דוקטורנט בדרכים – חלק חמישי

הטכנולוגיה הנוכחית שלנו בתחום הביו-רפואה היא באופן עקרוני בת חמישים שנה ויותר. לא תמיד שהתשובה הנכונה היא להפוך דברים לקטנים יותר, כי זה יוצר בעיות לעיתים קרובות * אנו זקוקים נואשות לחשיבה מחוץ לקופסא לשינוי כולל בתחום. * רועי צזנה ממשיך לדווח מכנס מדעי החיים באנטוורפן ומתכונן להרצאתו היום

יום שלישי, שבע בבוקר. השעון המעורר זועק בהיסטריה, ואני פוקח את העיניים ומרגיש כאילו התעוררתי כמה שעות טובות לפני הזמן. השמש עדיין לא עלתה בבלגיה, ולמרות שהוילונות משוכים לצדדים לא חודר אפילו שביב של אור לתוך החדר. אני גורר את עצמי למקלחת, מתלבש ויורד לחדר האוכל של המלון. קורנפלקס עם חלב, לחמנייה קטנה עם גבינה וחביתה, ואני מוכן לעוד יום של הרצאות.

כבר בסמינר הראשון של הבוקר ניצבת בפני בחירה קשה בין רפואה שיקומית לבין ביו-חומרים. בסופו של דבר אני מחליט שנשלחתי לכנס מסיבה מסויימת – לשמוע על התקדמויות בתחום המחקר שלי וליצור קשרי-חוץ – ומוותר על הסמינר ברפואה שיקומית, שדווקא נראה מעניין מאד באופן כללי. ההרצאות באותו סמינר מכסות מגוון רחב של נושאים: ממשקי אדם-מכונה באמצעות קריאה חשמלית של המוח, שיפור הבנת הדיבור באנשים שעברו השתלת עזרי-שמיעה בעצמות האוזן, פיתוח פרוסתזות ביולוגיות לקטועי גפיים ושיפור ההליכה באמצעות רובוט. אז על כל זה ויתרתי, והלכתי לסמינר לביו-חומרים I, עם תחושה קלה של הקרבה.

הגעתי בדיוק בזמן להתחלת ההרצאה הראשונה. למזלי הנואם, שלא אזכיר את שמו, התחיל לאט. הוא סיפר על כל הסוגים השונים של האוניברסיטאות בהאנובר שבגרמניה. נו, מילא. אבל הוא ממשיך – מה המוסד הזה, ומה המכון הזה, ומאיפה האוניברסיטה הזו הגיעה. ורק אחרי כמה דקות בהן הצליח לכסח עד היסוד כל שמץ של עירנות שעוד התקיים בקהל בטעות, הוא מגיע למחקר שלו. השעה רק שמונה וחצי בבוקר והוא מדבר במונוטוניות ובמבטא גרמני נחרץ על לוחות פולי-קפרו-לקטון (PCL) ואיך עושים להם סינטרינג. מה שמעניין את הקהל בערך כמו שזה כנראה מעניין אתכם, קוראים יקרים. למה לעשות להם סינטרינג? לא יודע. מה זה סינטרינג? טוב, את זה אני דווקא יודע, אבל הוא אפילו לא טרח להסביר. אבל לפחות אני מבין עכשיו מה המבנה ההירארכי של מכוני המחקר בגרמניה, ולמה האוניברסיטה שלו הכי מוצלחת.

הנואם השני – מר האביג'ן – כבר היה יותר זורם ותיאר כיצד הוא מנסה ליצור ביו-חומרים להשתלה בעצם, שיוכלו לשרוד ולא לקרוס תחת הכח הניכר המופעל על העצם. אותם ביו-חומרים ישכנו תאי גזע מזנכימליים שישקמו את העצם, ונראה שכבר יש לו הצלחה חלקית בכיוון הזה, עם פיגום המורכב משילוב של טיטניום וניקל. פיגומי ניקל-טיטניום, מסתבר, מסוגלים לעמוד בכוחות הלחיצה והמתיחה המופעלים בסביבת העצם, ואפילו לתמוך בתאי הגזע שבתוכם. בשקפים האחרונים שלו הראה האביג'ן שתאי גזע מזנכימליים הנזרעים על הפיגום מגיבים ללחצים ומפרישים כמות גדולה של אינטרלוקינים.

