‫קוצבי לב שעובדים על סוכר / מריסה פסנדן‬

הגלוקוז שבדמנו יכול לספק אנרגיה לשתלים רפואיים

קוצבי לב, משאבות אינסולין והתקנים רפואיים אחרים אולי יפעלו בעתיד בלי סוללות. מקור האנרגיה שלהם יהיה אותו הדלק שמניע את הגוף: סוכר. חוקרים חלמו על שתלים מונעים בסוכר כבר בשנות ה-60 של המאה ה-20, אבל ההתפתחות של סוללות ליתיום בשלהי שנות ה-70 סיפקה פתרון פשוט וחזק יותר. ואולם, לסוללות תמיד היה חיסרון אחד גדול: צריך להחליף אותן בניתוח (כל 5 עד 15 שנה למשל, בקוצבי לב). סוללות נטענות, חייבות להתחבר למכשירים אלקטרוניים חיצוניים באמצעות חוטים המנקבים את העור וחושפים את החולה לזיהום.

כמה התפתחויות הביאו את החוקרים לבחון שוב את נושא ההנעה בגלוקוז, המצוי בשפע בדם ובנוזל הבין-רקמתי שבו שרויים תאי הגוף. שיפור יעילותם של מעגלים אלקטרוניים, למשל, הוריד את צריכת האנרגיה של השתלים. ותאי דלק ביולוגי מבוססי גלוקוז הולכים ונעשים הרבה יותר יעילים וידידותיים לגוף.

ברוב תאי הדלק הביולוגי, אנזימים באנודה מוציאים אלקטרונים ממולקולות גלוקוז. האלקטרונים זורמים אל הקתודה, ונוצר זרם חשמלי. בקתודה, הם מגיבים עם חמצן, ונוצרת כמות קטנה של מים. אבל שלא כמו סוללות, תאי דלק צריכים לטבול באספקה יציבה של דלק, ואת זה יכולים הדם והנוזל הבין-רקמתי לספק בקלות.

ההתרגשות החלה להתגבר ב-2003, כשמדענים מאוניברסיטת טקסס באוסטין בנו תא דלק ביולוגי זעיר שהפיק אנרגיה מעינב. מאז התקינו כמה קבוצות של חוקרים מכשירים שימושיים. לדגמים הישנים נחוצה סביבה שהחומציות שלה שונה מזו שבגוף, אבל חוקרים מאוניברסיטת ג’וזף פורייה בגרנובל שבצרפת ארזו אנזימים תואמים-ביולוגית על מצע של גרפיט והפיקו כך תהליך כימי בתנאים מתונים יותר. תא הדלק שלהם הוא בצורת דיסקית שקוטרה כ-9 מילימטרים ועובייה כמילימטר אחד. הוא עטוף בחומר המשמש לשקיות דיאליזה, המתיר למולקולות הגלוקוז הקטנות להיכנס, אבל שומר שהאנזימים לא יצאו. בניסוי שעשו ב-2010 בחולדות מעבדה, ההתקן שאב גלוקוז מנוזל בין-רקמתי והפיק חשמל בהספק יציב של 1.8 מיליוניות הוואט למשך 11 יום.

החוקרים ב-MIT עשו ב-2012 עוד צעד לקראת שימוש מסחרי. המהנדס ראהול סַרפֶּשקַאר התקין תא-דלק כמעגל משולב בשבב סיליקון. הוא השתמש ב”אותו תהליך ייצור קל המשמש למוליכים למחצה”, כלשונו. הוא וצוותו רוצים להשתמש בנוזל המוח ועמוד השדרה לאספקת אנרגיה להתקנים ממשק בין המוח ובין מחשבים. הנוזל, המשמש כבולם זעזועים למוח ולחוט השדרה, מכיל גלוקוז בשפע ומעט תאים של מערכת החיסון, שעלולים לפעול לדחיית השתל.

ספרשקאר הכין אלקטרודות פלטינה, שאינן מגרות את רקמות הגוף ואינן מחלידות, כל מספר סוון קֶרצֶנמַאכֶר, מהנדס כימי מאוניברסיטת פרייבורג בגרמניה, שמשתמש גם הוא בחומר הזה בפיתוחים שלו. ובכל זאת, הגוף עלול להתנגד לפלישה; קרצנמאכר אומר שהמכשלה הגדולה ביותר היא התאימות הביולוגית (biocompatibility). “אב הטיפוס של תא הדלק שלו עובד טוב בתמיסות מייצבות במעבדה, אבל בבדיקות בתוך נוזלי גוף נמצא שהחומצות האמיניות בדם ובנסיוב הדם הפחיתו את הספק המכשיר.”

קבוצת חוקרים מאוניברסיטת קלארקסון אמנם השתילה תא דלק ביולוגי בחילזון, אבל הקבוצה בגרנובל היא עדיין היחידה שהצליחה להפעיל בהצלחה תא גלוקוז בתוך גוף של בעל חוליות. ההתקן של MIT לא נבדק עדיין בנוזל מוח ושדרה, אלא רק בחומר המדמה נוזלי גוף. אבל סרפשקאר מאמין שתאים של דלק ביולוגי יתחילו להיכנס לשוק בתוך 10 שנים. מכשיר הסיליקון שלו מייצר הספק יציב של 3.4 מיליוניות ואט לסנטימטר רבוע. קוצבי הלב של היום זקוקים ל-8 עד 10 מיליוניות ואט – יעד בר השגה. שתלים בשבלול האוזן צורכים כמה אלפיות ואט, ואיברים מלאכותיים אף יותר מזה.

ככל שהשתלים המונעים בסוכר משתכללים, הם מאפשרים את השימוש במכשירים רפואיים זעירים. ייתכן שננו-רובוטים מונעים בגלוקוז ישוטו להם יום אחד מממלכת המדע הבדיוני אל המציאות.