ננו-רפואה ודיאגנוסטיקה מתקדמת

המשימה: לזהות מחלה מוקדם יותר, ובדיוק גבוה יותר

במשך שנים האבחון הרפואי נשען בעיקר על סימנים קליניים, בדיקות מעבדה והדמיות רפואיות. אולם מחלות רבות מתחילות הרבה לפני שהן מורגשות בגוף או נראות בבדיקה רגילה. לעיתים השינוי הראשון מתרחש ברמה זעירה מאוד - במולקולות, בתאים, בחלבונים, בחומר הגנטי או באותות כימיים עדינים.  ננו-רפואה ודיאגנוסטיקה מתקדמת מבקשות לפעול בדיוק בשלב הזה: לזהות שינויים ביולוגיים קלים מוקדם ככל האפשר, ולדלות מהם מידע רפואי משמעותי. 

מהי ננו-רפואה ודיאגנוסטיקה מתקדמת?

ננו-רפואה היא שימוש בחומרים ובחלקיקים זעירים במיוחד (בקנה מידה ננומטרי) לצרכים רפואיים. בשל גודלם המזערי, ננו-חלקיקים מסוגלים לנוע בסביבה הביולוגית של הגוף בדרכים שחומרים רגילים אינם מסוגלים להן – הם יכולים לחדור מבעד למחסומים תאיים, להיקשר למולקולות ספציפיות או להצטבר ברקמות בעלות מאפיינים ייחודיים. נוסף על כך, חלקיקים אלו ניחנים לעיתים בתכונות פיזיקליות וכימיות מיוחדות – כגון תגובה ייחודית לאור, לשדה מגנטי או לשינויי חומציות – שאותן ניתן לנצל כדי לשפר דרמטית בדיקות והדמיות רפואיות.

אפשר לדמות את הפעולה של ננו-חלקיקים בגוף לפנסי סימון זעירים: אם הגוף הוא מרחב עצום וחשוך, ותהליך המחלה הראשוני הוא חפץ קטן שחבוי בו – כלי האבחון הרגילים הם כמו פרוז'קטור חיצוני שמתקשה לראות לתוך הסדקים העדינים. הננו-חלקיקים, לעומת זאת, פועלים כמו אלפי נצנצים חכמים הזורמים ישירות אל תוך הסדקים, נצמדים במדויק אך ורק לחפץ המבוקש ומאירים אותו מבפנים. כך הם הופכים תהליך ביולוגי סמוי לאות ברור שאותו ניתן למדוד ולנתח.

בדיאגנוסטיקה מתקדמת, התכונות האלה משמשות לפיתוח כלים שמזהים סימנים מוקדמים למחלה ומספקים מידע מדויק יותר על מה שמתרחש בגוף. ננו-חלקיק יכול, למשל, לשמש חומר ניגוד בהדמיה, להבליט רקמה חשודה, להיקשר לסמן ביולוגי מסוים או לסייע במדידה רגישה של שינוי המתרחש בתאים וברקמות. כך אפשר להפוך תהליך ביולוגי שקשה לראות בבדיקה רגילה לאות שאפשר למדוד ולנתח.

תחום זה כולל גם חיישנים רגישים, בדיקות מולקולריות, שיטות מדידה לא פולשניות, מערכות לזיהוי סמנים ביולוגיים וניתוח נתונים באמצעות אלגוריתמים ובינה מלאכותית. המטרה המשותפת היא לקבל תמונה מדויקת יותר של מצב המטופל - החל משינויים ברמת התא והרקמה ועד לתגובה של הגוף לטיפול.

החיבור בין ננו-רפואה לדיאגנוסטיקה מתקדמת חשוב במיוחד משום שאבחון מוקדם ומדויק יכול לשנות את מהלך המחלה. ככל שמזהים תהליך מחלה בשלב מוקדם יותר, כך אפשר לעיתים להתערב לפני שנגרם נזק משמעותי, לבחור טיפול מתאים יותר, לעקוב אחר יעילותו ולהימנע מטיפולים שאינם צפויים להועיל.

ננו-רפואה ודיאגנוסטיקה מתקדמת ברפואה מותאמת אישית

רפואה מותאמת אישית מבקשת להתאים את האבחון והטיפול למאפיינים הביולוגיים של כל מטופל. לשם כך צריך להבין מה מאפיין את המחלה אצל האדם המסוים: אילו תהליכים פעילים ברקמה, אילו סמנים ביולוגיים מופיעים, ומה עשוי להשפיע על התגובה לטיפול.

כאן נכנסות לתמונה ננו-רפואה ודיאגנוסטיקה מתקדמת. הכלים שפותחו בתחום מאפשרים למדוד תהליכים ביולוגיים ברגישות גבוהה יותר ולזהות הבדלים עדינים בין מטופלים שנראים דומים מבחינה קלינית. במחלות כמו סרטן, מחלות דלקתיות, מחלות מטבוליות ומחלות ניווניות, ההבדלים האלה עשויים להיות משמעותיים: אותה אבחנה יכולה לנבוע ממנגנונים שונים, ולכן גם לדרוש גישה טיפולית שונה.

