העתיד הופך למציאות: הכירו את המיקרו-רובוט ההיברידי: רובוט זעיר שמסוגל לנווט בסביבה פיזיולוגית וללכוד תאים פגומים. "מדובר בטכנולוגיה חדשנית, מבוססת רובוט זעיר בגודל 10 מיקרון בלבד, המסוגל לנווט בדגימה ביולוגית, לזהות סוגי תאים שונים, ללכוד אותם באופן סלקטיבי ולהוביל אותם להמשך אנליזה", מסביר פרופ' גלעד יוסיפון מבית הספר להנדסה מכנית ומהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל-אביב, שהוביל את המחקר.
הוא מדגיש כי המחקר בוצע אומנם על דגימות ביולוגיות במעבדה, "אך הכוונה בעתיד היא לפתח מיקרו-רובוטים שיפעלו גם בתוך הגוף".
הוא מסביר: "במסגרת הפיתוח החדשני, השתמשנו במיקרו-רובוט היברידי כדי ללכוד תא דם, תא סרטני או חיידק בודד, והראינו כי הוא מסוגל להבחין בין תאים בעלי רמות חיות שונות – תא בריא, תא שנפגע על ידי תרופה, או תא מת או גוסס בתהליך 'התאבדות' טבעי.
"כמו כן, לאחר שזיהה את התא המבוקש, הצליח המיקרו-רובוט גם ללכוד אותו ולהובילו להמשך טיפול ואבחון הפגיעה בתא. חידוש חשוב נוסף בטכנולוגיה הוא זיהוי תא המטרה ללא צורך בתיוגו: המיקרו-רובוט מזהה את סוג התא ואת מצבו (למשל רמת החיות) באמצעות מנגנון חישה מובנה המבוסס על התכונות החשמליות הייחודיות של התא".
הטכנולוגיה החדשנית פותחה בהובלת פרופ' יוסיפון ובהשתתפות הפוסט-דוקטורנטית ד"ר Yue Wu מאוניברסיטת תל-אביב, הסטודנטית סיון יעקב והפוסט-דוקטורנט ד"ר Afu Fu מהטכניון. המאמר על אודות הפיתוח פורסם בכתב העת Advanced Science.
(הכירו את המיקרו-רובוט)
קראו עוד:
איך זה עובד?
המיקרו-רובוט ההיברידי ניתן לשליטה ולניווט באמצעות שני מנגנונים שונים – חשמלי ומגנטי. הוא יכול לנווט בין התאים השונים בדגימה ביולוגית, להבחין בין סוגי תאים שונים ואף לזהות האם מדובר בתא בריא או תא גוסס, ואז להעמיס עליו את התא הרצוי ולשאת אותו להמשך אנליזה, לצורך החדרת תרופה או גן או לבודד אותו למטרת ריצוף גנטי. לדברי החוקרים, הפיתוח עשוי לסייע בקידום מחקרים בתחום החשוב של "אנליזת תא בודד" (single cell analysis).
"ליכולות אלה יש משמעות רבה עבור מגוון רחב של יישומים וגם למחקר. בין היתר עשויה הטכנולוגיה לתמוך בתחומים הבאים: אבחון רפואי ברמת התא הבודד, החדרת תרופות או גנים לתאים, עריכה גנטית, נשיאת תרופות ליעדן בתוך הגוף, ניקוי הסביבה מחלקיקים מזהמים, פיתוח תרופות, וטכנולוגיית 'מעבדה על חלקיק' שנועדה לבצע אבחון במקומות הנגישים רק למיקרו-חלקיקים", אומרים החוקרים.
פרופ' יוסיפון: "התחום עדיין בחיתוליו, אך הכיוון ברור ומעודד. ישנן דוגמאות שונות של ניסיונות להניע מיקרו-רובוטים באיברים שונים, דוגמת הנוזל התוך-עיני, כלי דם, מערכת העיכול ועוד, כך שאין גבול כמעט לאפשרויות העתידיות"
מהו בעצם מיקרו-רובוט?
"מיקרו-רובוטים הם חלקיקים סינתטיים זעירים בגודל של תא ביולוגי, שיכולים לנוע ממקום למקום ולבצע פעולות שונות, לדוגמה איסוף יעיל של מטענים סינתטיים או ביולוגיים, באופן אוטונומי, על פי תכנון מראש או באמצעות שליטה מבחוץ בידי מפעיל או מערכת בקרה.
"יכולת התנועה העצמית של המיקרו-רובוטים, הקרויים לפעמים גם מיקרו-מנועים וחלקיקים אקטיביים, הונדסה בהשראת מיקרו-שחיינים ביולוגיים, דוגמת חיידקים ותאי זרע. מדובר בתחום חדשני שמתפתח במהירות, עם מגוון רחב של שימושים בתחומים כמו רפואה וסביבה, וגם ככלי מחקרי".
"היתרון של המיקרו-רובוטים", מסביר פרופ' יוסיפון, "הוא ביכולת לנוע באופן חופשי בתוך חללים סגורים, בהיותם משוחררים מכבלים, וכן לנווט באופן מדויק אל תא מטרה בודד בתוך דגימה ביולוגית מסובכת, ללא צורך בשימוש בשיטה פולשנית דוגמת מניפולטור חיצוני או במניפולציה מסובכת של התאים עצמם לאזורי החישה. שילוב מקורות אנרגיה חיצוניים מאפשר גמישות רבה יותר בהפעלה ושליטה במיקרו-רובוט במעבר בין סביבות שונות, בדומה למכוניות בעלות הנעה היברידית".
איך יכולת החישה יכולה לסייע בפיתוח תרופות?
"אנחנו יכולים באמצעות המיקרו-רובוט להגיע לתאים מסוימים ולהחדיר לתוכם תרופות ולראות כיצד הם מגיבים, מכיוון שיש למיקרו-רובוט, יכולת לפעול על תא מטרה בודד. הדבר נכון גם לתרופות אנטי-סרטניות אותן אפשר לבחון על תאי מטרה סרטניים. כפי שהוכחנו במחקר, המיקרו-רובוט ההיברידי מסוגל לחוש חשמלית בשינויים שעוברים על התא כתגובה להחדרת תרופות ובמיוחד לזהות אם תא עובר תהליך גסיסה".
החוקרים מסבירים שלמנגנון ההנעה ההיברידי של המיקרו-רובוט יש חשיבות מיוחדת בסביבות פיזיולוגיות, כמו למשל ביופסיה נוזלית. "המיקרו-רובוטים שפעלו עד היום בהתבסס על מנגנון חשמלי, לא היו יעילים בסביבות מסוימות המאופיינות במוליכות חשמלית גבוהה יחסית, כמו למשל בסביבה פיזיולוגית, בה ההנעה החשמלית פחות אפקטיבית. כאן יכול להיכנס לפעולה המנגנון המגנטי המשלים, שהוא יעיל מאוד ללא קשר להולכה חשמלית", אומר פרופסור יוסיפון.
כיצד הגעת לנושא המחקר?
"אני עובד על פיתוח מיקרו-רובוטים כבר מספר שנים. מה שמשך אותי בטכנולוגיית המיקרו וננו-רובוטים זה הגודל הזעיר שלהם".
2 צפייה בגלריה
צוות המחקר באוניברסיטת ת"א. שיתוף פעולה עם אונ' קורנל וטורונטו
(צילום: אוניברסיטת ת"א)
"התחום מתפתח ומקבל תשומת לב רבה בשנים האחרונות, כאשר מחקרים שונים מצביעים על יכולת השימוש ברובוטים ממוזערים בתוך הגוף במטרה להעביר תרופות באופן ממוקד או לבצע מיקרו-כירורגיה לדוגמה בתוך המוח, היכן שהניידות של הרובוט שמשוחרר מכבלים מצמצמת פגיעה באיברים שבדרך. היכולת להנדס את צורת הרובוט, החומרים ממנו הוא עשוי, המנגנונים הפיסיקליים השונים האחראיים לתפקודו, ומקורות האנרגיה שנעשה בהם שימוש - מאפשרת גמישות ויצירתיות רבה בתכנון המיקרו-רובוטים העתידיים ומהווה בו-זמנית אתגר והזדמנות הנדסית".
פרופ' יוסיפון מדגיש ש"למרות שישנו מאמץ מחקרי רב לרתימת הטכנולוגיה לשימושים חוץ ותוך גופניים, התחום עדיין בחיתוליו, אך הכיוון מבחינת הפוטנציאל די ברור ומעודד. ישנן דוגמאות שונות של ניסיונות להניע מיקרו-רובוטים באיברים שונים, דוגמת הנוזל התוך-עיני, כלי דם, מערכת העיכול ועוד, כך שאין גבול כמעט לאפשרויות העתידיות. למרות הדרך הארוכה שיש עוד לעבור עד ליישומים ממשיים, אנו בהחלט מעודדים מההתקדמות הטכנולוגית בתחום ומפוטנציאל השימושים הרב".
