הרובוט שייתקן אותי: ננו-טכנולוגיה בגוף האדם

ד"ר רועי צזנה השקיע בשנתיים האחרונות עשרות שעות בראיונות עם מומחים מהחברות הטכנולוגיות המתקדמות ביותר בשוק, עם בכירים במשק הישראלי ובמשרדי הממשלה ועם פרופסורים נחשבים באקדמיה. המטרה: "המדריך לעתיד" - ספר שמנסה לנבא את המהפכות הבאות. הספר ייצא במימון הקוראים וגם אתם יכולים להשתתף. הכתוב להלן לקוח מהספר וקוצר לצורך הפרסום.   

אנו חיים בעולם בו קל להבדיל בין חי לדומם. הפטיש בו אנו משתמשים כדי לתקוע מסמר אינו דומה לכלב, לחתול, או אפילו לחילזון. הוא דומם, מוצק וחסר יכולת תנועה משלו. באופן דומה, אפילו הרובוט המתוחכם ביותר כיום נראה כחיקוי עלוב של האדם.

סרטי מדע בדיוני רבים התבססו על ההבדל הברור בין הרובוט המלאכותי והמגושם לבין האדם.  חלק מיוצרי הסרטים והסדרות הרחיקו לכת ושילבו בין רובוטים ובני-אדם בגוף אחד ליצירת סייבורגים: אורגניזמים קיברנטיים, או בשפה פשוטה – יצורים חיים המשלבים מכונות בגופם. סייבורגים אלו הינם לרוב יצורים מוזרים ומבעיתים למראה. הם מסתייעים במצלמות גדולות במקום בעיניים אנושיות, ומדדים במכאניות על רגליים רובוטיות קרות. יצורים אלו, שיש שניבאו כי יחליפו את המין האנושי ביום מן הימים, רחוקים מלהיות יעילים, וקשה להאמין כי אי-פעם ייכנסו לשימוש.

העתיד האמיתי מעניין הרבה יותר. הסייבורגים האמיתיים של העתיד לא יהיו דומים כלל לשילוב המגושם של אדם ומכונה שאנו מדמיינים כיום. למעשה, רוב הסיכויים הינם שהם יראו כמוני וכמוכם – אבל בריאים יותר. וכל זאת משום שהמכונות החדשות שאנו מתחילים לייצר לא יהיו דומות למכשירים המכאניים והאלקטרוניים הגדולים והמגושמים של היום. הן יהיו ביולוגיות כמעט לחלוטין, וישתלבו עם הגוף באופן טבעי. אלו יהיו מכונות ננו-טכנולוגיות, שחלקן יהיו קטנות יותר מתאים אנושיים ואפילו מחיידקים, והמשוכללות ביותר מתוכן עשויות להיות מוגדרות כמכונות חיות ממש.

כדי להבין חזון זה לעתיד, אנחנו צריכים להכיר קודם את תחום הננו-טכנולוגיה.

מנועי הבריאה

מהי ננו-טכנולוגיה? המילה "ננו", כאשר משדכים אותה ליחידת מידה כמו מטר, מתארת גודל. גובהו של ילד בן חמש ממוצע הוא מטר אחד. אם נחלק את המטר באלף, הרי שנקבל 'מילי-מטר' (אלפית המטר), שזה אורכה של הכינה היושבת על ראשו של אותו ילד. אם נחלק את המילי-מטר בעשר, נקבל תוצאה של מאה מיקרו-מטר, או מאה מיליוניות המטר, וזהו עוביה של השערה אליה נצמדת הכינה. אם נחלק את עובי השערה שוב בעשר, נקבל תוצאה של עשרה מיקרו-מטר: קוטרו של תא אנושי ממוצע, שקטן עד כדי כך שלא ניתן לראותו בעין בלתי-מזוינת. אם נחלק את קוטר התא בעשר, נגיע למיקרו-מטר אחד. זהו אורכם של מרבית החיידקים.

מבנים ננו-מטרים(צילום: shutterstock)

ועכשיו, קחו את החיידק וחלקו את אורכו באלף. התוצאה המתקבלת תהיה (סוף סוף) ננו-מטר, או מיליארדית המטר. זוהי יחידת המידה המשמשת אותנו כדי למדוד את גודלן של מולקולות – אטומים המחוברים אחד לשני ליצירת תרכובות.

