רספירוציטים: הננו-רובוטים שיחליפו כדוריות דם אדומות

מבית היוצר של ננורפואה

כאשר שמעון פרס דיבר על ננוטכנולוגיה לפני שנים רבות זה נראה כמו עוד שיגעון רחוק שלו, קצת כמו מזרח תיכון חדש. היום השיגעון הזה הופך למציאות, מתחבר לרפואה, ויוצר מפת אפשרויות שדורשת תרגילי מחשבה ודימיון על מנת להבינה.

הביוננוטכנולוגיה, (שילוב של ביולוגיה מולקולרית עם ננו-טכנולוגיה) תאפשר תוך זמן קצר תכנון ננו-רובוטים ביולוגיים מתוחכמים למשל הרספירוציטים אותם הזכרתי בפוסט הקודם.

רספירוציטים = תאי נשימה. נתקלתי בהם לראשונה במאמריו של ריי קורצוויל ומיד הלכתי לחפש מה מתחדש שם. ראשית השם רספירוציטים פשוט מגניב, הוא חיבור של אריתרוציטים – תאי הדם האדומים (ציטים = תאים בלטינית) ונשימה – רספירציה.

מה עושים התאים האדומים בגוף?

לתאי הדם האדומים שלנו יש להם 2 תפקידים עיקריים –

  • נושאים חמצן ומשחררים אותו לרקמות ואז מחזירים דו תחמוצת הפחמן לריאות.
  • עוזרים לשמור על ה PH בטווח התקין ומונעים מהדם להפוך חומצי (כי התמוססות 2CO הופכת לחומצה), ולכן מהווים חלק מהמאזן החומצי בסיסי יחד עם הנשימה הכליות ועוד.

הרעיון: ננו-רובוטים תחליפיים לכדוריות האדומות, במהדורת “סופר-מן”משודרגת

העדר חמצן הוא קטלני לגוף האדם – תוך כארבע וחצי דקות מופיע נזק בלתי הפיך למוח האדם או לאיבר שנפגע – למשל שריר הלב במקרה של התקף לב. הניסיונות להתמודד עם נזקים של העדר חמצן הם ברובם נכשלו, כי המוות שנגרם לרקמת האיבר הפגוע (או לגוף כולו למשל במקרה טביעה) הוא בלתי הפיך.

חשיבה יצירתית הובילה את רוב פרייטס להגות רעיון ייחודי, הוא חשב תאי דם אדומים מלאכותיים אבל בעלי כוחות ייחודיים – ה”רֶספִּירוֹציט”. מדובר על ננומכונה הרובוטית זעירה ראו בשרטוטים במאמר שכתב. כל רובוט זעיר וחכם כזה הוא עגול חלקלק וזעיר יחסית לתא דם אדום, אבל למרות שהוא בגודל חידק ממוצע – חד תאי, הרי הוא כולל 18 מיליארד אטומים, ויוכל לאפשר לאנשים לחיות עד 4 שעות בלי חמצן. דמיינו מה יקרה לספורט המים בעולם כזה בו בני האדם לא תלויים בנשימה, ויכולים לצלול ולשחות משך שעות.

מאגר רספירוציטים יכנס לפעולה כבהעדר חמצן ויאפשר לאדם לקשור לעצמו אבן ולשבת בקרקעית בריכה במשך ארבע שעות בלי לנשום!

כן כן – בלי אוויר, טוב יותר מאשר עושים דולפינים. הרספירוציטים יהפכו אותנו ליצורים אחרים לגמרי. ראו אנימציה קצרצרה שלהם

נא להכיר – הרספירוציט

הרספירוציטים הם “תאי נשימה” שישוטו במחזור הדם ויהיו קטנים ויעילים בהרבה בהשוואה למקביליהם הטבעיים כדוריות הדם האדומות) אֶריתרוֹציטים). היעילות תתבטא ביכולתם לאחסן ולשנֵע כמות גדולה פי מאתיים של חמצן או דו תחמוצת הפחמן ליחידת נפח לאזור איסכמי שאספקת הדם אליו נחסמה. התאים המלאכותיים יוכלו לשמור על רמה נאותה של חמצן ברקמותיו של חולה במשך ארבע שעות לאחר שהֶתקף לב פגע בלִבו, או שקריש דם חסם את אספקת הדם למוחו.

הרספירוציטים שעיצב פרייטס כבר בסוף האלף הקודם מעוצבים במבנה עגול גבישי מדויק ליצור תא לחץ זעיר, שיוכל להכיל עד תשעה מיליארד מולקולות שלחמצן ושל פחמן דו-חמצני. חיישנים על פני הרספירוציטים יזהו את רמות החמצן והפחמן הדו-חמצני בדם, ויאותתו כשצריך להעמיס חמצן ולפרוק פחמן דו-חמצני לריאות, או לעשות את הפעולה ההפוכה ולספק חמצן לרקמות. משאבות מולקולריות זעירות על-גבי הרספירוציטים ישלטו בזרימת הגזים.

גודלם הזעיר יאפשר להם לנוע דרך חסימות וקרישים, המונעים באופן חריף את אספקת הדם לאיבר.

מה יעשה הגוף עם הרספירוציטים?

