדנים או מקטעי דנ"א, שיודעות להיקשר באופן ספציפי לאזורים מסוימים בגוף. את הננו-נשאים מחדירים לרוב לגוף בזריקה לווריד. כשמערכת הנשיאה מגיעה ליעדה היא נקשרת לאזור הרצוי והתרופה מתחילה להשתחרר.

דוגמה נפוצה נוספת לננו-מערכת לנשיאת תרופות היא ליפוזומים. בדומה לתאים הנמצאים בגופנו, ליפוזומים הם מבנים כדוריים שמורכבים מממברנה (מעטפת) של פוספוליפידים ומלאים בנוזל. הליפוזום הוא למעשה מעין מכל ננומטרי שיכול לשאת בתוכו את התרופה ולהביא אותה ליעדה. דוגמא נהדרת לשימוש בליפוזומים כמערכת נשיאה היא בתרופה דוקסיל שפותחה באוניברסיטה העברית ומשמשת בעיקר לטיפול בסרטן השד. החומר הפעיל, דוקסורוביצין, ממוקם בתוך הליפוזום ונישא על-ידו לעבר הגידול כך שפיזורו בשאר הגוף מופחת בצורה משמעותית ואיתו גם תופעות הלוואי.  


ליפוזום כננו-מערכת לנשיאת תרופות | תרשים: Kosigrim, ויקיפדיה

חשוב לציין שאף על פי שמתקיים מחקר רחב היקף בתחום הננו-נשאים, ויש כיום כבר כמה וכמה תרופות שמבוססות על הטכנולוגיה הזו, עדיין קיים חשש מסוים מרעילותן. לכן מנהל המזון והתרופות האמריקאי איננו ממהר לאשר תרופות "ננו" חדשות, למרות יעילותם הרבה. נכון להיום המדע איננו יודע במדויק האם ועד כמה השימוש בננו-נשאים מזיק לגופנו. עם זאת, התחום ממשיך להתפתח במהירות ועתיד לספק לנו פתרונות נפלאים שלא היו מתאפשרים אחרת. 

רן טבעוני
דוקטורנט, המחלקה לחומרים ופני שטח
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך במענה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.