בספרו מנועי הבריאה העלה דרקסלר טענה כמעט מהפכנית. הוא סבר כי בבוא היום נוכל ליצור מכונות ואפילו רובוטים בגודל של מולקולות בודדות. כלומר, ננו-רובוטים וננו-מכונות. מכונות אלו יוכלו לפרק מולקולות אחרות לאטומים בודדים, ולחבר את האטומים מחדש לצורות שונות. זו תהיה ננו-טכנולוגיה, שתוצריה יהיו מולקולות מכל סוג שנרצה. המכונות הננו-טכנולוגיות יוכלו לשמש אותנו ליצירת תרופות, מזון, חומרי דלק, ולמעשה כל חומר שנוכל לחשוב עליו בהווה ובעיקר בעתיד .

חזונו של דרקסלר נמצא כבר היום על סף מימוש. אחרי הכל, מהם החיידקים אם לא מכונות המייצרות עבורנו את המולקולות ואת החומרים בהם אנו חפצים? אלא שהעתיד שבישר דרקסלר אינו מסתכם רק ביצירת חומרים באופן יעיל, מכיוון שאותן ננו-מכונות יוכלו גם להסתובב בגוף החי, להלחם במחלות ולתקן את הגוף מבלי הפסק.

כבר היום אנו בונים מכונות זעירות המסוגלות לשחות בזרם הדם ובין התאים, לתקן את גופינו ולהתממשק עמם. ננו-מכונות אלו הינן חלק בלתי-נפרד מהמהפכה הטבעית, ובעתיד הרחוק הן גם עשויות לספק את המפתח לחיים בריאים וארוכים עד מאד. ארוכים, למעשה, ללא הגבלה.

רובוטי הדנ"א

בפעם הראשונה בה נכנסתי למעבדתו של ד"ר עידו בצלת באוניברסיטת בר אילן, עצרתי בהפתעה ובהיתי מסביבי. המקום היה שונה מאד מהמעבדה המדעית המסודרת שדמיינתי לעצמי. משמאלי, מיד בכניסה, ניצב אקוואריום גדול ובו מקקים שהתרוצצו אחוזי-תזזית לעיני המצלמה הקטנה שתיעדה אותם. בחדר הסמוך מצאתי מדפים עמוסים באבני לגו, ולידם על השולחן מדפסת תלת-ממדית גדולה, היושבת לצד עמדת הלחמה וכלי עבודה.

לא, זו במפורש לא הייתה מעבדה ביולוגית רגילה.

לאחר שנהנה ממבט ההלם הראשוני על פניי, לחץ בצלת את ידי והוביל אותי כלאחר כבוד לאקוואריום המקקים. הוא ביקש ממני לבחור אחד מהם. הצבעתי על הרזה ביותר. בצלת הכניס ידו לאקוואריום והרים את החרק המופתע מבלי להסס. הוא שם אותו בכוס זכוכית, והכניס את הכלי לפריזר למספר דקות.

"זו הדרך הטובה ביותר להרדים אותם." אמר בחצי-התנצלות. לאחר מספר דקות הוא פתח את דלת המקרר והוציא את הג'וק הרדום. בזמן זה, הביא לו כבר אחד הסטודנטים מזרק זעיר. בחנתי אותו בסקרנות. המזרק הכיל חמש מיליוניות הליטר של נוזל שקוף – פחות מגודל של טיפת מים אחת על קצה האצבע.

"הנפח הזה מספיק כדי להכיל כמה מיליונים מהרובוטים שפיתחנו במעבדה שלנו. כל אחד מהם מסוגל לעשות פעולה מסוימת בתוך גוף החרק." ענה בצלת על שאלתי שלא נשאלה. "אבל קודם הם צריכים לחדור פנימה."