המידע שמתקבל מבדיקות מתקדמות יכול לסייע בסיווג מדויק יותר של המחלה, במעקב אחר התקדמותה ובהערכת התגובה לטיפול. הוא יכול גם להצביע על סימנים מוקדמים להחמרה או לעמידות לטיפול, עוד לפני שהשינוי מורגש בתסמינים או נראה במדדים רגילים.

במובן זה, ננו-רפואה ודיאגנוסטיקה מתקדמת הן חלק מהתשתית של רפואה מותאמת אישית: הן מסייעות להפוך מידע ביולוגי עדין להחלטות רפואיות מדויקות יותר - איזה טיפול לבחור, מתי לשנות אותו, ואיך לעקוב אחר השפעתו לאורך זמן.

מה אנחנו חוקרים במרכז דנגור באוניברסיטת בר-אילן?

במרכז דנגור לרפואה מותאמת אישית באוניברסיטת בר-אילן, חוקרות וחוקרים מפתחים כלים מתקדמים לאבחון, הדמיה ומעקב אחר תהליכים ביולוגיים. המחקרים בתחום משלבים ננוטכנולוגיה, הנדסה ביו-רפואית, כימיה, פיזיקה, ביולוגיה, מדעי הנתונים ורפואה, במטרה לשפר את היכולת לזהות מחלות ולהתאים טיפול בצורה מדויקת יותר:

הדמיה רפואית משולבת (CT ו-MRI): מחקר בקבוצתה של פרופ' רחלה פופבצר מתמקדבשיפור הדמיה רפואית באמצעות ננו-חלקיקים. בקבוצה פותחו חלקיקים זעירים בעלי ליבת תחמוצת ברזל וציפוי זהב, שיכולים לשמש חומר ניגוד גם בבדיקות CT וגם בבדיקות MRI. כך ניתן לקבל מידע משלים משתי שיטות הדמיה שונות, ולראות בצורה ברורה יותר את הגידול ואת כלי הדם סביבו.

מעקב פלואורסצנטי אחר תהליכים תאיים: פרופ' דרור פיקסלר וקבוצתו מפתחים ננו-חומרים שמאפשרים סימון פלורסנטי - שימוש בחומר זוהר כדי לעקוב אחר תהליכים בתוך תאים. במחקר פותחו נקודות פחמן זעירות בשילוב ננו-חלקיקי זהב. החומרים האלה יכולים להיכנס לתאים, להיקשר לדנ"א ולזהות שינויים ברמת החומציות בתוך התא. כך הם עשויים לשמש כלי רגיש למעקב אחר תהליכים תאיים ולזיהוי שינויים שקשה למדוד בשיטות רגילות.

מכונות מולקולריות ותרנוסטיקה: כיוון מחקרי נוסף מובל על ידי ד"ר עבד סעדי, העוסק בפיתוח "מכונות מולקולריות" - מולקולות מתוכננות שמגיבות לתנאים ביולוגיים מסוימים. ד"ר סעדי מפתח חומרים חכמים שיכולים לשאת תרופה ולשחרר אותה רק כאשר הם מזהים מאפיינים של רקמת המטרה, כמו חומציות מסוימת או פעילות של אנזים מתאים. גישה זו משתייכת לעולם התרנוסטיקה (Theranostics), המשלב אבחון וטיפול באותה מערכת: החומר יכול גם לפעול ברקמה החולה וגם לסייע במעקב אחר מיקומו ופעילותו.

שלושת כיווני המחקר האלה מציגים את תרומתה של ננו-רפואה לדיאגנוסטיקה מתקדמת: שיפור איכות ההדמיה, מעקב רגיש אחר תהליכים ברמת התא, ופיתוח מערכות חכמות שיכולות לשלב בין זיהוי, טיפול ומעקב.

מחקר יישומי ושיתופי פעולה רב-תחומיים

ננו-רפואה ודיאגנוסטיקה מתקדמת הן תחומים שמחייבים חיבור הדוק בין מעבדה לקליניקה. כדי שחלקיק, חיישן או מערכת מולקולרית יהפכו לכלי רפואי, צריך לבדוק כיצד הם פועלים בתאים וברקמות, עד כמה הם בטוחים, ואיך אפשר לשלב אותם באבחון, בהדמיה או בטיפול.

מרכז דנגור מקדם חיבורים בין חוקרים מתחומים שונים ובין מחקר בסיסי לשאלות שעולות מהקליניקה. דוגמה לכך היא שיתוף הפעולה של ד"ר עבד סעדי עם היחידה לרפואה גרעינית בשיבא, שמסייע לבחון כיצד מכונות מולקולריות יכולות להשתלב בעתיד באבחון, בהדמיה ובטיפול.

כך אפשר לחבר בין מדדים ביולוגיים ונתונים קליניים, ולפתח כלים שיסייעו לזהות מחלה מוקדם יותר, לעקוב אחר תגובה לטיפול ולהתאים לכל מטופל טיפול מדויק יותר.