חוקרים בטכניון ובמרכז המחקר של IBM בציריך, פיתחו התקן חדשני שמאפשר אבחון חלבונים ברגישות גבוהה פי יותר מ-1,000 מזו של השיטות הקיימות, כך דיווח כתב העת Analytical Chemistry, שבחר במחקר זה לכתבת השער .

עיבוד של תמונת השער המופיעה ב- Analytical Chemistry (מקור: דוברות הטכניון)

המחבר הראשי של המאמר, פדריקו פרטורה ערך את המחקר במסגרת עבודת הדוקטורט שלו, בהנחייתם של פרופ'-משנה מורן ברקוביץ מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, וד"ר גובינד גאיקלה ממרכז המחקר של IBM בציריך.

ההתקן החדש נועד לניטור חלבונים המהווים סמנים ביולוגיים (biomarkers), כלומר מולקולות ביולוגיות המתריעות היווצרות מחלה בגוף. ניטור חלבונים מהווה כיום כלי חיוני באבחון רפואי – מאבחון מלריה, דרך גילוי אירועים קרדיולוגיים, ועד אבחון ומעקב אחר גידולים סרטניים.

האתגר הגדול בתחום זה הוא ניטור הסמנים הביולוגיים הרלוונטיים בשלב מוקדם של המחלה, כאשר סמנים אלה עדיין אינם רבים. זאת משום שאבחון מוקדם מגדיל משמעותית את סיכויי ההחלמה ובמקרה של מחלות קשות משפר גם את סיכויי ההישרדות.

החידוש הגדול בטכנולוגיה שפיתחו החוקרים, טמונה ברגישותה הגבוהה, המאפשרת זיהוי של סמנים ביולוגיים בשלב מוקדם של המחלה, כששכיחותם בדגימה עדיין נמוכה מאוד. הטכנולוגיה מבוססת על חומרה פשוטה יחסית  – שבב מיקרופלואידי המכיל ערוצי זרימה בעובי של שערה. והיא מבשרת סוג חדש של התקני אבחון פשוטים, קטנים וזולים יחסית שיחליפו את הציוד המתוחכם והיקר המשמש לכך כיום. התקנים אלה יאפשרו לבצע אבחון מוקדם על סמך דגימות קטנות במיוחד, כגון טיפת דם.

הדוקטורנט פדריקו פרטורה (צילום: דוברות הטכניון)

לדברי פרופ'-משנה ברקוביץ, ראש המעבדה לטכנולוגיות מיקרוזרימה בטכניון, "אנו משתמשים בשיטת העלאת ריכוזים ישנה שנקראת איזוטכופורזה (ITP), אך באופן שונה מהמקובל. באמצעות שילוב בין שדות חשמליים וכימיה ייחודית, אנו מרכזים חלבונים מהדגימה לנפח זעיר, ומייצרים תגובה בינם לבין נוגדנים שנמצאים על שטח המיקרו-תעלות. התגובה מוגברת עקב הריכוז המקומי הגבוה, וניתן למדוד אותה באמצעות גלאי סטנדרטי".

"למעשה אנחנו מרמים את הגלאי," הוסיף הדוקטורנט פרטורה, "אנחנו חושפים אותו לריכוז גדול פי 10,000 מהריכוז בדגימה המקורית וכך מגדילים את רגישותו".

הבדיקה עצמה, כאמור, פשוטה ביותר: כמה טיפות של דגימה מוחדרות לשבב המיקרופלואידי ואז מופעל השדה החשמלי. החלבונים נדחסים לנפח מזערי של כ-50 פיקו-ליטר – כמיליונית מנפחה של דמעה – והתוצאות מתקבלות תוך דקות ספורות.

ד"ר גובינד גאיקלה, מדען במרכז המחקר של IBM בציריך,הוסיף כי "האלגנטיות בגישה זו טמונה בפשטותה וכמובן בהגברה הדרמטית ברגישות ההתקן. אפשר ליישם שיטה זו במערכות אבחון רבות ואנו מעריכים כי היא תצמצם את המגבלות הקיימות באבחון רפואי ותשמש בבדיקות של דגימות ביולוגיות של דם, רוק, שתן ועוד".

פרטורה, שהשלים תואר ראשון ושני באוניברסיטת ספיאנצה ברומא, משתלם לתואר דוקטור במסגרת Virtual Vials – פרויקט במימון האיחוד האירופי. יחד איתו  חתומים על המאמר שני המנחים, כמו גם הדוקטורנטים טל זיידמן קלמן וטלי רוזנפלד ממעבדתו של פרופ'-משנה ברקוביץ.

 

חברת הסטארט אפ טיסליה רכשה, לאחרונה, את זכויות השימוש בטכנולוגיה, ומשתמשת בה על מנת לפתח יכולות אבחון רפואי מתקדמות.