הוא החדיר בעדינות את המחט בין קשקשיו המשוריינים של התיקן, והזריק לתוך הגוף הזעיר את כל התכולה. "אנחנו נלך עכשיו לאכול ולשתות משהו." אמר. "בזמן הזה, הרובוטים שלי אמורים להספיק להסתובב בין תאי הגוף של התיקן, לזהות את התאים שתכנתנו אותם לזהות, ולהפעיל עליהם את התרופה שהם נושאים."

דנ"א אוריגמי

אחת הבעיות הגדולות ביותר שהטרידו את דרקסלר בשעתו היתה דרך היצירה של הננו-מכונות. מכונות אלו זעירות עד כדי כך שלא ניתן לראות אותן אלא במיקרוסקופים המשוכללים ביותר, וכמעט בלתי-אפשרי לתפעל אותן באמצעים מכאניים. כיצד, אם כך, נוכל ליצור ננו-מכונות שכאלו?

בצלת פתר את הבעיה באופן אלגנטי, באמצעות שימוש בשיטה שהומצאה בשנת 2006 ונקראת 'דנ"א אוריגמי' . השיטה מסתמכת על תכונותיה של מולקולת הדנ"א, ממנה מורכב הקוד הגנטי.

 מולקולה זו ארוכה ומפותלת, וחלקים שונים בה יכולים להידבק ולהיצמד זה לזה ולהתקפל ממש כפי שדף ניר יכול לעבור קיפולים עד ליצירת צורה תלת-ממדית.

במעבדתו, בצלת מתכנן מראש את גדילי הדנ"א, אותן ניתן לייצר בקלות יחסית. הוא מכתיב היכן יופיעו בתוכן האיזורים הדביקים, שיגרמו למולקולה להתקפל בדיוק בדרך בה יבחר, וליצור מכונה בגודל ננו-מטרי שתבצע פעולה מסוימת בתוך הגוף. הוא מכנה את המכונות הללו ננו-רובוטים.

"מהרגע שהם בגוף, הם ילכו למקום הנכון ויעשו את הפעולה שתכנתנו אותם לבצע." הוא אומר. "אלו רובוטים לכל דבר. כמו שאתה שולח רובוטים לאזורים שבני-אדם לא יכולים להיכנס אליהם, כך אתה יכול באמצעות הננו-רובוטים לחדור לתוך הגוף ולשלוט על שחרור תרופות, לבצע ניתוחים בקנה מידה קטן, ואפילו לעשות בנייה מחדש של רקמות."

(צילום: shutterstock)

למחשב את הגוף

"אנחנו מסוגלים למחשב כמעט את כל המציאות שלנו ולשלוט כמעט על כל היבט שלה באמצעות מחשבים." הוא אומר. "זה האתגר שלקחנו על עצמנו. אנחנו מנסים למחשב מולקולות ולמחשב את גוף האדם. כלומר, לעשות אוטומציה של כל מולקולה בגוף האדם."

כל מחלה בגוף מתחילה ונגמרת במולקולות. יש מחלות הגורמות לעודף של מולקולות במקום מסוים – למשל, במקרה בו העורק מתחיל להיחסם כתוצאה מהצטברות של כולסטרול בתוך דפנות העורק (תהליך המוביל בסופו של דבר להתקף לב), או במחלות מטבוליות כמו מחלת קראבה בה מצטברות מולקולות מסוימות בעצבים ופוגעות ביכולתם להעביר מסרים והודעות במוח.

אם היינו יכולים להיכנס לכל תא ותא, או לתוך העורקים עצמם, ולשלוף החוצה את המולקולות המזיקות, הרי שהיינו מקבלים פיתרון לחלק גדול מהמחלות. אלא שלשם כך יש צורך במיליארדי "פינצטות" שיחדרו לתאים ולגוף וישלפו החוצה את טריליוני המולקולות המזיקות. זוהי אינה משימה שרופא אנושי יכול לבצע, אך הננו-רובוטים עשויים להצליח במטלה. בסופו של דבר.