לפחות, הוא חשב שהוא הראה את זה עד שהתחילו להגיע השאלות מהקהל. “האם אתה בטוח שהשיטה שלך למדידת כוח באמת מתחשבת בזרימה שבתוך הפיגום?” “איך אתה יודע שהמדידות שלך עדינות מספיק?” היו השאלות היותר עדינות, שהספיקו כדי לגרום לדוקטורנט המסכן להתפתל כשלשול פצוע הבמה ולהסתתר כמו צב מאוים מאחורי הפודיום. אני לא יכול להאשים אותו. השאלות היו באמת במקום, אבל לא קל לנסח תשובה פשוטה וברורה בשפה שאינה שפת האם שלך, במיוחד כשאתה ניצב מול עדר של פרופסורים זועמים שיודעים הרבה יותר טוב ממך את נושא המחקר, את שיטות המחקר ואיפה כל דבר ודבר יכול להשתבש.

הדובר הבא הוא מר רותוול מאוניברסיטת דנדי בסקוטלנד (אבל בלי המבטא הכיפי), שבא לספר לנו על סטנט לדליפות במעי. סטנט הוא סוג של צינור קטן המיועד לתמוך מבפנים בדפנות של כלי דם או בצינורות המעי. דליפה במעי, מסתבר, יכולה להתרחש כתוצאה מקרע בדופן המעי או מניתוח במעי, והיא אחד מהסיבוכים החמורים ביותר היכולים להתרחש לאחר קרע או ניתוח. דליפה שכזו יכולה להביא לאחוזי תמותה של כמעט 40%. הרעיון של רותוול הוא ליצור סטנט שיוכל להתמקם בתוך המעי כך שיקבע את הדפנות במקומן ויאפשר להן להחלים. חלק מהיתרונות המיידיים של סטנט שכזה כוללים את העובדה שניתן יהיה להאכיל את החולים מיד לאחר מיקום הסטנט במעי, וכמובן – שהוא יוריד בהרבה את שכיחות הדליפות. הסטנט עצמו יהיה עשוי מחומר המתפרק מעצמו בגוף לאחר זמן מה, כך שלא יהיה צורך לחדור בשנית למעי כדי לסלק את הסטנט.

אחרי רותוול עולה הגברת ולרינהו מפורטוגל ומנסה להסביר על ההמצאה החדשה שלה – השתלת מצע מננו-סיבים באיזור פצע, שיסייע להחלמה מלאה. מסתבר שבמקרה של פציעה בגוף, פיברובלסטים חודרים לחלל שנוצר וממלאים אותו במהירות ברקמה צלקתית שמונעת החלמה אמיתית ומלאה. לזה נוספים גם תאים ממערכת החיסון שמביאים לתגובה דלקתית חריפה באיזור – שזה לא תמיד דבר טוב.

ולרינהו השתמשה בשיטה הנקראת אלקטרוספינינג ליצירת ננו-סיבים – ובנקודה הזו התחלתי לתת לה את תשומת לבי המלאה, כי זו השיטה שגם אני עובד איתה, ומחר אצטרך להסביר בעצמי על נושא דומה. בכל מקרה, ולרינהו יצרה מצע מננו-סיבים עשויים מפולימר הנקרא פולי-אתילן-טרפתאלאט והשתילה אותו באיזורי פציעות בעכברים. המצע לא איפשר לתאי מערכת החיסון ולפיברובלסטים לחדור דרכו לאיזור הפציעה, ובכך מנע היווצרות של רקמה צלקתית. מצד שני, הוא גם לא איפשר לכלי הדם לצמוח לתוך האיזור – מה שמעמיד בספק את השימושיות של כל ההמצאה, במיוחד כשלוקחים בחשבון את העובדה שלמצע העשוי מפולימר כזה לוקח זמן ארוך מאד להתכלות.