התוכנה האנושית החכמה – ה DNA  מייצרת כמה סוגים של תאים לבנים, למשל נויטרופילים ולימפוציטים, הם אומנם גדולים למדי במונחים ננומטרים (רוחבם כ- 10,000 ננומטר), אך גם הם, בדיוק כמו מקביליהם המהונדסים, מתפקדים כננו-רובוטים טבעיים, נושאים חמצן, נלחמים בזיהומים תוקפים ובולעים פולשים וחלקיקים זרים.

הגוף אם כן כבר יודע לטפל היטב במכשירים מיקרוסקופים ניידים שהוא מכיר, ולא רק בתאי הדם האדומים, אלא גם בתאים הלבנים שאחראים על החיסון, ובטסיות הדם שאחראיות על הקרישה.

הרספירוציטים של רוב פרייטס יוכלו בעתיד לשכון לצד תאי הדם האדומים הטבעיים של הגוף. הם ינועו במחזור הדם, יאפשרו לחמצן להידחס בצפיפות גבוהה במיוחד, ולהשתחרר באיטיות כאשר חסר חמצן בדם, כפי שקורה במקרים של טביעה, התקף לב ושבץ מוחי.

דמיינו לכם שאין יותר טביעות בעולם – כי בגופם של ילדים מצוי מאגר רספירוציטים שבמקרה של חוסר חמצן יוכלו להוביל חמצן לתאים, בדיוק כפי שעושים תאי הדם האדומים הרגילים אולם ברמות גבוהות של חמצן ובצפיפות גבוהה במיוחד – שיספיק לזמן ממושך.

 

עצירת מקרי מוות מהתקפי לב ושבץ

לא רק טביעות יהפכו היסטוריה, רופאים כבר חושבים כי כשהרעיון של התיאורטיקן רוברט פרייטס ג`וניור יקרום עור וגידים ניתן יהיה למנוע מוות במקרים רבים של התקף לב או שבץ מוחי. יהיה זמן לטפל כיון שקורבן התאונה או המחלה יוכל להמשיך לקבל חמצן לארבע שעות, די והותר להביאו לטיפול רפואי.

מה לוחות הזמנים?

הננורפואה כבר כאן. היא כוללת כבר היום שימושים בחומרים מהונדסים גנטית ברפואת שיניים, נפרולוגיה ועוד. לגבי ננובוטים ביולוגים – הידע המתפתח במהירות יאפשר למהנדסים לתכנן ולתכנת אותם הללו כך שיפעלו בגוף ביעילות, ינווטו בתוך הגוף האנושי, ישנְעו מולקולות חשובות, ויפעלו על עצמים מיקרוסקופיים. יתרה מזו הם יתַקשרו עם רופאים בעזרת אמצעי חישה זעירים, מנועים, מחוללים ומחשבים שגודלם מולקולרי.

ישנם עדיין מכשולים בדרך ליישום חזונו של רוברט פרייטס, לדוגמה

  • יצירת המנגנון שימנע נזק מחשיפה של תאים ורקמות למתכות ולעצמים זרים המרכיבים את החלקיקים הננומטריים, ומהצטברותם בגוף – תחום שלם בו מושקעים משאבים אדירים.
  • יצירת מנגנון שחרור איטי ומבוקר, הרי אין כוונה שהחמצן ישתחרר בבת-אחת אל מחוץ לרספירוציטים

ולמרות כל הללו לפני כעשרים שנה, בשנת -1997 קבע צוות מומחים מטעם משרד ההגנה האמריקאי שהננו-רפואה תהפוך למציאות עד לשנת 2020. הצוות טען שישנם הרבה מאד יישומים לננורפואה, ודיבר על “מכונות חיסון ניתנות לתִכנות שינועו בזרם הדם ויחזקו את מערכת החיסון הטבעית; מכונות לקיבוץ תאים שיעודדו ריפוי מהיר ושחזור של רקמות; ומכונות לתיקון תאים שיבצעו ניתוחים גנטיים”. והנה יש לנו רספירוציטים – סוג ספציפי של ננובוטים, שבעתיד ניתן יהיה להחדיר מיליונים מתוכם לפעול אוטונומיים בגופו של אדם.

המדע מתפתח במקומות שונים וממשקים בין פיתוחים וחוקרים שונים, יכולים ליצור קיצורי דרך, למשל המצאת כדוריות דם אדומות מלאכותיות, שכבר יוצרו, כפי שמתואר בעבודתם של נישית דושי ועמיתיו החוקרים מבית הספר לרפואה של הרוורד מעוררת אופטימיות. למרות שלא מדובר בננו-מכונות, יש לצפות כי יצירת תחליף הדם סינתטי, היא אבן דרך המעידה כי נזכה לראות את חזון הרספירוציטים מתממש בקרוב.

בתחילת האלף העריך פליישמן שמדובר ב 10-30 שנה, קרי נותרו 5-15 שנים, 2020 נשמע מספר טוב, אבל איש אינו יודע במדויק.

יש למה לחכות.

_________

למאמר המצוין “עלייתן של מכונות הננו” של מיכאל רוקו, יועץ בכיר לננוטכנולוגיה במכון הלאומי למדע של ארצות הברית, בסיינטיפיק אמריקן ישראל

_________

שלכם ובשבילכם

ד”ר מיכל חמו לוטם

נובמבר 2015

0 תגובות

השאירו תגובה

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *