מדעני יבמ יישמו שיטות לייצור שבבי מחשב לבניית פולימר המזהה ומשמיד חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה

החוקרים של יבמ השתמשו בעקרונות המוכרים בעולם ייצור המוליכים למחצה לתעשיית המחשבים, על מנת לבנות ננו-מבנים הנמשכים פיזית לתאים מודבקים, כאילו היו התאים האלה מגנטים

מדענים ביבמ, בשיתוף פעולה עם חוקרים במכון לביו-הנדסה וננו-טכנולוגיה בסאן חוזה, חשפו פריצת דרך בתחום הננו-רפואה: סוג חדש של פולימרים המזהים ומשמידים בקטריות עמידות לאנטיביוטיקה המחוללות מחלות מדבקות, דוגמת סטפילוקוקוס העמידה למטיצילין והידועה כ- MRSA .

החוקרים של יבמ השתמשו בעקרונות המוכרים בעולם ייצור המוליכים למחצה לתעשיית המחשבים, על מנת לבנות ננו-מבנים הנמשכים פיזית לתאים מודבקים, כאילו היו התאים האלה מגנטים. כך, ניתן לפעול סלקטיבית ולחסל חיידקים שהטיפול בהם עד כה היה קשה במיוחד – מבלי להשמיד תאים בריאים המצויים באותה סביבה. החומרים החדשים האלה מונעים מהחיידקים לפתח עמידות בפני תרופות, בזכות יכולתם לחדור דרך דופן התא והממברנה של החידק, באופן התקפה שונה בתכלית מזה המאפיין פעילות תרופות אנטיביוטיקות.

MRSA היא דוגמא אחת לחיידקים הנפוצים על פני העור, ומועברים בקלות במקומות דוגמת חדרי כושר, בתי ספר ובתי חולים, בהם נמצאים בני אדם במגע קרוב. בשנת 2005 דווח בארה”ב על כ- 95,000 מקרי זיהום חמור בחיידקים אלה ועל כמעט 19,000 מקרי מוות בבתי חולים.

הטיפול בהדבקה ב- MRSA יוצר אתגר כפול: מצד אחד, עמידות בפני תרופות מתפתחת כאשר מיקרו-אורגניזמים מתפתחים ומשתנים באופן המאפשר להם להתגבר על אנטיביוטיקה.

בנוסף, המינון הגבוה של אנטיביוטיקה הנדרש על מנת לחסל זיהום כזה, פוגע ומשמיד גם תאי דם אדומים בריאים, בצד אלה הנגועים בזיהום.

מספר החיידקים הנמצאים בכל רגע נתון על גבי כף יד בודדת גדול ממספר בני האדם על פני כדור הארץ. הגילוי החדש של יבמ מאפשר למנף שיטות שהתפתחו לאורך העשורים האחרונים בעולם המיקרואלקטרוניקה ותעשיית המוליכים למחצה, על מנת ליצור מכאניזם חדש לחלוטין לאספקה והסעה של תרופות בתוך הגוף האנושי, תוך הפיכת התרופות האלה לממוקדות יותר ויעילות יותר.

אם אכן יגיעו הננו-מבנים החדשים האלה, שפותחו ע”י מדענים של יבמ, לשלב הייצור המסחרי, ניתן יהיה להזריק אותם ישירות אל גוף החולה, או למרוח אותם על פני העור, ולטפל – למשל – בזיהומי עור באמצעות מוצרים דוגמת דיאודורנט, סבון, חומר חיטוי או מטליות ניקוי. החומרים החדשים המתכלים בתהליך ביולוגי, יוכלו לשמש לטיפול בפצעים, בזיהומי ריאות כמו גם בשחפת.

איך זה עובד?

המערכת החיסונית בגוף האדם מתוכננת על מנת להגן עלינו מפני חומרים מזיקים, הבאים מבחוץ או נמצאים כבר בתוך הגוף עצמו. מסיבות שונות ומגוונות, תרופות אנטיביוטיות קונבנציונאליות רבות נדחות על ידי הגוף, או רושמות שיעורי הצלחה מוגבלים בלבד בטיפול בחיידקים ובבקטריות עמידים לתרופות. החומר שפותח על ידי החוקרים של יבמ והמכון לביו-הנדסה וננו-טכנולוגיה, מתוכנן במיוחד על מנת להתמקד באיזור מודבק, באופן המאפשר אספקה שיטתית של התרופה במקום המדוייק בו היא נדרשת.

כאשר הפולימרים האלה באים במגע עם מים, בתוך הגוף או על גבי העור, הם מרכיבים עצמם מחדש על מנת ליצור מבנה פולימרי משולב, המתוכנן על מנת להתמקד בממברנות של החיידק, באמצעות אינטראקציה אלקטרו-סטטית. כך, ניתן לחדור דרך קירות התא והממברנות, על מנת לפגוע ביעד המוגדר. האופי הפיזי הטהור של פעולת החדירה הזאת – בניגוד לפעולה כימית או ביולוגית – מונע מהבקטריה לפתח עמידות בפני הננו-חומרים החדשים. מטענים חשמליים הנמצאים באופן טבעי בתאים חשובים במיוחד בתהליך הזה, משום שהמבנים הפולימריים החדשים נמשכים רק אל אזורים מודבקים, תוך שמירה על תאי דם אדומים בריאים הנדרשים לגוף על מנת להסיע חמצן ולהילחם בזיהום.

שלא כמו רוב החומרים האנטי-בקטריאליים, החומר החדש מתפרק בתהליך ביולוגי, ומפונה באופן טבעי על ידי הגוף במקום להישאר מאחור ולהצטבר באברים השונים.

החומרים החדשים, שפותחו כאמור במעבדות המחקר של יבמ והמכון לביו-הנדסה וננו-טכנולוגיה נבחנו כבר מול דגימות קליניות של חיידקים, והוכיחו את יעילותם. מאמר מדעי המסכם את הפיתוח והמחקר הזה יתפרסם בגיליון החדש של העיתון המדעי Nature Chemistry.