אולי זה הזמן לספר שלאחר כל הרצאה קצרה בסמינר התרוממה ידו של מר וילסון (זה שהרצה אתמול על האקדמיה והתעשיה) כדי לשאול שאלה קשה במיוחד. אני מאד מקווה שהוא לא יופיע מחר בסמינר שלי, או שלפחות יאכל ארוחת צהריים טובה לפני הסמינר.

ואם אנחנו כבר בסיפורים מפחידים, הסטודנטית מהטכניון כבר שיתפה איתי סיפור זוועה מסמינר שאירע אתמול בנושא עיבוד ממוחשב של תמונות. אחת מהמרצות בסמינר הציגה עבודה בעייתית במיוחד, שכמעט ולא השתמשה בסטטיסטיקה, או במבחנים רציניים למדידת כאב אצל החולים. כשהיא סיימה את ההרצאה, התרוממו הידיים של רוב הקהל, והמסכנה כמעט שהתעלפה. אולי היה עדיף שתתעלף, כי במקום זה היא נכנסה לפניקה על הבמה ולא הצליחה לענות על אף שאלה.

אלוהים אדירים, ולי אין אפילו עניבה עדיין…

אבל בכל זאת, כבר עברתי די והותר הרצאות בעברי ואני יודע איך צריך להתכונן! ההפסקה שלאחר הסמינר מנוצלת לבדיקת החדר בו אדבר מחר. יש פודיום מאחוריו עומד המרצה, מסך גדול ותאורה עמומה. אני מדבר מראש עם אחראי החדר ומוודא שאפשר להתאים את תנאי ההרצאה עבורי. יש לי כמה בקשות לא שגרתיות, אני מודה, אבל זאת ההרצאה שלי ואני צריך להרגיש בנוח. אחד מהדברים שמפריעים לי במיוחד הוא שכל המרצים עומדים מאחורי הפודיום. שמותאם לאמריקאים ולאירופאים שגבוהים ממני בעשרה סנטימטרים בממוצע. אני מכין מראש את המיקרופון כך שאוכל לעמוד לצד הפודיום ולא מאחוריו ולעשות שימוש מלא בשפת הגוף. מכוון קצת יותר טוב את התאורה כך שיהיה עלי יותר אור (אבל לא יותר מדי, שלא יסנוור) ומוודא שהמצגת עובדת על המחשב, שאני יכול לחבר את השלט האלחוטי ושהוא אכן עובד מכל פינות החדר.

אני יודע שזה נשמע כאילו אני בפאניקה ובמידה מסוימת זה באמת המצב, וטוב שכך. ההופעות החלשות יותר שלי הן דווקא כאשר אני לא מספיק לחוץ לקראת ההופעה ולא מתכונן אליה מכל הזוויות. מארק טוויין הגדול אמר בזמנו כי, “יש רק שני סוגים של מרצים: אלה שמתרגשים לפני ההרצאה ואלה שמשקרים”. למרות שכבר העברתי די והותר הרצאות מול קהלים גדולים הרבה יותר, אני עדיין מתרגש לפני כל אירוע מחדש. אני רותם את ההתרגשות והלחץ לטובתי, מנסה לשים לב מראש לכל פרט שיכול לרומם או לדרדר את ההופעה, וזוכר תמיד שכאשר אהיה על הבמה, אני כבר אסתדר.

ממשקי מוח מכונה

מכאן אנו ממשיכים להרצאת הכבוד של פיל טרויק על פרותזות עצביות. תיעדתי כבר את הרצאתו הקודמת של טרויק על האלקטרודות המתחברות למוח, אך בהרצאה הנוכחית הוא נתן סקירה רחבה בהרבה על תחום הממשקים העצביים. מסתבר שקיימת רשימה ארוכה של מחלות ופציעות שמנסים לטפל בהן באמצעות פרותזות עצביות, בין אם בממשק מוח-מכונה, נוירו-מודולציה או ממשקים אחרים.

פרותזות קדומות היו קיימות כבר במצרים העתיקה, אך מאז התקדמנו קצת. במיוחד לאחרונה, פרותזות נמצאות בכל מקום ברפואה. הן משקמות את השמיעה אצל חירשים באמצעות שתלים לאוזן – אלקטרודות הממוקמות בשבלול האוזן ומשחזרות את יכולת השמיעה לאנשים רבים. גם פרותזות רובוטיות לגפיים קל מאד לייצר היום – הרבה יותר קל מלהבין איך לשלוט בהן.

ממשקי מוח-מכונה צברו פופולריות ומשמשים להזזת כיסאות גלגלים או צורות על המסך. לפי טרויק, מדובר בשינוי פרדיגמה גדול, משום שעוד לפני עשור היה ויכוח גדול האם אנו צריכים בכלל לשלב אלקטרוניקה במוח. כיום יש קונצנזוס די גדול שאנחנו יכולים להכניס למוח ולגוף שלנו מה שרק נרצה – כל-עוד אנו מסוגלים לבצע את הפונקציה הנדרשת.

כבר כיום יש מגוון רחב של טכנולוגיות שמיועדות לספק תמונות למח. המדע והמדע הבדיוני הולכים כאן יד ביד, ובציבור יש הרבה חוסר הבנה לגבי מה שבאמת אפשר לעשות. וכדברי טרויק, “אני די בטוח שהייתי יכול לצאת לרחוב ולשכנע כמעט כל אחד שאנו מסוגלים לעשות כמעט הכל לגבי הגוף האנושי והמוח”. והאמת היא שאותי הוא שכנע בזה אפילו בלי לנסות.

טרויק סקר במהירות את הפרותזות החדשות ואת אלו של חמישים השנה האחרונות, ואז העלה את שאלת מליון הדולר: האם יש בעיות המשותפות לכל הפרותזות הללו, והאם הן ראויות באמת לתשומת לבנו? והתשובה היא שבהחלט כן: יש בעיות נפוצות והן כולן לגבי הממשק.

קיימים ארבעה סוגים שונים של ממשקים. הראשון הוא ממשק האלקטרודה-עצב, ולפי טרויק מספיק שנעבוד רק על הממשק הזה בעשור הקרוב כדי להשיג התקדמות חשובה. הבעיות העיקריות בממשק זה מתחלקות לקליטת המסר העצבי ולשידור מסר עצבי משלנו. כדי להשיג קליטה אופטימלית, אנחנו צריכים למקם את האלקטרודה הזעירה בדיוק במקום הנכון במוח. בעיה זו משותפת גם לסוגיית השידור האופטימלי, שצריך להתרחש במקום הנכון ובזמן הנכון.

הרעיון הבסיסי של ממשק אלקטרודה-עצב הוא פשוט חתיכת תיל תקוע ברקמה, עם זרם העובר דרכו ומפעיל את החומר העצבי שמסביבו. אבל יש כאן בעיה: האלקטרודה עובדת על זרם חשמלי – אלקטרונים – בעוד שהעצבים פועלים על זרם יוני. כיצד מזריקה האלקטרודה החשמלית מטען לנוירונים? התשובה היא האלקטרודה משמשת כמתמר ההופך זרם אלקטרוני לזרם יוני. כדי לעשות את זה יש צורך בתגובות פאראדיות (שזה מושג הדורש הרצאה בפני עצמו) המתרחשות מסביב לאלקטרודה, ותגובות אלו חייבות להיות הפיכות כדי להגן גם על האלקטרודה וגם על הרקמה. כאן בעצם מתחיל האתגר האמיתי בתכנון האלקטרודות, בין היתר בגלל אפקט הבטיחות. תוצר לוואי כמעט בלתי-נמנע של התגובה הפאראדית הוא פירוק המים שברקמה ויצירת גז. לא צריך להיות בעל דמיון מפותח כדי להבין שמים שהופכים לנפח גדול של גז במהירות גבוהה לא יעשו טוב לנוירונים שבתוכם זה קורה (ובמילים אחרות, הנוירונים פשוט יתפוצצו מבפנים).