(צילום: shutterstock)

"כשאתה צריך לשנות משהו בגוף היום, להסיר למשל פלאק טרשתי שמתפתח בעורק, אתה צריך לחתוך את האדם, להיכנס לתוך הגוף ולהסיר אותו." מסכים בצלת. "אבל אם היית יודע לשלוט על מולקולות, לא היית צריך לעשות את זה. היית יכול למוסס אותו ולהזיז אותו למקום פחות מסוכן. המחשבים יודעים לשלוט בהמון דברים בעולם שלנו, אבל על מולקולות בתוך גוף אנחנו לא מסוגלים לשלוט. כדי שנצליח לשלוט בהן אנחנו בונים מכונות שיכולות להתממשק עם מולקולות בתוך גוף חי.

המכונות האלו צריכות להיות מסוגלות להיכנס לגוף ולחיות עמו בדו קיום, ומצד שני להוות ממשק בינינו לבין המולקולות. את המכונות האלו אנחנו יודעים לתכנת ולהגיד להן מה לעשות."

בצלת ועמיתיו בהרווארד השתמשו בשנים האחרונות בשיטת הדנ"א אוריגמי כדי ליצור ננו-רובוטים המסוגלים לשאת מולקולות בזרם הדם, ולשחרר אותן רק כשהם סמוכים לתאים מסוימים. במחקר החשוב ביותר שהדגים את יכולותיהם של הננו-רובוטים, הצליחו אלו להתמקד בתאים סרטניים, להיצמד אליהם ולשחרר מסרים שקטלו את התאים הסרטניים באופן מיידי. זוהי התקדמות מבטיחה לקראת פיתוח טיפולים נוספים למחלת הסרטן, מאחר שגידול סרטני, אחרי הכל, הוא רק קבוצה גדולה של תאים שיצאו משליטה ומתחלקים בלי הפסקה. אם נחסל את התאים – נחסל גם את הגידול.

פעולתם של הרובוטים הודגמה אמנם בתרביות רקמה מעבדה ולא בגוף החי, אך בצלת שוקד בימים אלו על הדגמת פעולתם בתוך גוף של חיות. וספציפית, בתוך המקקים.

בחזונות מרחיק-הלכת של בצלת, הוא רואה עתיד בו נוכל לקחת מדי בוקר קפסולה שתכיל ננו-רובוטים שיזהו זיהומים בתוך הגוף, נזקים לרקמות, פציעות, חוסר איזון הורמונלי ומצבים אחרים. רובוטים אלו יוכלו גם לפעול לפי הדרך בה נתכנת אותם, ולצמצם את עודף המולקולות המזיקות בגוף.

אלקטרוניקה חיה

"שילבנו בין שתי טכנולוגיות." מספר לי דביר. "האחת של ננו-אלקטרוניקה, והשנייה של ננו-סיבים קטנים שמרגישים את השדה החשמלי מסביבם."

דביר גידל סוגים שונים של תאים על גבי פיגומים – רשתות תלת-ממדיות שנועדו להקנות לרקמות צורה וחוזק. "בהתחלה גידלנו כמה סוגי תאים בפיגומים, שבתוכם היה משולב מערך של ננו-סיבים. המטרה הייתה לקבל קריאות חשמליות של תאי שריר לב או עצבים, או קריאות של רמת החומציות של הרקמה המהונדסת."

"כיום, במעבדה שלנו באוניברסיטת ת"א, אנחנו לוקחים את הפרויקט שלב אחד קדימה. אנחנו מייצרים מערך דומה של אלקטרודות ויוצרים רקמת שריר לב מהונדסת של חולדות בתוך הפיגום. עכשיו אנחנו עומדים לקחת את הרקמות הללו עם האלקטרוניקה בתוכן ולהשתיל אותן בחיות שעברו התקף לב. אחרי ההשתלה נוכל לראות את פעילות הלב אחרי הפגיעה בו, והחידוש הגדול עוד יותר הוא שנוכל גם לגרות את התאים וליצור קוצב לב ביולוגי באזור הצלקת."

