Category Archives: כתבות אמצע

צעד חשוב בשיתוף הפעולה בין אינטל לפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון: אינטל תרמה לפקולטה מכשיר אפיון מתקדם שיסייע בהכשרת סטודנטיות וסטודנטים בתואר ראשון כמהנדסים ומדענים מובילים. המכשיר החדש, ‘גשש כוח אטומי’ (AFP), מאפשר לבצע מדידות חשמליות מורכבות בהתקנים ננוטכנולוגיים. הוא הגיע היישר ממעבדות המחקר והפיתוח של החברה, שם הוא שימש לפיתוח שבבים חדשניים. המכשיר יעמוד לרשות הסטודנטים בקורסי המעבדה המתקדמים בפקולטה לאפיון התכונות החשמליות של מבנים ננומטרים שאותם הם יוצרים בעצמם.

מטעם הטכניון הוביל את היוזמה פרופ’ יכין עברי. לדבריו, “שיתוף הפעולה ההדוק והמתמשך עם אינטל מבטא את מחויבותנו ההדדית להכשרת דור העתיד ומסייע לנו לשמר את מעמדו של הטכניון כמקום המוביל להכשרת מהנדסי חומרים. המכשיר למדידות חשמליות שאינטל תורמת יאפשר לסטודנטים לאפיין חומרים שהם מייצרים בקורסי המעבדה באופן המשקף החומר הנלמד בקורסים העיוניים, תוך שימוש בכלים עדכניים ורלוונטיים בתעשייה שצפויה לקלוט אותם לאחר סיום הלימודים.”

לדברי דיקנית הפקולטה פרופ’ גיטי פריי, “אנו מייחסים חשיבות רבה לקורסי המעבדות המתקדמים, שם חובר הידע התאורטי של הסטודנטים עם העבודה המעשית על המכשור המחקרי וההנדסי שבו ישתמשו גם מחוץ לאקדמיה. המכשיר החדש יאפשר לנו להרחיב ולהעמיק התנסות חשובה זו במהלך לימודי התואר הראשון.”

בתמונה, משמאל לימין: ד”ר סיגל בן-צבי, מנהלת קשרי אינטל-טכניון; מריאנה וקסמן, מנהלת קשרי האקדמיה של אינטל ישראל; מירב שטרית, אחראית תכנון הון אנושי למרכזי הייצור של אינטל ישראל; פרופ’ גיטי פריי, דיקנית הפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון; ואסתי גזית, רכזת קשרי אקדמיה באינטל ישראל
פרופ’ יכין עברי, הפקולטה למדע והנדסה של חומרים

האיחוי בין תא זרע וביצית – תאי הזוויג – הוא השלב הראשון והמכריע בתהליך ההפריה. כיום מוכרים חלבונים רבים בתאי הזוויג הדרושים להצמדה ביניהם, אך ביונקים לא זוהה עד עתה חלבון האיחוי המביא למיזוג התאים לכדי תא אחד.

צוות המחקר בטכניון, מימין לשמאל: פרופ’ בנימין פודבילביץ, קלרי ולנסי, ד”ר ניקולס ברוקמן, שיאוהוי לי וקטרינה פליאק

צוות חוקרים משותף מהפקולטה לביולוגיה בטכניון ומאוניברסיטת טוקיו ביפן הציג לראשונה ראיות לפיהן החלבון איזומו (IZUMO1), המתבטא בתאי זרע, מסוגל להוביל לאיחוי בין תאים. החלבון איזומו התגלה לראשונה בשנת 2005 על ידי פרופ’ נאקוזו אינואה מאוניברסיטת אוסקה ביפן. הוא מצוי על גבי תאי הזרע, וכבר ידוע כי הוא נקשר לביצית באמצעות קולטן בשם ג’ונו (JUNO). בשל חשיבות האינטראקציה בין הצמד בתהליך ההפריה קרוי איזומו על שמו של מקדש בעל חשיבות לנישואין ביפן -Izumo.

ד”ר ניקולס ברוקמן, פוסט-דוקטורנט במעבדת פודבילביץ

המחקר הנוכחי שהתפרסם ב- Journal of cell Biology, שבוצע בהובלת ד”ר ניקולס ברוקמן ופרופ’ בנימין פודבילביץ מהפקולטה לביולוגיה בטכניון, חושף כי החלבון איזומו מסוגל להביא לאיחוי בין תאים סמוכים באופן המייחד אותו כחלבון איחוי ייעודי. ראיות לכך התקבלו בכמה שיטות שונות ובהן זיהוי רגע האיחוי המתווך על ידי איזומו באמצעות מעקב לאורך זמן (time-lapse imaging). חלק מהניסויים נערכו בשיתוף פעולה עם צוות חוקרים בראשות ד”ר קודאי נקג’ימה (Kohdai Nakajima) מאוניברסיטת טוקיו.

אחת התגליות המרכזיות במחקרם של ד”ר ברוקמן ועמיתיו היא שאיזומו לבדו מסוגל להביא לאיחוי בין תאים צמודים ללא צורך בקישור לקולטן האמור, ג’ונו. במילים אחרות, איזומו משחק תפקיד כפול, הן באינטראקציה שבין תאי הזוויג והן במיזוג תכולתם להשלמת תהליך ההפריה. החוקרים מציינים כי מאמרם מציג בפעם הראשונה ראיות לתפקיד זה של איזומו כחלבון איחוי המעורב בהפריה ביונקים.

