טכנולוגיה בשירות בריאות האדם: מהמעבדה למיטת החולה

שלוש קבוצות מחקר הכוללות חוקרים ממגוון פקולטות זכו במענק ייחודי מטעם יוזמת בריאות האדם בטכניון (THHI). היוזמה נוסדה ביוזמת נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון בשנה שעברה במטרה לקדם מחקר בין-תחומי הקשור בעולמות הבריאות והרפואה.

“בריאות האדם היא אחד האתגרים העיקריים הניצבים בפני האנושות במאה ה-21,” אמר נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון. “כמו אתגרי ענק אחרים, מהפכה משמעותית בבריאות האדם מצריכה מאמצים רב-תחומיים. כדי להביא את מכלול יכולותיו של הטכניון לידי מיצוי, מתאפיינת יוזמה זו ברוחב יריעה מחקרי, טכנולוגי וחברתי ותתמוך לא רק בקידום המחקר בבריאות האדם אלא גם בתרגומן של תגליות מחקריות לכדי יישומים ומוצרים שישמשו את מערכות הרפואה ואת הצוותים הרפואיים הניצבים בחזית. זאת מתוך גישור בין הרפואה למדעי החיים, המדעים המדוייקים, ההנדסות, מדע הנתונים ועיצוב. היוזמה מאגדת חוקרים מפקולטות שונות ומממשת את ההבנה שסילוק החומות בין פקולטות ודיסציפלינות הכרחי לשימור מעמדו של הטכניון בצמרת האוניברסיטאות העולמית ולהתמודדותו עם אתגרי המאה ה-21.”

במסגרת קידום המחקר הכריזה היוזמה על תחרות פנימית לתמיכה בקבוצות מחקר מולטי-דיסציפלינריות שתצענה פרויקטי מחקר חדשניים, שיקדמו בטכניון תחומי דעת חדשים בממשקים בין רפואה, מדעי החיים, הנדסה, מדעי הנתונים, ודיסציפלינות נוספות. לתחרות ניגשו שלוש עשרה קבוצות מכלל פקולטות הטכניון, ולבסוף זכו שלוש קבוצות.

ההצעות שזכו הן:

מרכז-טכניון-רמב”ם לבינה מלאכותית ברפואה (CAIH)

לולאת המשוב שייצור שיתוף הפעולה החדש

חברי הקבוצה הם ד”ר יואכים בהר (יו”ר), ד”ר אורי שליט, פרופ’ שי מנור, פרופ’ ליאור גפשטיין, פרופ’ שי שן-אור, ד”ר דני איתן, ד”ר רונית אלמוג וד”ר אורן כספי.

לדברי ד”ר בהר, “מטרת המרכז החדש היא לקדם מחקרי AI בתחום הרפואי, שיובילו לפיתוחים משמעותיים שייטיבו עם המטופלים. אנו מקווים שהמרכז יהווה ממשק בין רפואה, מדעי הבריאות ו-AI וייצור סינרגיה בין שני הגופים השותפים בו.”

לדברי ד”ר אורי שליט, “הרעיון של המרכז החדש הוא לייצר שיתוף פעולה בין עולם הרפואה לעולמות הנתונים והבינה המלאכותית. אנחנו, כאנשי נתונים, זקוקים מעל לכל לנתונים בכמות עצומה – נתוני עתק או Big Data – והעולם הקליני זקוק למומחים שינתחו את אותם נתונים ויפיקו מהם תובנות מועילות. המרכז החדש יסיר צווארי בקבוק כגון הגישה שלנו לדאטה, ובנוסף יעודד מפגש ממשי בינינו לרופאי רמב”ם.  אנו בטוחים שהיוזמה החדשה תיצור סביבה שתאפשר לנו להציג אנליזות שישפרו את האבחון, הטיפול והמעקב בעולם הרפואה. יתר על כן, חשוב לנו מאוד ששיתוף הפעולה יתקיים במובן של יישום מודלים מבוססי-נתונים בשטח, כלומר בקריה הרפואית רמב”ם. עבורנו כמדענים זהו חיבור חשוב לשטח ואמצעי משמעותי להשפיע על רווחת האדם.”

בפיתוח הכלים האמורים ישתתפו רופאים, חוקרים ומהנדסים מרמב”ם ומהטכניון שירתמו את תחום הביג-דאטה ואת הלמידה החישובית לשיפור האבחון והטיפול. “זה החידוש הגדול,” אומר ד”ר אורן כספי, מנהל היחידה לאי ספיקת לב ברמב”ם, חוקר בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון וממובילי הקמת המרכז, “כולנו מכירים את הנוהל המקובל – המטופל מתאשפז, עובר בדיקות אבחנתיות ומקבל טיפול כמיטב יכולתו של הצוות הרפואי. החזון החדש שמציג המרכז הוא חזון של אבחון וטיפול המבוססים על מידע נרחב ממספר עצום של חולים. כתוצאה מכך, הרופא יוכל ‘לתפור’ טיפול אופטימלי, מדויק ומותאם אישית למטופל. ייחודו של המרכז בכך שהוא יסייע לנו לתרגם הישגים אקדמיים בתחום הבינה המלאכותית והביג דאטה לכלים טיפוליים הזמינים מיידית ליד מיטת החולה ברוח הרפואה המותאמת אישית.”

