הננו-רובוטים הראשונים צפויים להופיע בתחילת העשור הבא. מה הם יידעו לעשות?

כדוריות דם אדומות מלאכותיות, עזרים למוח, ומערכות לתיקון נזקים בגוף הם רק חלק מהמדע החדש

בסרט המדע הבדיוני הקלאסי “המסע הפנטסטי”, משנת ,1966 מוזערה קבוצת מדענים לממדים מיקרוסקופיים כדי לשייט במעין “צוללת” זעירה בתוך מחזור הדם של מדען השרוי בתרדמת, לחדור למוחו ולתקן, כמו אינסטלטורים מיומנים, את הדרוש תיקון. מזעור אנשים הוא דבר מופרך לחלוטין, אך רעיון ה”צוללת” הזעירה עשוי להתממש

– ויותר מכך.

אחד התוצרים הצפויים מהמחקר המתפתח בננו-טכנולוגיות הוא “ננו-רובוטים” (או “ננובוטים”) רפואיים: כלים זערוריים שינועו באופן עצמאי בתוך הגוף, יאתרו ליקויים ויבצעו פעולות ריפוי, החל בהזלפת תרופות מבוקרת בדיוק לאן שצריך ועד לחיסול תאים סרטניים. הננו-טכנולוגיה עוסקת בבניית עצמים מאבני בניין בממדים של ננומטר (אחד חלקי מיליון של המילימטר), כלומר קבוצות של מולקולות ואפילו מולקולות או אטומים בודדים. מגוון היישומים החזויים כולל רכיבים ננו-אלקטרוניים משוכללים (שיאפשרו, למשל, מחשבי-על בגודל של קוביית סוכר), חומרים בעלי חוזק. פנטסטי ותכונות מופלאות אחרות, ואולי מהפכה רבתי בשיטות הייצור התעשייתי (החלום הרחוק: “ננו-אסמבלרים” – מעין רובוטים זעירים המפרקים חומרים למולקולות ובונים מהם מוצרים שונים).

ציור של “מתגבר תאי מוח”: מיליוני ננו-רובוטים דמויי תמנון

(בכחול),שכל אחד מהם מכיל מחשב ומאגר זיכרון,מתחברים לנוירונים במוח (בוורוד) ויוצרים רשת משולבת

בישראל הוכרז באחרונה על הקמת ארבעה מרכזי מחקר מיוחדים לננו-טכנולוגיות (באוניברסיטת תל אביב, בטכניון, באוניברסיטה העברית ובאוניברסיטת בן גוריון בנגב). אחד הכיוונים המעניינים שבהם יעסקו בוודאי מרכזים אלה יהיה “ננו-רפואה” – רתימת היכולת הננו-טכנולוגית, אולי במשולב עם הישגי ההנדסה הגנטית, לשירות הרפואה. אפשר לראות בכך כיוון עתידי של התפתחות ההנדסה הביו-רפואית.

פרופ' שמואל עינב, שיזם לפני כ-25 שנה את הקמת המגמה להנדסה ביו-רפואית בפקולטה להנדסה של אוניברסיטת תל אביב, מציין שתחום הנדסי זה פתח לאחרונה שני אפיקים מרתקים, הנמצאים על קו התפר שבין הנדסה לביולוגיה: הנדסת רקמות והנדסת תאים. פרופ' עינב מוביל מאמץ מחקר רב-קבוצתי שמטרתו להבין את קשרי הגומלין בין תפקודם של תאים, זרימת דם והתנהגות דפנות כלי דם, לבין מנגנונים מולקולריים שונים, לרבות היווצרות תאים סרטניים.

“מכאן החשיבות של הננו-רובוטים הרפואיים”, אומר עינב. “הם יזהו הפרעות במבנה התא ויעשו פעולות תיקון. הדבר יוביל בעתיד ל'ננו-רפואה אישית' – טיפול ננורובוטי המותאם למאפיינים הביולוגיים של המטופל”. לפי מחקר של המרכז לתחזית טכנולוגית באוניברסיטת תל אביב, שנערך באחרונה בעבור משרד המדע, צפויים “ננובוטים” מעשיים ראשונים בתחילת העשור הבא.

תכנון ראשוני של ננובוט רפואי הוצע לפני שנים אחדות על ידי רוברט פרייטס, מדען בחברה האמריקאית “זייבקס”, המתיימרת לבנות אבטיפוס של ה”ננו-אסמבלר” הראשון. הננובוט של פרייטס, המכונה בפיו “רספירוסייט” (respirocyte), הוא בעצם כדורית דם מלאכותית משוכללת, בגודל של חיידק, מעוצבת במבנה גבישי כדורי של חומר דמוי יהלום, ומתפקדת כמכל לחץ זעיר המכיל 9 מיליארד מולקולות חמצן ופחמן דו-חמצני. כשהכדורון יוזרק למחזור הדם, חישנים שעל פניו ימדדו את רמת החמצן והפחמן הדו-חמצני בדם. בהתאם לכך יופעלו בתוכו משאבות זעירות כדי לקלוט באופן מבוקר חמצן ולשחרר פחמן דו-חמצני (בתוך הריאות) או להיפך (ברקמות הגוף).

הכדורונים הננו-רובוטיים יהיו, לפי פרייטס, יעילים בהרבה מכדוריות דם טבעיות: הם יאחסנו פי 200 יותר גז ליחידת נפח. יהיה בכך יתרון אדיר בעת התקף לב, למשל: אספקת חמצן סדירה תגיע לרקמות עד 4 שעות מרגע שהלב יפסיק לתפקד. שלא לדבר על היכולת לצלול במים למשך 4 שעות בלי צורך לנשום.

גרסה עתידנית יותר של ננובוט רפואי היא מכשיר לתיקון תאים, שיחליף כרומוזומים פגומים בגרעין התא בכרומוזומים תקינים (שהוכנו מראש מגנים בריאים של המטופל), וכך יאפשר לתא “לתכנת את עצמו מחדש” ולהתרפא. אך גם בכך לא נגמר הדמיון היצירתי של הוגי הננו-רפואה העתידנית. הם צופים דורות סופר-מתקדמים של ננו-רובוטים, שלא רק ירפאו מחלות אלא גם יעצרו את תהליכי ההזדקנות הרקמות; ננו-מנועים שיושתלו בשרירים וישפרו את היכולת הגופנית, וננו-מחשבים דמויי תמנון רב-זרועות יתחברו לרשת הנוירונים במוח וישפרו את כושר הזיכרון והחשיבה. אם תרצו, זהו הנתיב הננוטכנולוגי ליצירת ה”קיבורג” הנפוץ בסיפורי מדע בדיוני: יציר כלאיים של אדם-מחשב, שיש הרואים בו את השלב הבא של האבולוציה האנושית.

ציור של כדוריות דם מלאכותיות – אולי הדור הראשון של ננו-רובוטים רפואיים- בין כדוריות טבעיות. שחרור מבוקרשל חמצן האגור בכדורית יאפשר אספקת חמצן סדירה שעות אחרי התקף לב, ולחלופין – שעות של צלילה ללא נשימה

ד”ר האופטמן הוא חוקר בכיר במרכז לתחזית טכנולוגית באוניברסיטת תל אביב