המחקר נתמך על ידי מענק הקרן הלאומית למדע, מענק מיוחד למחקר מדעי בתחומים עתירי חדשנות ומענק מרי קירי מטעם הנציבות האירופית למחקר (תוכנית Horizon 2020).

למאמר המדעי ב-  Journal of cell Biology לחצו כאן

שני חברי סגל בטכניון, פרופ׳ בעז פוקרוי מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים ופרופ׳ אסתי סגל מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון,  זכו במענק יוקרתי מהאיחוד האירופי במסגרת תוכנית EIC-Pathfinder. התוכנית תומכת במחקרים המפתחים טכנולוגיות חדשות ופורצות דרך – High Risk High Gain. השנה הוגשו מעל ל-850 הצעות ומתוכן רק 57 הצעות זכו למימון.

פרופ’ בעז פוקרוי

במסגרת הפרויקט הזוכה יפתחו חוקרי הטכניון, בהשראת הטבע, חומרים חדשניים שיאפשרו טיפול בר-קיימא וידידותי לסביבה במחלות צמחים, ובפרט אלה הנגרמות על ידי פטריות פתוגניות. על פי דוחות אחרונים של ארגון המזון והחקלאות של האומות המאוחדות (FAO), מחלות אלה גורמות לאובדן של כשליש מכלל הגידולים החקלאיים בעולם. הנזקים הכלכליים הישירים נאמדים ביותר מ-70 מיליארד דולר בשנה, אולם ההשלכות המצטברות של אובדן המזון והנזק הסביבתי גדולים לעין שיעור. יתרה מכך, בצל ועידת האקלים בשארם א-שייח’, התחזיות הן שבשל התחממות כדור הארץ, מחלות אלה יתפשטו ושכיחותן תגבר.

פרופ’ אסתי סגל

השיטות המקובלות היום לטיפול במחלות צמחים נסמכות על שימוש נרחב בחומרי הדברה כימיים. אלא שחומרים אלה, הנשטפים ומחלחלים בקרקע, מסכנים את בריאות האדם והסביבה. יתרה מכך, פתוגנים רבים כבר פיתחו עמידות כנגד חומרים אלה.

הטכנולוגיה המהפכנית שמפתחים חוקרי הטכניון, SafeWax, נועדה לענות על אתגרים גלובליים אלה באמצעות ציפוי המגן על הצמח ממחלות. מדובר בטכנולוגיה ביומימטית, כלומר טכנולוגיה שפותחה בהשראת הטבע. מקור ההשראה הוא הקוטיקולה, שכבה שומנית המצפה צמחים ובהם לוטוס. עלי הלוטוס מכוסים במערך של גבשושיות מיקרוסקופיות היוצרות שכבה סופר-הידרופובית (דוחה מים) המשמשת כמנגנון של ניקוי עצמי מגורמים מזהמים ופתוגנים.

בהשראת הקוטיקולה פיתחה קבוצת המחקר של פרופ׳ פוקרוי תרסיס היוצר מבנה דומה. החידוש בתרסיס הוא בהרכבו, המבוסס על חומרים המאופיינים בפעילות אנטימיקרוביאלית רחבה וארוכת טווח. ייחודה של הטכנולוגיה הוא בסינרגיה בין מנגנון ההתארגנות של השעווה על פני המשטח, המובילה להיווצרות של מבנה גבישי סופר-הידרופובי, ובפעילות האנטימיקרוביאלית העצמית של אותם חומרים. התוצאה: ציפויי בעל תכונות משולבות של ניקוי עצמי,  antibiofouling (צמצום היצמדות של מיקרואורגניזמים לפני השטח) וקטילה אפקטיבית של מיקרואורגניזמים על פני הצמח. השילוב בין כל אלה מוביל למניעה פסיבית ואקטיבית של התבססות זיהומים פטרייתיים והתפשטות מחלות.

במחקר האירופי יתמקדו החוקרים, תוך שיתוף פעולה עם עמיתים מאוניברסיטת בולוניה באיטליה ומ-BASF, בהתאמת הציפויים לגידולים חקלאיים חשובים ובהם גפנים. הגפנים באירופה, מגידולי הדגל של היבשת, רגישות במיוחד למחלות פטרייתיות ולפיכך מטופלות בתכיפות ובכמות רבה של חומרי הדברה. האיחוד האירופי כבר מטיל מגבלות על השימוש בתכשירים אלה, וחלקם צפויים להיאסר לשימוש בשל רעילותם והשפעותיהם ההרסניות על הסביבה – מה שיותיר את הגפנים חשופות למחלות. זה הרקע לבחירתו של האיחוד האירופי בפרויקט של חוקרי הטכניון ועמיתיהם, המדגישים כי הציפויים בטוחים לאדם ולסביבה וכי אפשר להפיק את חומרי הגלם ממקורות מתחדשים.

