ננו-תולעים מזהות ונלחמות בסרטן בתוך הגוף

מדענים בארצות-הברית פיתחו 'ננו-תולעים' בקנה מידה ננו-מטרי, המסוגלות לשחות בזרם הדם, להתמקד על גידולים ולחמוק ממערכת החיסון של הגוף

אחד מהחזונות הגדולים של הננו-טכנולוגיה הוא שיגיע היום בו נוכל להזריק ננו-צוללות לתוך מחזור הדם. הננו-צוללות, שיהיו בגודל של עשירית או מאית תא אנושי, יוכלו לאתר תאים סרטניים ולקטול אותם ביעילות. בסרטי המדע-הבדיוני ובציורים שופעי הדמיון אודות עידן הננו-טכנולוגיה, האומנים מדמיינים תמיד את הננו-צוללות כמכונות משוכללות המזכירות בצורתן את הלוויינים בחלל-החיצון. הן בעלות צורה גיאומטרית מוגדרת, וניחנות בדרך-כלל ברדאר, בכפות גריפה, בפרופלורים, בפלאפון סלולרי ובכל גאדג'ט מכני אחר אותו שואף האומן להוסיף לתמונה. הביולוגים והכימאים שצריכים להמציא ולעבוד עם הננו-צוללות הקיימות כיום אוהבים ללגלג על דמיונם הפרוע של אותם אומנים. הננו-צוללות המשוכללות ביותר עד היום היו עשויות מליפוזומים – מעין בועיות סבון זעירות המשנות את צורתן מרגע לרגע, ואינן דומות כלל לננו-צוללות המתוארות במדע הבדיוני והאומנותי.

אך יתכן כי דווקא האומנים קלעו הפעם למטרה. מדענים מאוניברסיטת סאן-דייגו, מאוניברסיטת סנטה-ברברה ומהמכון הטכנולוגי של מאסצ'וסטס פיתחו גירסה חדשה של ננו-צוללות המזכירות במראן תולעים זעירות המתפתלות בזרם הדם. אך מדוע דווקא תולעים?

“מנגנוני ההגנה של הגוף מזהים את רוב הננו-חלקיקים, לוכדים אותם ומסלקים אותם מזרם הדם תוך מספר דקות,” מסביר מיכאל סיילור, ראש המחקר ופרופסור לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת סאן-דייגו. “הסיבה שהתולעים האלו מצליחות לעבוד כל-כך יפה היא כתוצאה מהשילוב של צורתן ומציפוי פולימרי על פני-השטח שלהן, שמאפשר להן להתחמק מתהליכי הסילוק הטבעיים האוטומטיים. כתוצאה מכך, הננו-תולעים שלנו יכולות להסתובב בגופו של עכבר למשך שעות רבות.”

החוקרים הרכיבו את הננו-תולעים מננו-חלקיקים כדוריים של ברזל-אוקסיד, המסוגלים להתחבר זו לזו בדומה לסגמנטים של שלשול. ביחד הן יוצרות מבנים זעירים דמויי-תולעים, באורך של 30 ננו-מטר. תולעים אלו קטנות בערך פי שלושה-מיליון משלשולים רגילים. מכיוון שהן עשויות מברזל-אוקסיד, קל להבחין בהן במכשירי דימות רפואיים, ובמיוחד במכשיר ה- MRI, בו משתמשים בין היתר למציאת גידולים.

כיצד מתמקדות הננו-תולעים על גידולים בגוף? על מנת לוודא שהתולעים יגיעו בעיקר לגידולים, החוקרים ציפו את התולעים במולקולה יחודית המסוגלת להיקשר לתאים סרטניים – חלבון הקרוי F3. חלבון זה פותח במעבדתו של ארקי רואוסלאטי, פרופסור וביולוג מאוניברסיטת סנטה-ברברה. חלבון זה מוודא שהננו-תולעים יוכלו להיקשר באופן ספציפי לאיזור הגידול.

“בגלל צורתן המאורכת, הננו-תולעים יכולות לשאת מולקולות F3 רבות שנדבקות לפני השטח של הגידול,” אומר סיילור. “אפקט זה, של שיתוף פעולה בין המולקולות, משפר את יכולתן של הננו-תולעים להיצמד לגידול.”

על מנת לוודא את יכולתן של הננו-תולעים לזהות לגידולים ולהיצמד אליהם, המדענים הזריקו את התולעים לזרם הדם של עכברים בעלי גידולים, ועקבו אחר תנועתן בגוף. הם מצאו כי הננו-תולעים אכן מצטברות בגידולים ואף מסוגלות להישאר בתוך הגידולים עד 48 שעות. הצטברות התולעים בגוף העכבר איפשרו לחוקרים לראות בבהירות את מיקום הגידולים. התולעים אף הצליחו להישאר בזרם הדם למשך שעות ארוכות, בעוד שננו-חלקיקים כדוריים בקוטר דומה הורחקו מהגוף על-ידי מערכת החיסון.

“זוהי תכונה חשובה, מכיוון שככל שהננו-תולעים נשארות יותר זמן בדם, כך יש להן יותר סיכוי לפגוע במטרות שלהן – הגידולים,” אומר ג'י-הו פארק, סטודנט לתואר גבוה באוניברסיטת סאן-דייגו בהנדסת חומרים העובד במעבדתו של סיילור. פארק היה זה שגילה בשוגג כי הננו-תולעים מסוגלות להישאר במשך שעות בזרם הדם, על אף גודלן.

למרות שהחוקרים עדיין אינם בטוחים מדוע הננו-תולעים מסוגלות להישאר בדם בזמן שהננו-כדורים מורחקים ממנו, פארק סבור כי, “המבנה הגמיש והחד-מימדי של הננו-תולעת עשוי להיות אחת מהסיבות לזמן החיים הארוך שלה בזרם-הדם.”

למרות התוצאות הטובות, ברור כי יש עדיין מה לשפר בתכנון הקיים. הננו-תולעים נוטות להצטבר במידה רבה גם בכבד, ומכיוון שכך אינן יכולות להוות נשאיות אופטימליות לרעלים אנטי-סרטניים בשלב זה של המחקר. על מנת להתמודד עם בעיה זו, בין היתר, החוקרים עובדים כרגע על דרכים חדשות לצימוד מולקולות שונות לננו-תולעים, שיאפשרו להן להיות בררניות יותר לגבי האיברים אליהן הן 'בוחרות' להגיע.

“אנו משתמשים כעת בננו-תולעים להרכבת הדור הבא של ננו-מכשירים חכמים המסוגלים להתמקד על גידולים,” מסכם רואוסלאטי את המחקר ומוסיף כי, “אנו מקווים שמכשירים אלו ישפרו את הדימות הדיאגנוסטי של הסרטן, ויאפשרו טיפול ממוקד ומדוייק בגידולים סרטניים.”

חוקרים אחרים שהיו מעורבים במחקר ובפיתוח הננו-תולעים הם מיכאל שוורץ מאוניברסיטת סאן-דייגו, סאנגיטה באטיה, רופא, ביו-מהנדס ופרופסור למדעי הבריאות וג'אופרי וון-מלצאן מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס וליאנגלין זאנג מאוניברסיטת סנטה-ברברה.

לידיעה באתר אוניברסיטת קליפורניה בסאן דייגו