קיים עוד מרחק רב עד לזמן בו נוכל לפתח רקמות מהונדסות אנושיות ולהשתילן בבני-אדם ללא תופעות לוואי או פגיעה בריאותית. אף על פי כן, הפוטנציאל מסחרר את המחשבה. רקמות המכילות רכיבים אלקטרוניים יוכלו לבקר ולהסדיר את קצב פעילות הלב בקשישים, להגבירה לפי דרישה בחיילים המסתערים קדימה בשדה הקרב, או להנמיכה כאשר הם זקוקים לשינה. ננו-סיבים מוליכים חשמלית יוכלו לגרות את שרירי השלד בזמן השינה או העבודה במשרד, בדומה לפעילות ספורטיבית קלה, ולהגביר את הכושר הגופני. אותם ננו-סיבים יהיו אחראיים גם על בלוטות מסוימות ויוכלו לעודד אותם לשחרר הורמונים – החל מהורמוני מין כטסטוסטרון או אסטרוגן, וכלה בהורמוני גדילה האחראים על חלק גדול מפעולת הגוף, כולל תהליך הגדילה וההזדקנות.

כל הפיתוחים הללו מתגמדים לעומת חזונו של דביר לעתיד הרחוק, שחושב כבר על שילוב הננו-אלקטרוניקה שלו במוח האנושי. "בעתיד יהיה אפשר להתקדם וליצור פרותזות למוח, עם רשת נוירונים תלת-ממדית שנוכל לשלוט בהם ולתת להם גירויים." הוא חוזה. "יש לטכנולוגיה הזו אפשרויות מרחיקות-לכת ועתידניות."

סיכום וחיזוי

אין ספק שהמכונות הביולוגיות עומדות לסייע לבני-האדם להתמודד עם מגוון רחב של מחלות בעשורים הקרובים. הן יעשו זאת באופן יעיל יותר מכל תרופה הקיימת כיום, ועם תופעות לוואי מינימליות. פעולתן יכולה להאריך את חייהם של מיליארדי בני-אדם בשנים רבות, ולהציל רבים אינספור.

אבל זו התחזית הטריוויאלית.

שיאה של המהפכה הטבעית יגיע כאשר המכונות הביולוגיות יוטמעו כחלק טבעי מהגוף, לא מתוך מטרה לשקם את האדם, אלא במטרה לשפר את הגוף ולהעצים את יכולותיו. מכונות אלו, שיהיו ניתנות לתכנות, יקנו בידי המשתמש יכולת לשנות את תפקודי גופו הבסיסיים ביותר. הן יוכלו לפרק אלכוהול בזרם הדם כדי למנוע שכרות – או לחילופין, לייצר אלכוהול לפי דרישה. חלקן יוכלו להכיל חמצן ולשחרר אותו במצבים של חנק (למשל, כאשר האדם טובע או נחנק) כדי לקנות לגוף ולמוח עוד כמה דקות של חסד . אחרות יהיו מסוגלות להשתלב עם השרירים ולחזקם, ליצור הורמונים לפי הצורך, או להפעיל ולכבות גנים בכל רחבי הגוף.

איש העתיד, לפיכך, עומד להיות גרסה מתקדמת יותר של בני-האדם הקיימים כיום. הוא ישלוט בגופו ברמה הקיימת כיום רק בספרי המדע הבדיוני – על אף שמדענים במעבדותיהם מתחילים לחזות אותה. הוא יהיה חסין למחלות ובעל יכולת להתמודד עם תנאי סביבה קשים וקיצוניים, כולל חום, קור ואפילו חוסר בחמצן לזמן קצר. הוא יהיה חסון יותר, אתלטי יותר, ובריא הרבה יותר.

מתי יתגשמו התחזיות הללו? הבסיס לטכנולוגיות קיים כבר היום במעבדות, אך עוד רחוקה הדרך עד שיגיעו לשלב בו יוטמעו הלכה למעשה בבני-אדם. עשרות שנים רבות יחלפו עד שנגיע לרמה זו, אך בקצב ההתקדמות המדעית והטכנולוגית הנוכחית, אין ספק שנראה אותן מוטמעות בבני-אדם שנים רבות לפני סוף המאה הנוכחית. גם אם אני עצמי לא אזכה להחדיר לגופי את העוזרים הזעירים הללו, ילדיי או נכדיי כבר יהנו מהם. בזכותם אוכל לומר בגאווה מוצדקת כי הם יהפכו לאנשים טובים בהרבה מכפי שאני הייתי אי פעם.