תוכנית EIC-Pathfinder

ב-23 באוקטובר התקיים בטכניון כנס “טעם העתיד” שעסק בפיתוח מקורות אלטרנטיביים לחלבונים מן החי. בכנס הוצגו אתגרים, התפתחויות ופריצות דרך בפיתוח ובייצור של תחליפים למזון מן החי. הצורך בתחליפים אלה הולך וגובר עקב שינויי האקלים והמחסור הגדל במזון ובמים נוכח הגידול באוכלוסיית העולם ובשל הפגיעה ההרסנית במגוון הביולוגי בטבע כתוצאה מעקירת יערות-עד לצורך גידול מספוא לבקר ולחיות-מאכל אחרות.

פרופ’ סימה ירון, דיקנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון ומיוזמי הכנס, בירכה את הבאים והדגישה את חשיבותו של קידום מחקר רב תחומי זה בטכניון, בין השאר בעזרת מרכז קרסו לחדשנות במזון שמוקם בימים אלה בפקולטה.

מימין לשמאל: נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון, פרופ’ מאיה דוידוביץ-פנחס מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, רוני צידון – מנהלת פיתוח עסקי ב-Imagindairy, פרופ’ אבי שפיגלמן מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, אניה אלדן – מנכ”לית Nury ventures, דורון מאור – מנהל טכנולוגיות חדשניות תחליפי חלבון וחלב בתנובה, פרופ’ אורי לזמס מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, ד”ר נטע לבון – CTO באלף פארמס, פרופ’ איל זוסמן מהפקולטה להנדסת מכונות, יו”ר הכנס פרופ’ יואב ליבני מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, אלה וולדמן – קשרי ממשלה ב-GFI, ניר גולדשטיין – מנכ”ל GFI ישראל, פרופ’ שולמית לבנברג מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית, דר ליז שפכט – סגנית נשיא GFI העולמי למדע וטכנולוגיה, ד”ר מיכל הלפרט – מנהלת קשרי אקדמיה-GFI ישראל, דוד שם טוב – מוביל חדשנות ומחקר יישומי ברשות המחקר בטכניון). מארגני הכנס: פרופ’ ליבני, גולדשטיין, שם טוב, פרופ’ שפיגלמן וד”ר הלפרט

את הכנס ארגנו פרופ’ יואב ליבני ופרופ’ אבי שפיגלמן מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון ודוד שם טוב מרשות המחקר עם ניר גולדשטיין (מנכ”ל) ודר’ מיכל הלפרט (מנהלת קשרי אקדמיה) ב-Good Food Israel  – ארגון עולמי ללא מטרת רווח המקדם פיתוח חלופות למזון מן החי על ידי קידום המחקר בתחום ויישומו.

בין הדוברים בכנס: ד”ר ליז שפכט, מנהלת מדע וטכנולוגיה של ארגון GFI העולמי, שהציגה את המולטידיסציפלינריות של התחום ואת הצרכים שדורשים מחקר בסיסי ויישומי והדגישה את הדחיפות הנדרשת למחקר; ניר גולדשטיין, שסקר את ההתפתחויות בארץ ובעולם בתחום העסקי והסביר כי מבחינת השקעות בחלבונים אלטרנטיביים, ישראל מדורגת במקום השני והמכובד בעולם; פרופ’ שולמית לבנברג מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, שתיארה את מחקריה בתחום הבשר המתורבת; וד”ר מרטין יגר, שותף מנהל בקרן הון סיכוןInnovest Nutrition , שתיאר את האתגרים המורכבים שאיתם מתמודדות חברות בתחום זה.

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון אמר בכנס כי “קשרים בין האקדמיה לתעשייה הם מרכיב מרכזי בפעילות הטכניון כיום. הגבולות המסורתיים, המשייכים את המדע הבסיסי לאקדמיה ואת המחקר היישומי לתעשייה, נעלמו, וגם בכנס הנוכחי אנחנו רואים את הקשר בין שני המגזרים – מומחים מהטכניון דנים בנושאים השונים עם אנשים מתעשיית המזון. זאת הדרך לקראת שינוי ענף המזון לכדי תעשיית הייטק.”

פרופ’ מאיה דוידוביץ’-פנחס, חברת סגל בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, אמרה כי “הטכניון מצטיין בחיבור בין מדע בסיסי למחקר יישומי בתחומים מגוונים כמו מזון ובריאות האדם ומקיים קשרים רבים עם התעשיות הרלוונטיות.”

בכנס נערכו פאנל אנשי תעשייה ופאנל אנשי אקדמיה שדנו באתגרי התחום ובדרכים להתמודד עמם תוך שיתופי פעולה מולטידיסציפלינריים. בסיום הכנס התקיימה ארוחת Taste of the Future בה טעמו הבאים “סטייקים” מחלבון צמחי בהדפסת תלת-ממד של חברת Redefine Meat  ו”ביצות” (תחליפי ביצים מחומרי צמחיים) באדיבות חברת Yo-Egg.

