צוות של חוקרים בארה"ב פיתח חיישן ננו-אלקטרוני חדשני שמודד בו זמנית פעילות חשמלית ומכאנית בתאי לב - וסוללים את הדרך לגישות משופרות למחקרי מחלות לב, בדיקות תרופות ורפואה רגנרטיבית. אז איך בדיוק עובד החיישן? מהם היתרונות העיקריים שלו על פני הגישות הקיימות? ומהם השלבים הבאים של צוות המחקר?
חיישן ננו אלקטרוני
מחלות לב נותרות בעקשנות בראש רשימת הגורמים המובילים לתמותה אנושית, והעניין בלימודן נותר בראש סדר העדיפויות בקהילה המדעית. במהלך מחקרים כאלה, זה בדרך כלל הרבה יותר נוח לשימוש חוץ גופית רקמה שקיימת מחוץ לגוף האדם - ולהיות מסוגל לנטר כל הזמן את מצב הרקמה עם הפרעה מינימלית.
במאמץ לייעל תהליכים כאלה, חוקרים מה- אוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט ו אוניברסיטת מיזורי יצרו חיישן ננו-אלקטרוני זעיר, קטן בהרבה מתא בודד, המסוגל למדוד בו-זמנית תגובות חשמליות ומכניות תאיות ברקמת הלב. וזה עושה זאת בצורה כזו שהתא או הרקמה הנחקרים לא "מרגישים" שום דבר מוזר מחובר אליו.
מכיוון שהתגובות החשמליות והמכניות מהתאים נמצאות בקורלציה סבוכה, באמצעות תהליך הצימוד של עירור-כיווץ, המדידה בו-זמנית שלהם היא קריטית לזיהוי מנגנונים פיזיולוגיים ופתולוגיים.
בתור ראש צוות ג'ון יאו מסביר, חיישנים קיימים יכולים לזהות רק את הפעילות החשמלית או המכנית ברקמת הלב או התא. "היינו צריכים לזהות את שני האותות בו זמנית כדי לנטר טוב יותר את מצב הרקמה ולחשוף מידע מכניסטי יותר", הוא אומר.
הננו-חיישנים החדשים עשויים מחומרים אנאורגניים או אורגניים שנבדקו בקפדנות כדי להבטיח שהם תואמים ביו. החיישן משלב ננו-תיל סיליקון מוליך למחצה, קטן פי 100 מתא ואינו רעיל לתא. "תאר לעצמך שזה חבל תלוי זעיר - אם אתה מושך בו, הוא יכול להרגיש את המאמץ", מסביר יאו. "אז זו הדרך שבה הוא יכול לזהות את האות המכאני מהתאים. בינתיים, דמיינו שזה כבל מוליך, כלומר הוא יכול לזהות גם את האותות החשמליים מהתאים".
השלבים הבא
לדברי יאו, הננו-חיישנים מיוצרים כיום על מצע שטוח המבוסס על ביו-שבב, כאשר תאי לב מתורבתים למעלה. עם זאת, בעתיד, קיימת אפשרות שהם יוכלו להיות מוטמעים ברקמה בהפצה תלת מימדית.
"ניתן למקם את החיישנים במודלים של רקמות מחוץ לגוף, באמצעותם ניתן לבדוק משתנים מרכזיים כמו השפעות של תרופות, כך שהחיישן מספק משוב לגבי השפעת התרופה על רקמת הלב או התאים", מסביר יאו. "רקמת הלב מונעת על ידי מה שנקרא מנגנון עירור-התכווצות - הראשון תהליך חשמלי והשני תהליך מכני - ועלינו לנטר את שניהם כדי לתת את המשוב המדויק ביותר. חיישנים קודמים יכולים לדעת רק אחד מהם; כעת נוכל לפקח על שני התהליכים יחד".
מערכי טרנזיסטורים זעירים מתעדים פעילות חשמלית בתוך תאי הלב
במבט קדימה, יאו מגלה כי קיימת גם אפשרות שניתן לשלב את החיישנים במה שהוא מתאר כ"מצע שניתן למסירה", כך שניתן יהיה להדביק אותם על לב חי לצורך ניטור בריאות ואבחון מוקדם של מחלות.
"זה אולי נשמע מפחיד - אבל תארו לעצמכם שהכל כל כך קטן שהוא לא מכניס הפרעות ללב", הוא אומר. "השלב הבא הוא שנתרגם את שילוב הביו-שבב המישורי הנוכחי לאינטגרציה תלת-ממדית, כך שהחיישנים יגיעו לתאים במרחב התלת-ממדי. דרך אפשרית היא לשלב את החיישנים הללו על פיגום רקמה רך ונקבובי שיכול להטמע באופן טבעי ברקמה התלת-ממדית".
החוקרים מתארים את ממצאיהם ב התקדמות מדע.