באלקטרודות AIROF התגובות הפאראדיות מוגבלות לשכבה דקה באלקטרודה העשויה מאירידיום ומפלטינה ומתוכה נוצרים היונים. הבעיה היא שכשהאלקטרודות מייצרות מתח מסויים של 3-5 וולטים. לא ברור מי סופג את המתח הזה. וכדברי טרויק, “האלקטרו כימאים לא רוצים אותו כי הוא יפגע באלקטרודות שלהם. הביולוגים לא רוצים אותו כי הוא יפגע ברקמה ובתאים. הנוירופיזיולוגים לא מוכנים לקבל אותו כי הוא יפגע בנוירונים העדינים שלהם. אז לאן המתח הזה הולך?”

מה עוד נשאר לשפר בממשק האלקטרודה-עצב? “אני מאמין שאנו צריכים להתאים את פני השטח של האלקטרודות כך שימשכו את הנוירונים אליהם – דבר שיהיה בוודאי יותר פשוט מלתכנן מיני-רובוטים שיטיילו במוח וימשכו את האלקטרודות אל הנוירונים הנכונים. אנו צריכים לשפר בסדר גודל שלם את יכולת הזרקת המטען, ואם לא ניזהר האלקטרודות עלולות להרוס את הרקמה מסביבן. אנחנו צריכים לשקול מבנים חדשים שיתמקדו בננו-נוזלים חדשים שיוכלו להפעיל את הנירונים בלי הפעלה חשמלית.”

הממשק השני לפי טרויק הוא האלקטרוניקה-ביולוגיה. כדוגמא לממשק זה ניתן לצפות רקמות באלקטרוניקה, אך מכיוון שסביבת מים/יונים הרסנית לאלקטרודות, זה לא נראה סביר לכרגע.

ואם כבר מדברים על הקשר שבין מים לאלקטרודות, בנקודה זו הרחיב טרויק את הדיבור על איזור אחר שלא מובן במלואו לרוב הציבור. כדי להגן על גוף האלקטרודה, משתמשים פעמים רבות בפולימר. הבעיה היא שהפולימר אינו חוסם את המים לחלוטין. מים עוברים דיפוזיה מהירה דרך כל פולימר שיש בידינו, ולכן פולימרים אינם מסוגלים לשמש כגבול יעיל. ניתן לחזות כיום את אורך החיים של מעטה פולימרי לפי הגודל שלו וחדירותו ליונים. אנו יכולים לייצר קוצב לב בעל אורך חיים של שלושים שנה, אך ככל שהמכשירים נהיים קטנים יותר, אורך החיים שלהם הולך וקטן. לכן נאיבי לחשוב שעטיפה בלבד בפולימרים היא שתקדם את התחום במידה רצינית.

“חתימה הרמטית של אלקטרודה אינה יותר מאשליה,” אמר טרויק, והוסיף כי, “יש להגדיר ציפויים חדשים שינטשו את רעיון החתימה ההרמטית. צריך להפסיק להמציא את הגלגל מחדש – קבוצות צריכות לשתף פעולה ביניהן ולא להמציא דברים שכבר עשו בעבר.”

הממשק השלישי הוא ממשק טרנס-עורי. סליל הנמצא מחוץ לגוף יוצר שדה מגנטי, והשתל בתוך הגולגולת קולט את השינויים בשדה ומגיב בהתאם. יש לפחות קבוצה אחת שמנסה לקדם את התחום הזה, וטרויק מעורב במחקרים שלהם. קשה להתמודד עם היעילות של הסליל והשדה החיצוני, מהסיבה הפשוטה שזקוקים להרבה מאד אנרגיה כדי להפעיל אלקטרודות באופן רציף בתוך המוח. לפי טרויק, אפילו אם היו לנו בטריות חזקות מספיק להפעלת אלקטרודות פנימיות במוח, קרוב לוודאי שלא תחום הנוירופיזיולוגיה היה מרוויח מזה, אלא היינו משתמשים בזה לפתור את בעיות האנרגיה בעולם.

הבעיות הקיימות עדיין בממשק השלישי הן שהגודל המזערי של האלקטרודות גורם לצימוד מגנטי גרוע. לא ברור גם כיצד ניתן יהיה להגיע לשידור דו-צדדי. האלקטרודות לא יכולות לשדר אינפורמציה בחזרה בקלות. צריך שיפור של פי 10 בניצולת האנרגיה ובעבודה עם אורכי גל שונים כדי להגיע ליכולת הרצויה. מעבר לכך, לא ברור גם מה השדה המגנטי יעשה לרקמה הביולוגית!