פעילות המרכז המשותף, שיפעל במימון הטכניון והקריה הרפואית רמב”ם, תתחיל כבר החודש (פברואר 2022). כנס הפתיחה הרשמי יתקיים ברמב”ם ב-9 במרץ, בשיתוף MIT ובהשתתפות נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון ומנכ”ל רמב”ם ד”ר מיקי הלברטל. בצמוד לאירוע הפתיחה ייערך “דאטאתון” – תחרות פיתוח בתחום מדעי הנתונים – בתאריכים 8-7 במרץ.

ביולוגיה סינתטית בשירות האלקטרוניקה: ניטור סמנים פיזיולוגיים במערכת העיכול.

שילוב של ביולוגיה לטובת ניטור דרכי העיכול

חברי הקבוצה הם פרופ’ ראמז דניאל (ראש הקבוצה), ד”ר נעמה גבע-זטורסקי, פרופ’ חוסאם חאיק, ד”ר עילם ילון ופרופ’ שחר קוטינסקי.

הקבוצה תפעל לפיתוח מערכות חדשניות לניטור מחלות בדרכי העיכול. מערכות אלה יכילו חיידקים מהונדסים שיתכנתו מעגלים אלקטרונים המבוססים על רכיבים אלקטרוניים ננומטריים (ננו-ממריסטורים). שילוב זה בין ביולוגיה ואלקטרוניקה יאפשר למשתמשים עתידיים ללמוד את המסלולים המטבוליים בדרכי העיכול ולהתערב בהם ביעילות במצבי מחלה.

לדברי פרופ’ דניאל, “באמצעות כלים מעולם הביולוגיה הסינתטית ניצור תאי חיידק (אי-קולי) המזהים סמנים ביולוגיים בדרכי העיכול, מעבדים מידע זה ומתכנתים ממריסטורים באמצעות תגובות ביוכימיות. החישובים הנדרשים יבוצעו בתאי החיידק באמצעות “התקנים” ננומטריים המבוססים על חלבוני די-אן-איי המאופיינים בצריכת אנרגיה נמוכה  פי 1000 לפחות בהשוואה לטרנזיסטור . את האנרגיה המזערית הדרושה לפעילותם ולפעילות הממריסטורים יגייסו החיידקים מחומרי התזונה המצויים בשפע במערכת העיכול, ולכן לא יידרש למערכת הזאת מקור אנרגיה חיצוני.”

“המערכות האמורות יותקנו בקפסולות זעירות שגודלן פחות מסנטימטר,” אומרת פרופ’ גבע-זטורסקי, “ובאמצעותן נוכל לחקור אסטרטגיות אבחון חדשות לטובת מחקר יישומי ופיתוח טיפולים חדשים למחלות בדרכי העיכול. המערכות יספקו אנליזה מולקולרית ממוקדת בזמן אמת – כלי חיוני לאבחון רציף של מצבי מחלה.”

MRI מטבולי – גישה לא-פולשנית חדשה באבחון רפואי, בטיפול ובחקירה של תחלואה בזמן אמת.

גישה חדשה באבחון מהיר של מחלות

חברי הקבוצה הם פרופ’ אהרון בלנק (ראש הקבוצה), ד”ר קתרין ונדורנה, פרופ’ בעז פוקרוי, פרופ’ מרשה ג’וויט וד”ר גלית סער.

מטרת הפרויקט היא לפתח טכנולוגיה לשימוש ב-MRI מטבולי לאבחון רפואי מהיר, יעיל ובטוח של מחלות שונות.

MRI היא טכנולוגיית דימות נפוצה ויעילה המספקת מידע רב על מצבים פיזיולוגיים על סמך תכונות פיזיקליות של הרקמה – צפיפות פרוטונים, זמני חיים של מצבים מעוררים ברקמה, תהליכי דיפוזיה ועוד. עם זאת, במקרים רבים המידע הפיזיקלי לבדו אינו מספיק, ונדרש גם מידע כימי מפורט על מטבוליטים שונים – חומרים הקשורים בתהליכי חילוף חומרים – ועל פעילותם ברקמה הנבדקת.

לרוע המזל, בשל בעיות רגישות, אפילו מערכות ה-MRI המתקדמות ביותר מאתרות רק את המטבוליטים הנמצאים ברקמה במינון גבוה מאוד ואינן רגישות מספיק לרוב המטבוליים הרלוונטיים לאבחון רפואי. בעיה זאת ניתנת לפתרון בחלקה על ידי טכנולוגיה הקרויה PET-CT, אולם טכנולוגיה זו כרוכה בקרינה מייננת מזיקה ובמיפוי יקר של מקורות הקרינה.

הטכנולוגיה שתפתח הקבוצה תספק מידע חשוב על התכונות המטבוליות של רקמות ותרחיב את היריעה בהקשר של הבנת תהליכים פיזיולוגיים, אבחון קליני וניהול הטיפול בחולה.

הקבוצה שואפת לפתח שיטה המגבירה את אותות המטבוליטים הרלוונטיים עד פי אלף מהעוצמה הרגילה שלהם ושומרת על העוצמה הגבוהה שלהם לאורך דקות, כדי שאפשר יהיה למפות אותם במערכות MRI  נפוצות.

הטכנולוגיה תיבדק בניסוי פרה-קליני בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון, ובהמשך עתידה להיכנס לניסויים קליניים. לאחר ניסויי יעילות ובטיחות תיבחן הטכנולוגיה בהקשרים רפואיים שונים ובהם סרטן ערמונית, כבד וכליות, במחלות כליה וכבד, במחלות דלקתיות מערכתיות, בגידולי מוח ועוד.