נפגשנו לשיחה עם פרופסור ג’רמי גולדמן, מדען אורח בטכניון העוסק בפיתוח תומכן כזה.
חוטים נקיים של ברזל (A) ומגנזיום (F) עוברים בליה לאחר שהושתלו בדופן עורק. הברזל מחליד ומתעבה לאחר כמה חודשים (B-C), ואילו המגנזיום מתכלה (G-H).
תוֹמכָן, או סְטֶנט, הוא רשת מתכת גלילית וקפיצית המוחדרת באמצעות צנתר לעורקים חסומים כדי להרחיבם ולמנוע היצרות עתידית. השתלת תומכנים חוללה מהפכה של ממש בטיפול במחלות לב וכלי דם וצמצמה מאוד את מספר ניתוחי הלב הפתוחים. כיום משתילים סטנטים ביותר מ־90% מן הצנתורים הטיפוליים. ועם זאת, התומכן מתכסה רקמה תאית שעלולה לצבור חומר טרשתי או ליצור רקמה צלקתית ואלה ישובו ויחסמו את כלי הדם. אחד מכיווני המחקר לפתרון הבעיה הוא פיתוח תומכן מתכלה, שייעלם מכלי הדם לאחר כתשעה חודשים.
נפגשנו לשיחה עם פרופסור ג’רמי גולדמן, מדען אורח בטכניון העוסק בפיתוח תומכן כזה.
כיצד הגעת לנושא, ומה היו השלבים הראשונים במחקר?
בהכשרתי אני מהנדס ביו-רפואי, ואני מתעניין במערכת הדם. בייחוד מעניינות אותי השפעות פיזיות, כגון לחץ מכני וזרימת הדם, על כלי הדם ועל התפתחות מחלות. לפני כמה שנים פנתה אלי חברת בוסטון סיינטיפיק, העוסקת בין השאר בפיתוח תומכנים, כדי שאשתתף באפיון ובבחינה של סטנטים חדשים בסביבה עורקית.
לאחר שבחנתי את הנושא גיליתי שהמחקר בתחום לוקה בפשטנות-יתר. מקצת המחקרים שנעשו במעבדה, מחוץ לגוף, היו פשוטים מדי ולא היה אפשר להסיק מהם מסקנות בנות-תוקף. ואילו המחקרים בבעלי חיים, היו מורכבים ויקרים מדי: החוקרים היו מייצרים תומכנים שלמים ומשתילים אותם בבעלי חיים גדולים, כמו חזירים. זהו תהליך מסורבל, שקשה להסיק ממנו מסקנות כלליות מפני שהוא מושפע מאוד מן הגאומטריה של התומכן, וקשה לבודד את המשתנים הבסיסיים הקשורים בחומר עצמו, כמו חוזק מכני ומהירות השיתוך (קורוזיה).
ולכן, הדבר הראשון שעשינו היה לפתח מערכת ניסויית חדשה ומבוקרת שתהיה פשוטה וזולה דיה כדי לבחון במהירות חומרים רבים, ללא ניסויים קשים בבעלי חיים, אבל תספק גם מידע כללי דיו שיהיה רלוונטי לתנאים בגוף.
אנחנו משתמשים אפוא בחוטי מתכת דקים, בעובי ובגאומטריה אחידים שאותם אפשר לבחון במעבדה או להשתיל בקלות בבעלי חיים קטנים, כמו חולדות, בתוך העורקים או בדפנות העורקים. מדובר בהליך מהיר שאינו פוגע באופן קשה בחיה. לאחר כמה ימים, שבועות או חודשים, אפשר להוציא את השתל הקטן לבחון אותו במעבדה: לבדוק את החוזק שלו, את המבנה המכני שלו ואת התגובות הכימיות שעבר.
זהו תהליך סינון ראשוני. אחר כך אפשר לייצר סטנטים ניסויים רק מן החומרים המבטיחים ביותר.
מדוע לא עשו זאת קודם?
התומכנים שבהם משתמשים היום אינם מתכלים, ולכן הם עשויים מחומרים ידועים ועמידים, כמו פלדת אל-חלד. לעתים מצפים את התומכן בפולימר המכיל תרופות המשתחררות באטיות לעורק ומעכבות את היצרותו מחדש. במערכת כזאת חשוב המבנה של התומכן ולא החומר שממנו הוא עשוי, ולכן היה הגיוני לבחון אותו בבעלי חיים גדולים בלבד.
אילו חומרים מתכלים עשויים לשמש לתומכנים?
ברפואה מרבים להשתמש בחומרים פולימריים-פלסטיים מתכלים. ואולם, אין בידנו פולימר מתכלה בעל התכונות המכניות הרצויות. תומכנים כאלה פשוט אינם עומדים בלחץ הפיזי השורר בעורקים. לכן, הגישה החדשה, ומדובר כאן בתפיסה חדשה ממש, היא שימוש במתכת מתכלה. זאת דרישה חדשה גם בעולם המטלורגיה (חקר מתכות), שבו מחפשים בדרך כלל מתכות עמידות בפני שיתוך דווקא, ואילו אני מחפש את ההפך.
דרישה נוספת היא שהמתכת תהיה ידידותית לגוף. אנחנו מחפשים בכוונה תחילה מתכת שתגיב עם סביבתה בעורקים ותתפורר. לכן חשוב לוודא שתוצרי השיתוך הזה לא יהיו רעילים ויסולקו בקלות מן הגוף. המתכות ההגיוניות הן אפוא מתכות שהגוף זקוק להן, ואפילו נוטלים תוספים שלהן, ובייחוד ברזל ומגנזיום.
המועמדת הראשונה הייתה ברזל. אבל התברר שתומכנים מברזל מתבלים לאט מדי. יותר מכך, חלודה, תוצר הבליה של ברזל, אינה מתפנה במהירות מן הגוף והיא מצטברת על התומכן, מגדילה את נפחו ומזיקה לעורק.
תשומת הלב הופנתה אפוא למגנזיום, מתכת פעילה יותר שתוצרי הבליה שלה אינם בעייתיים. ואולם, מגנזיום טהור אינו חזק דיו ומתבלה מהר מדי. כעת מחפשים סגסוגת של מגנזיום שתהיה חזקה יותר ותתבלה לאט יותר.
ולכן הגעת לארץ?
כן, בישראל יש מטלורגים מן הטובים בעולם, כמו למשל חתן פרס נובל פרופסור דן שכטמן. בטכניון אני עובד במעבדה של מנחם במברגר ובשיתוף עם אלי אגיון מאוניברסיטת בן גוריון. בישראל אנחנו מחפשים סגסוגת חדשה, מפני שכאן מצוי הידע לתכנן את המבנה המיקרוסקופי והננומטרי של החומר באופן מושכל ועל פי המטרות. את הסגסוגות המבטיחות ביותר אקח עמי לארה”ב ואבחן אותן במערכת שפיתחתי. אם נמצא סגסוגת מתאימה, נכין ממנה תומכנים, ואם לא נחזור לשולחן המעבדה לסבב שיפורים.
פיתוח סגסוגות הוא תחום שבו מרבים בניסוי ובטעייה אבל המומחים יכולים לחזות תכונות רצויות ולצמצם את מרחב הטעייה. בזה מצטיינים החוקרים בישראל, ולכן הגעתי לכאן.
על המנרואיין
פרופסור ג’רמי גולדמן הוא מהנדס עורקי במחלקה הביו-רפואית של בית הספר להנדסה באוניברסיטה הטכנולוגית של מישיגן. הוא השלים את התואר הראשון שלו בהנדסה כימית באוניברסיטת קורנל ואת הדוקטורט בהנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת נורת’ווסטרן.
פרופסור גולדמן שהה בישראל במסגרת תכנית פולברייט לחילופי מרצים וסטודנטים (www.fulbright.org.il) לקידום הקשרים המדעיים בין ישראל לבין ארה”ב. השתתפותה של ישראל בתכנית זו מנוהלת על ידי קרן חינוך ארה”ב-ישראל.
