Page 11 - מגזין הטכניון | חורף 2009

ד ו ג מ א ו ת ס י ל י ק ו ן
נ ק ב ו ב י ה מ ש מ ש ו ת
ל ב נ י י ת ה ח י י ש נ י ם
"הרקע שלי הוא בכלל בהנדסה כימית," אומרת
ד"ר אסתי סגל, ראש המעבדה לננו-חומרים
פונקציונליים וחיישנים ביולוגיים. "יש לי
שלושה תארים מהפקולטה להנדסה כימית
בטכניון, ובשום שלב לא חשבתי שאעסוק
בב י ו טכ נ ו ל ו ג י ה . אבל לקראת ס ו ף
הפוסט-דוקטורט שלי הגעתי לביקור בטכניון,
וכמעט במקרה זומנתי גם לראיון כאן
בפקולטה."
וכל השאר הסטוריה: עם סיום הפוסט-דוקטורט
(UCSD באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו )
הצטרפה ד"ר סגל לפקולטה להנדסת
ביוטכנולוגיה ומזון בשנת 7002, ומאז היא
משלבת כאן בין השכלתה הנרחבת בהנדסה
כימית ובחקר חומרים לבין היישומים שבהם
החלה לעסוק בתקופת הפוסט-דוקטורט -
בעיקר חיישנים מבוססי-סיליקון לשימושים
אנליטיים ורפואיים.
חישה ביולוגית
"החיישנים שאנחנו מפתחים מבוססים על
משטחי סיליקון נקבוביים המדווחים באופן
עצמי על סביבתם. החיישנים מיוצרים במעבדה
, שבו אנו (etching) תהליך איכול ידי על
"קודחים" נקבוביות זעירות בקוטר ננומטרי
מאפשר לנו האיכול סיליקון. תהליך בגביש
גביש בתוך שונים אופטיים התקנים לבנות
כאשר אנו מקרינים את המשטח . הסיליקון
המתקבל באור לבן, הוא יחזיר צבע מסוים,
כלומר אור באורך גל מסוים, שתלוי במבנה
הסיליקון. בהמשך, אנו ממלאים בפולימרים
שקופים את הנקבוביות הזעירות.
"אז ההתקן הבסיסי שלנו כולל בסך הכל משטח
סיליקון ובתוכו נקבוביות מלאות בפולימר;
מקור אור לבן; וספקטרומטר שמודד את אורך
הגל המוחזר."
את ההתקן הבסיסי ניתן להנדס בהתאם למטרה
הרצויה. למשל, לגדל עליו תאים שונים, או
לקשור אליו מולקולות ביולוגיות שונות כדוגמת
חדירה נוגדנים. שינויים במבנה התא, קישור או
מולקולות ביולוגיות וכו', גוררים שינויים של
האור המוחזר - ולכן מדובר כאן בספקטרום
ב"עיקרון חישה ביולוגי".
בשלב הראשון, אם כן, מרכיבים החוקרים מעין
"מקרא" או "מילון" שישייך כל אובייקט )חיידק,
תא( לצבע האור שהוא מחזיר. ולמה זה טוב?
כאן מגיע השלב השני: "אם נדע איזה אור
מחזיר כל אובייקט, נדע - לפי סוג האור -
לזהות את האובייקט המונח על ההתקן,"
מסבירה ד"ר סגל.
אריזות מזון "חכמות"
בשנים האחרונות מסתמן עניין הולך וגובר
בפיתוח ויישום של טכנולוגיות המאפשרות
זיהוי וכימות מקוון וב"זמן אמת" של זיהומים
כימיים וביולוגיים במזון ומים. מרבית השיטות
המקובלות היום למעקב אחר מזהמים דורשות
הכנה מוקדמת של הדגימות וכן שימוש
במיכשור מעבדתי מורכב ויקר. שיטות אלו
אמנם יעילות, אך צורכות זמן רב וכח אדם,
ולפיכך אינן מאפשרות מעקב וקבלת החלטות
ב"זמן אמת" מחוץ לסביבת המעבדה. לפיכך,
פיתוח של חיישנים ניידים, זולים ופשוטים
לתפעול ושילובם במערכות "חכמות" לאריזת
מזון הוא אחת מן המטרות העיקריות של
המחקר. במסגרת המחקר הנערך במעבדה
מפתח צוות החוקרים חיישנים לניטור זיהומים
כימיים )כגון חומרי הדברה( וביולוגיים
)חיידקים פתוגניים( במזון שישולבו בעתיד
באריזות מזון "חכמות". אריזות אלו יוכלו ללמד
את הצרכן על בטיחות המזון בזמן הקנייה
והאיחסון.
יישומים רפואיים
מטרה נוספת במחקר הנוכחי היא לבחון
השפעה של תרופות כימותרפיות שונות על
גידולים סרטניים. "הרעיון הוא שבבדיקה
פשוטה ומידית נוכל לזהות את תגובת התאים
הסרטניים לתרופה על סמך ניתוח האור
המוחזר. במילים אחרות, נוכל לבצע טיפול
תרופתי 'אונליין' בתאים האלה, כלומר להצמיד
להם תרופה כלשהי ולראות מה קורה להם -
הכל לפי החזר האור. הרעיון הוא שנוכל לקחת
ריקמה של החולה הספציפי ולבדוק איזו תרופה
פועלת עליה ביעילות. זאת בעצם השאיפה
שמובילה את המגמה של "רפואה אישית",
מתוך הבנה שתרופה ספציפית עשויה לפעול
באופן שונה על שני מטופלים שונים, וחשוב
להתאים את התרופה לחולה הספציפי. זה
בדיוק מה שנועד ההתקן הזה לאפשר."
מהמעבדה למרפאה
ד"ר סגל מקפידה לסייג את החזון המדעי-רפואי
הזה באומרה שהיא יודעת היטב איזה פער
מפריד בין מחקר ליישום. היא יודעת שנחוצות
שנים רבות כדי להביא את הפיתוח הזה
לשימושם של חולי סרטן, אבל היא מאמינה
שזה הכיוון הנכון. "זאת מערכת זעירה ופשוטה
שמכילה שלושה רכיבים בלבד - ההתקן; מקור
האור; והספקטרומטר. הבדיקה מהירה ולא
פולשנית, והיא יכולה להאיץ איבחון, פיתוח
תרופות והתאמה אישית של תרופה לחולה."
®
הנדסת
ביוטכנולוגיה
ומזון