הדגמה של השימוש במערכת החדשה. קרדיט: Wisdome Wearables

מסכות פנים קונוונציונליות אומנם מגינות מפני העברת מחלות, אולם ספרות מדעית עדכנית מצביעה על השפעותיהן הפסיכולוגיות והפיזיולוגיות השליליות. המסכות פוגעות בזיהוי פנים ובזיהוי רגשות, משפיעות לרעה על תקשורת מילולית ועלולות לגרום כאבי ראש ובעיות עור. עטיית מסכות לאורך יום העבודה פוגעת במיקוד ובקשב במגוון רחב של מקצועות. כתוצאה מקשיים אלה, רבים לובשים מסכות בצורה לא נכונה – על הפה או מתחתיו – מה שמפחית מאוד את ההגנה. אפילו ביפן, שם מסיכות פנים נפוצות, מחקר גדול מצא שרק 20% מהאנשים לובשים מסכות בצורה נכונה.

מסכות פנים קונבנציונליות הובילו גם לעלייה דרמטית בפסולת פלסטיק, בעיה שהוחרפה בעקבות הוראות ממשלתיות על חבישת מסכות. המסכות מייצרות כיום מיליוני טונות פסולת בשנה.

צוות חוקרים בטכניון בראשות הפרופסורים משה שהם ודיוויד גרינבלט מהפקולטה להנדסת מכונות העלה פתרון חדש לחלוטין לדילמת המסכה הקונוונציונלית: “מסך אוויר” בלתי נראה הזורם מול פניו של המשתמש. מסך האוויר נובע מתוך יחידה קלת משקל הכוללת מסנן ומותקנת על מצחייה של כובע. שימוש ברעיון חדשני זה הבליט כמה יתרונות מרכזיים: מסך האוויר מגן על העיניים, האף והפה ללא השפעות שליליות על זיהוי פנים, זיהוי רגשות ותקשורת בעל פה. בנוסף, ההתקן כולו ניתן לשימוש חוזר ולכן אינו מזהם את הסביבה.

מחקר שפורסם לאחרונה, המבוסס על ניסויים שנערכו במעבדתו של פרופ’ דיוויד גרינבלט, הדגים את יעילות מסך האוויר בחסימה יעילה של אירוסולים וטיפות שנוצרו במהלך נשימה ודיבור, כמו גם טיפות גדולות שנוצרו במהלך שיעול והתעטשות. מעבר לכך, כאשר המשתמש שוהה באוויר נגוע, מסך האוויר מסיר תרסיסים מחזית הפנים בתהליך המכונה “סחף”. בסרטון המצורף אפשר לראות את האפקט המשותף של חסימה וסחף. בסרטון נעשה שימוש בתאורת לייזר כדי להמחיש את זרימת האוויר.

בתמונות: בחלק העליון נראית התנהגות החלקיקים במצב נטול מיגון. בחלק התחתון – מסך האוויר מסיט את החלקיקים מטה וכך מגן על האדם שמימין.

הסטודנטים דוד קיסר וענאן גרזוזי מתוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון (GTEP) סייעו בניתוח הנתונים הניסויים ובפיתוח מודל מתמטי, מבוסס פיזיקה תיאורטית, של מסך האוויר.

החוקרים ערכו ראיונות אחד על אחד ומחקרי פיילוט עם יותר מ-50 נבדקים ממגזרים שונים: מבוגרים ומטפליהם בבתי אבות, פרופסורים באוניברסיטאות וסטודנטים שלהם, עובדים בקרבה פיזית כגון חונכים, פיזיותרפיסטים ופסיכולוגים, עובדים קמעונאיים בחנויות ובמשרדים וצוותי הנהלת היי-טק וחברי דירקטוריון המשתתפים בפגישות ארוכות בתוך חדרים. הראיונות הראו בבירור את היתרון של מסך האוויר הבלתי נראה על פני מסכות הפנים הנפוצות. קבוצות אלו מייצגות מְאמצים מוקדמים (Early adaptors) פוטנציאליים, שייהנו בעיקר מהטכנולוגיה החדשה הזו בישראל ובעולם.

הטכניון העניק לאחרונה רישיון לטכנולוגיה לחברת Wisdome Wearables Ltd. הסטארט-אפ החדש נמצא כעת בתהליך של מסחור המוצר ומחפש שותפים למימוש טכנולוגיה משבשת זו לטובת אלה הנמצאים בסיכון גבוה לסבול מנגיפים בדרכי הנשימה כגון קורונה, MERS, שפעת ועוד.

בסרטון: תנועת החלקיקים לפני הפעלת מסך האוויר ובמהלך ההפעלה

מודלים חישוביים שמפתחים חוקרים בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב יאפשרו להעריך טוב יותר יעילות של טיפולי אימונותרפיה, לנבא את תוחלת החיים של המטופל, לשפר את הטיפולים באופן מותאם אישית ולהתריע על אבחונים שגויים. את המחקר בנושא מוביל ד”ר גיל שמאי, פוסט-דוקטורנט במעבדה לעיבוד גיאומטרי של תמונות (GIP) בראשות פרופ’ רון קימל. פרופ’ קימל הוא חבר סגל בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב ופרופסור בהשתייכות משנית בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי.