לסיכום, רוב הטכנולוגיה הנוכחית שלנו היא באופן עקרוני בת חמישים שנה ויותר. לא ברור שהתשובה הנכונה היא להפוך דברים לקטנים יותר, כי זה יוצר בעיות לעיתים קרובות, כאשר משתמשים בפרדיגמות ייצור עכשוויות. המאמצים הנוכחיים מתרכזים בייעול הטכנולוגיות מהמאה ה- 20, ואנו זקוקים נואשות לחשיבה מחוץ לקופסא לשינוי כולל בתחום.

הממשק הרביעי, האחרון (וזה שבאמת גרם לכולם לעצור ולחשוב לרגע) הוא ממשק המשתמש-מהנדס. ממשק זה מעלה את השאלות החשובות באמת, שנראה שמהנדסים ביו-רפואיים רבים מנסים להתחמק מהן כיום. מהו סף השימוש לפרותזה עצבית? באיזה שלב צריך אותה, ומתי אפשר להסתפק במקל נחיה? מהם הצרכים האמיתיים של המשתמשים? טרויק טוען בתוקף שהמהנדסים צריכים להיות פחות מושרי-טכנולוגיה ויותר מושרי-ביולוגיה. כדוגמא טובה הוא מביא הרצאה ששמע לאחרונה מפרופסור בקליפורניה המרותקת לכסא גלגלים ונכה כמעט לחלוטין.

כשטרויק הסביר לפרופסור על פרותזה חדשה שמסייעת לשליטה על שלפוחית השתן, שאלה הפרופסור, “מה עוזרת לי פרותזת שלפוחית? יש לי קתטר המחובר כל העת, עם שקית אחסון. אם הייתם נותנים לי פרותזת שלפוחית, הייתי צריכה ללכת לשירותים – ואז הייתם צריכים לתכנן עבורי גם פרותזות לידיים.”

לדעתי הכנה, טרויק פגע כאן בנקודה נכונה מאד וכאובה מאד. רבות מההמצאות הביו-רפואיות כיום דורשות השקעה עצומה של משאבים וסבל מצד החולה, ולמרות שהתוצאות עשויות להיטיב עם מצבו הבריאותי האובייקטיבי, לעיתים הן גם מסבכות את חייו. כדוגמא אחרת לכך ניתן להביא המצאה אחרת שזכתה בפרס הקונגרס הביו-רפואי 2008: רובוט המיועד לאנשים הסובלים מרעידות קשות, מהווה שלד-חיצוני ליד ומסוגל לרטוט בתדר הפוך לרעידות העצמיות של הגוף. התוצאה היא ירידה של 80% בעוצמת הרעידות ופתיחת הדלת בחזרה לחיים נורמלים עבור חלק מאותם אנשים – שלא מסוגלים אפילו להרים כוס מים לפה.

דא עקה, מסתבר שמעט מאד אנשים מוכנים להשתמש ברובוט מהסיבה הפשוטה שהוא מאסיבי מדי, מאיים מדי, והם חוששים להסתובב איתו ברחוב ולהיראות כאב-טיפוס של רובוקופ. קצת קשה לי להבין את זה, כי זה תמיד היה החלום שלי, אבל הנקודה היא שהמהנדסים צריכים לחשוב פחות על היכולות הטכנולוגיות ויותר על איך שאפשר לשלב אותן בחברה הקיימת.

האמת היא שיש עוד הרבה מה לספר, אבל ההרצאה שלי מתקיימת מחר בצהריים, ועכשיו כבר שעת לילה מאוחרת. צריך להתכונן כדי להצליח. מחר תוכלו לקרוא איך היתה ההרצאה, לראות תמונות חושפניות שלי מול קהל מהנדסים צמא-דם ולקרוא במה בכלל עוסק הפטנט.

אל תחמיצו את הגראנד-פינאלה של… “דוקטורנט בדרכים!”