בתמונה הקבוצתית מימין לשמאל: פרופ’ רוני קימל, ד”ר גיל שמאי ואמיר ליבנה. צילום: קרן שחף

המאמר שהתפרסם כעת בכתב העת היוקרתי Nature Communications מתאר שיטה המבוססת על טכנולוגיה וניסויים שפיתח ד”ר שמאי עם אמיר ליבנה, בוגר תואר שני  מהמעבדה, לצורך הערכה טובה יותר של יעילות טיפול אימונותרפי בסרטן השד. החוקרים עבדו באופן הדוק עם פרופ’ אדמונד סבו, מנהל מכון הפתולוגיה בבית החולים כרמל; ד״ר אלכסנדרה קרצו, מתמחה בפתולוגיה בבית החולים כרמל; וד״ר אנטוניו פולוניה ממעבדת הפתולוגיה Ipatimup שבפורטוגל; ובתמיכתו של פרופ׳ גיל בר סלע, מנהל המערך האונקולוגי בבית החולים העמק.

סרטן השד הפך לגורם המוות העיקרי בקרב נשים בגילאים 59-20 ולסרטן המאובחן ביותר ב-2021, עם כ-12% מכלל האבחונים ברחבי העולם. שכיחותו של סרטן השד באוכלוסייה הולכת וגדלה עקב גידול האוכלוסייה, זיהום סביבתי, תזונה מתועשת, שינויי אקלים ועוד.

מערכת החיסון מסוגלת, במקרים רבים, לחסל תאי סרטן באופן ממוקד ויעיל יותר מטיפול תרופתי. הבעיה היא שתאי הסרטן, שהתפתחו גם הם באבולוציה ממושכת, עשויים לפתח מנגנונים שמונעים ממערכת החיסון לתקוף אותם. אחת השיטות החדשניות והניסיוניות לטיפול בסרטן השד, לאור ההצלחה בטיפול בסוגי סרטן אחרים, היא אימונותרפיה – גישה המסייעת למערכת החיסון לתקוף את תאי הסרטן באמצעות פגיעה במנגנונים אלו.

אחד הטיפולים האימונותרפיים הנפוצים מתבסס על אינטראקציה של חלבון בשם PD-L1 עם תאי מערכת החיסון. האינטראקציה מעכבת את מערכת החיסון מלפעול, וטיפול אימונותרפי עשוי למנוע את האינטראקציה הזו ובכך לעזור למערכת החיסון לתקוף את הגידול. עם זאת, הטיפול אפקטיבי ומאושר לשימוש רק כאשר יש ביטוי לחלבוני PD-L1 בתאי סרטן עצמם. על רקע זה נוצר הצורך להבדיל בין גידולים המאופיינים בנוכחות החלבון PD-L1, שבהם טיפול אימונותרפי צפוי לעזור, לבין גידולים שאינם כאלה. הבעיה היא שמדידת PD-L1 אינה משימה פשוטה, ושיטות המדידה הנוכחיות יקרות ואינן מדויקות.

ד”ר גיל שמאי

“לצערי חוויתי אישית את הבעייתיות של השיטות הקיימות בזמן הטיפולים האנטי-סרטניים באבא שלי,” מספר פרופ’ קימל. “אלה שיטות לא קונסיסטנטיות, כלומר – מדידות שונות של אותה תופעה נותנות תוצאות שונות. בנוסף הן יקרות מאוד ואינן זמינות בכל מקום, והתוצאה היא שהטיפולים עדיין ניתנים בתהליך שיש בו הרבה ניסוי וטעייה, כלומר בזבוז עצום של זמן וכסף וכמובן סבל מיותר.”

קבוצת המחקר התפתחה בעקבות פנייה של מתמחה (ברפואה) ששמע על נפלאות הבינה המלאכותית ופנה לפרופ’ קימל ולד”ר שמאי בשאלה: האם בינה מלאכותית תוכל לסייע באנליזה של דגימות (ביופסיה) מסרטן שד לצורך מדידת ביטוי של קולטנים וחלבונים? “ההצעה שלו נשמעה לי מעניינת מאוד והתחלתי לחקור את הנושא,” אומר ד”ר שמאי. “הלכתי לפתולוגים מומחים והם הסבירו לי שהרזולוציה של אבחון הרקמה אינה מספיקה כדי לראות קולטנים וחלבונים בלי צביעות מולקולריות מיוחדות. אחד מהם אפילו אמר שזה כמו להסתכל על דלת סגורה ולנחש מה יש בחדר. הפרויקט הזה הפך להיות המחקר שלי בשנים הבאות, כי רציתי להוכיח להם שהם טועים.” קבוצת המחקר הוקמה לפני כמה שנים ומעסיקה כיום קבוצה גדולה של מהנדסים, קלינאים וסטודנטים לתואר ראשון, שני ושלישי.

“פתולוגים שדיברנו איתם אמרו שזו משימה בלתי אפשרית,” מסביר פרופ’ קימל, “כי פתולוג אנושי אינו יכול להסיק את תכונות הגידול מתוך צורתו בגלל כמות המשתנים העצומה. החדשות הטובות הן שטכנולוגיות של בינה מלאכותית ובעיקר למידה עמוקה מסוגלות לעשות זאת. המחשב, בניגוד לפתולוג, ואפילו הפתולוג המיומן ביותר, יכול לאפיין את הסרטן בעזרת אנליזה מורכבת של המורפולוגיה שלו.”

פריצת הדרך הראשונה במחקר התרחשה לפני כשלוש שנים והוצגה במאמר בכתב העת JAMA ובו הציגה הקבוצה הצלחה בזיהוי קולטנים על גבי תאים סרטניים. הטכנולוגיה שהציגו החוקרים מבוססת על למידה עמוקה. היא מחלצת מידע מולקולרי מתוך תמונות ביופסיה שעברו צביעת המטוקסילין ואאוזין (H&E) – צביעה נפוצה המשמשת לבדיקת רקמות שנלקחו בביופסיה. הצביעה מאפשרת לפתולוג לזהות ברקמה, תחת המיקרוסקופ, את סוג הסרטן ואת דרגת החומרה שלו. עם זאת, הצביעה לבדה אינה מאפשרת לזהות חלבונים החיוניים בקביעת הטיפול המתאים. זה האתגר שעמו נדרשו חוקרי הטכניון להתמודד.

כעת, שלוש שנים לאחר המאמר ב-JAMA, מציגים החוקרים הצלחה במדידת ביטוי לחלבוני PD-L1 על מאגר דגימות גדול: ביופסיות של יותר מ-3,000 חולות סרטן שד. לדברי ד”ר שמאי ופרופ’ קימל, “למידה עמוקה מחייבת כמות אדירה של מידע, והשגת מידע מהסוג הנדרש אינה פשוטה. לצורך כך כתבנו קוד תוכנה לסריקת מקורות ברשת ולהורדה אוטומטית של אלפי דוגמאות ביופסיה ושל המידע הרפואי הרלוונטי המאושרים לשימוש מחקרי. עזרתם של הפתולוגים שחתומים על המחקר הייתה חיונית מאוד.”

המודל החישובי שפיתחו החוקרים אינו “רואה את הקולטנים והחלבונים” באופן ישיר אבל יודע להסיק את נוכחותם או את העדרם על סמך המורפולוגיה של הרקמה, או ה”חתימה” שהסרטן מותיר ברקמה, כפי שהן משתקפות בסריקות H&E. “מדובר בקשר כל כך מורכב,” אומר ד”ר שמאי, “שהאלגוריתם שפיתחנו יודע לספק לנו את המידע הנחוץ אבל אנחנו לא ממש מבינים איך הוא עושה זאת.”

תמונה מדעית: האלגוריתם מיין את חולות סרטן השד לפי תמונות של הביופסיות שנלקחו מהן. האלגוריתם שיבץ בצד השמאלי גידולים שזיהה בהם ביטוי ל-PD-L1 ובצד הימני גידולים ללא ביטוי זה. מכאן נובע שלפי האלגוריתם, לחולות בצד ימין יועיל טיפול אימונותרפי, בניגוד לחולות שמשמאל. האלגוריתם שיבץ בתחתית מקרים שבהם לא הצליח להכריע בוודאות, ככל הנראה משום שתמונות הביופסיה לא היו טובות מספיק

המחקר מבוסס על טכנולוגיות מתקדמות של עיבוד גיאומטרי של תמונות – אחד ממוקדי המחקר במעבדה של פרופ’ רון קימל, שבמסגרתו פועלת הקבוצה של ד”ר שמאי. “זה אתגר עצום ומורכב – הפקת תמונה קלינית אמינה ומדויקת על סמך מידע חלקי,” אומר פרופ’ קימל. “יש כאן המון גורמים מעורבים – מהנדסים, קלינאים, סטודנטים ועשרה בתי חולים בארץ ובחו”ל. קבוצת המחקר נדרשה ללמוד את ההיבטים הקליניים של סרטן השד ואבחונו ולייצר מאגר נתונים עצום וכלים לניתוח הנתונים וליצירת ניבוי אמין. לגיל הייתה כאן גם משימה ניהולית עצומה, והוא עמד בה בהצלחה מרשימה, בין השאר בהשגת שבעה מענקי מחקר מקרנות שהכירו בחשיבותו של הפרויקט. למעשה הוא הקים כאן מעין סטארטאפ טכנולוגי-רפואי שמציג הישגים דרמטיים בתחום הסרטן.”

הטכנולוגיה החדשה עברה אימות (ולידציה) על נתונים מ-300 חולות סרטן השד מניסוי קליני. החוקרים מעריכים כי גישה זו, אנליזה של תמונות פתולוגיות באמצעות בינה מלאכותית, תהפוך לגורם משמעותי בחקר הסרטן, בשיפור הדיאגנוזה ובשיפור התאמת הטיפול למטופל.

המחקר נתמך על ידי רשות החדשנות (מענק קמין) ועל ידי הקרן הלאומית למדע (תוכנית המחקר ברפואה ממוקדת אישית).

למאמר בכתב העת Nature Communications   לחצו כאן

ארבע חברות סגל מהטכניון זכו במענקי המחקר היוקרתיים ERC Starting Grants מטעם הנציבות האירופית למחקר. אלה הם מענקי מחקר יוקרתיים ותחרותיים הפתוחים לחוקרים צעירים מישראל ומאירופה, והזכייה משקפת את הצטיינותן של חוקרות הטכניון ואת רוחב היריעה המחקרי המאפיין את הקמפוס.

המשנה לנשיא הטכניון למחקר, פרופ’ קובי רובינשטיין, אמר כי “הישגיהן של ארבע חברות הסגל מציבים אותנו בחזית האוניברסיטאות המצטיינות באירופה. לא פחות חשוב מכך, יש כאן ייצוג מגדרי יוצא דופן – סיבה לגאווה עבור כולנו וכמובן עבור החוקרות המצטיינות עצמן.”

מענקי ERC Starting Grants נועדו לסייע למדענים צעירים ומבטיחים לקדם את מחקריהם, לגבש צוותי מחקר ולחתור להגשמת רעיונות נועזים ומקוריים. המועמדות והמועמדים נדרשים להציג פוטנציאל לפריצות דרך מדעיות, שאפתנות עזה והיתכנות של הצעת המחקר שלהם.

אלה ארבע חוקרות הטכניון שזכו במענק:

ד”ר ענבל טלגם-כהן מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב עוסקת בתורת המשחקים האלגוריתמית, שהפכה לתחום מחקר חשוב ועתיר הישגים, וב”תכנון חוזים” – תחום שזיכה את הפרופסורים אוליבר הארט ובנגט הולמסטרום בפרס נובל בכלכלה לשנת 2016. לדבריה, “שום אלגוריתם אינו אי בודד. אלגוריתמים מקיימים אינטראקציה בלתי פוסקת עם שחקנים אנושיים בעלי עניין, ומתכנני אלגוריתמים חייבים להתחשב בכך. הרעיון הבסיסי בפרויקט שלנו הוא לתמרץ פעולות של השחקנים הרלוונטיים, כך שהפלט של האלגוריתם ממומש בפעולות אלה. חוזה הוא כלי מרכזי לעידוד פעולה למען מטרה משותפת, ובפרויקט זה אנו מבקשים להניח את הבסיס התאורטי לתכנון חוזים אלגוריתמי כתחום חדש, הרלוונטי בין היתר לסביבות מחשוב מורכבות.”

למחקר העתידי בתחום זה השלכות דרמטיות, ובהן צמצום כשלים אלגוריתמיים הנובעים מבחירות אנוכיות, עידוד השקעת מאמץ יעילה יותר לטובת החברה, והנעת המעבר מחוזים מסורתיים לפלטפורמות מקוונות כגון עבודה או רפואה דיגיטלית.

ד”ר ענבל טלגם-כהן

ד”ר נעמה גבע-זטורסקי מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט עוסקת בחקר המיקרוביום – אוכלוסיית חיידקי המעי – ובהשפעתם על היבטים בריאותיים שונים. המחקר הזוכה יתמקד בקוליטיס ובקרוהן – מחלות כרוניות דלקתיות הפוגעות במערכת העיכול. “מערכת החיסון משחקת תפקיד מאוד חשוב בהתפתחות מחלות מעי דלקתיות ולפי המחקרים שלנו ושל אחרים, חיידקי המעי משפיעים על תפקוד מערכת החיסון. במחקר הנוכחי נבחן את האינטראקציה בין אוכלוסיות חיידקי המעי לגוף החולה, בחולי קוליטיס וקרוהן, ואת השפעת האינטראקציה הזו על חומרת המחלה.”

המחקר ירתום גישות חדשניות מתחומים שונים ובהם מיקרוביולוגיה, אימונולוגיה וביולוגיה חישובית ומערכתית. במסגרת הפרויקט יפתחו החוקרים טכנולוגיה חדשנית לאנליזה של חיידקי המעי בסביבתם הטבעית וברזולוציה גבוהה. הם מאמינים כי הבנה מעמיקה של מנגנוני האינטראקציה של חיידקי המעי עם המאכסן (האדם) במהלך התפתחות המחלות, צפויה להוביל לפיתוח גישות חדשניות לאבחון המחלות ולטיפול בהן.

ד”ר נעמה גבע-זטורסקי

ד”ר עפרה עמיר מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול עוסקת בממשקי אדם-מחשב, ובפרויקט הזוכה היא תקדם את שיתוף הפעולה בין בני אדם לבינה מלאכותית. לדבריה, “כדי ששיתוף פעולה זו יהיה יעיל, אנשים צריכים להיות מסוגלים להבין ולצפות את ההתנהגות של המערכות שאיתן הן עובדים. נהגים שיישבו במכוניות אוטונומיות, לדוגמה, יצטרכו לצפות מצבים שבהם המכונית תיכשל ותעביר להם את שליטה, בעוד שרופאים יצטרכו להבין את הטיפול שעליו ממליצה מערכת בינה מלאכותית כדי לוודא שההמלצה מתאימה להעדפות החולה. שיטות הסבר לבינה מלאכותית (explainable AI)  נועדו לתמוך במשתמשים על ידי שקיפות של דרך הפעולה של המערכת ושל אופן קבלת ההחלטות שלה. הפרויקט יפתח שיטות חישוביות וממשקי אדם-מחשב חדשים שיאפשרו למשתמשים לחקור בצורה יעילה ומועילה את קבלת ההחלטות של מערכות בינה מלאכותית.”

ד”ר עפרה עמיר

ד”ר נגה רון–הראל מהפקולטה לביולוגיה חוקרת את תאי T, שהם תאי דם לבנים הממלאים תפקיד קריטי במערכת החיסון. הזדקנות של תאים אלה תורמת להזדקנות איברים רבים בגוף ולמחלות הקשורות בגיל המבוגר. “במחקר הנוכחי נבדוק את ההשערה שבין תאי T והמיקרו-סביבה שלהם בגוף מתקיימת אינטראקציה הדדית העלולה להפוך למעגל קסמים שלילי בתנאים של חולי וזיקנה. כיום ידוע לא מעט על השפעת הזדקנות התאים על סביבתם, אולם ההשפעה ההפוכה לא נחקרה דיה. במחקר האמור נבדוק כיצד המיקרו-סביבה בעכבר הזקן מכתיבה את דעיכתם של תאי T ונבחן את ההשערה שפיתחנו על סמך מחקרים קודמים שלנו – שהתערבות במסלולי הזדקנות בבלוטות הלימפה ובטחול עשויה ‘להצעיר’ את מערכת החיסון ולהחזיר לה את יעילותה כדי לבלום מחלות רבות האופייניות לגיל המבוגר.”

ד”ר נגה רון-הראל

לפרטים נוספים מטעם תוכנית Horizon Europe ראו כאן.

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית לגידול רקמות להשתלה באמצעות הדפסה בתמיסה. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Advanced Science הובילו פרופ’ שולמית לבנברג והדוקטורנט מג’ד משעור מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית עם פרופ’ חבצלת ביאנקו-פלד והדוקטורנט נוי חן מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון והתכנית הבין יחידתית לננו-מדעים וננו-טכנולוגיה.

פרופ’ שולמית לבנברג קרדיט צילום: רויטל טובול

פרופ’ חבצלת ביאנקו-פלד

הדפסת רקמות היא גישה חדשנית ליצירת רקמות להשתלה. בגישה זו, הקרויה גם ביו-הדפסה, מוטמעים תאים חיים בדיו ביולוגית ומודפסים שכבה על גבי שכבה. הרקמה המודפסת עוברת גידול במשך ימים ושבועות עד שהיא מוכנה להשתלה.

לדברי פרופ’ לבנברג, “קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם עובדות על הדפסת רקמות, אולם רובן מתמקדות בשלב ההדפסה ובתוצר הראשוני – הרקמה המודפסת. כיום ברור לנו שלא פחות חשוב הוא שלב גידול הרקמה, כלומר התקופה שבין ההדפסה לבין ההשתלה באיבר היעד. זוהי תקופה מורכבת שבה התאים המודפסים מתחלקים, מפרישים חומר בין-תאי ההכרחי לקיום הרקמה, קושרים ביניהם קשרים חיוניים ויוצרים את הרקמה. אחת הבעיות היא שבתהליך מורכב זה נוטות הרקמות להתעוות ולהתכווץ באופן לא מבוקר.”

חוקרי הטכניון התמקדו, אם כן, בבלימת ההתכווצות הלא אחידה של הרקמה המודפסת בשבועות שלאחר ההדפסה. הפתרון נמצא בשינוי התווך שבו מודפסת הרקמה וגדלה. הקונספט החדש, print-and-grow, מבוסס על תווך מקורי שפיתחו החוקרים – מיקרוג’ל חדשני המשמש כחומר תמיכה בתהליך. ואכן, התווך החדש משמר את גודלה של הרקמה לאחר ההדפסה ומונע ממנה להתכווץ ולאבד צורה. תהליך זה מאפשר ייצור אמין ומבוקר של רקמה פונקציונלית בגודל ובצורה הרצויים. מאחר שהחומר האמור שקוף, הוא מאפשר מעקב אחר התפתחות הרקמה באמצעות דימות.

מג’ד משעור

נוי חן

חוקרי הטכניון מקווים כי השיטה החדשה תוביל לפיתוח טכנולוגיות חדשות ליצירת שתלי רקמה, לפיתוח תרופות חדשות וכן לשיטות חדשות בייצור בשר מתורבת. המרכיב העיקרי של CarGrow הוא קרגינן (κ-Carrageenan), חומר המיוצר מאצות אדומות וכבר מאושר כתוסף מזון על ידי ה-FDA.

לפני כשנה פרסמה פרופ’ לבנברג ב-Advanced Materials פריצת דרך בתחום הביו-הדפסה. באותו מחקר היא הצליחה ליצור רקמת ״מתלה״  מודפסת על בסיס קולגן ותאים חיים המכילה כלי דם ראשי וכלי דם קטנים שמזינים את הרקמה ומאפשרים חיבור לעורק לאחר ההשתלה. הדבר איפשר הזרמת דם מיידית לתוך הרקמה המהונדסת מיד לאחר ההשתלה, מה שמאיץ ומשפר את קליטת הרקמה בגוף.

תוצאות גידול הרקמה המודפסת בתווך CarGrow (למעלה) ובלעדיו. אפשר לראות שהתהליך החדשני שומר בקירוב על גודלה המקורי של הרקמה ומונע את התכווצותה הדרסטית.

המחקר נתמך על ידי מענק ERC מטעם האיחוד האירופי.

למאמר ב- Advanced Science לחצו כאן

לסרטון המציג את המחקר: