עשר שאלות נורא נורא גדולות שהמדע אוטוטו מוצא להן תשובות

1. האם אפשר לייצר חומר שמתקן את עצמו?

לבעלי חיים יש יכולת החלמה. קחו מקרה, היפותטי לגמרי, של בעל חיים מסוג אדם שנדקר בעיר מסוג נתניה: לגוף שלו יש סיכוי לא רע להתאושש. התאים שבאזור הפציעה יתחלקו פעמים רבות וימלאו את המקום ברקמה חדשה, שתהווה תחליף הולם לשארית החיים. אבל מה, אין שום חומר דומם שיודע לעשות את התרגיל הזה.

הרעיון להקנות לחומר את היכולת לרפא את עצמו ולהחלים מפגיעות הקסים מהנדסים מאז ומתמיד. דוגמה אחת לשימוש אפשרי בחומר כזה היא כלי הרכב שלנו: כולם בנויים משילוב של מתכות וחומרים פלסטיים, שצוברים סדקים זעירים באופן מתמיד. כל עוד לא מופעל על החומר לחץ זה לא באמת משנה, אבל תחת מאמץ עלולים הסדקים להתרחב במהירות ולהביא לשבירה של החומר. העניין הוא שכל חומר שעומד בלחצים מתמידים ייכשל מתישהו, והדרך היחידה להתמודד עם זה כיום היא תחזוקה בלתי פוסקת והחלפת רכיבים בעת הצורך. מכיוון שעיקר הבעיה טמון ברכבות, אוניות ומטוסים, מדובר כאן בהוצאה כספית רצינית מדי שנה - שלא לדבר על סכנת חיים במקרה של רשלנות.

קבוצת חוקרים ומהנדסים בבריסטול החליטה להתמודד עם המציאות הזאת, ופיתחה חומר חדש וחזק שמסוגל לתקן את עצמו ויכול לשמש כנף מטוס. הוא בנוי על בסיס פולימרי, כלומר פלסטיק, ומשוריין בסיבי פחמן שמקנים לו קשיחות. בתוכו שיבצו המהנדסים סיבי זכוכית חלולים מלאים בדבק אפוקסי, וסיבי זכוכית אחרים המכילים קטליזטור שמקשה את הדבק. כשנוצר סדק בחומר, סיבי הזכוכית באזור נשברים - והאפוקסי והזרז זולגים אל תוך החלל שנוצר ומתקשים. תוך כמה שעות נעלם הסדק לגמרי.

ראש הפרויקט, ד"ר איאן בונד, מבטיח שזאת רק ההתחלה. עכשיו למשל עובדים החוקרים על פיתוח חומרים שבהם הגורם המתקן אינו לכוד בסיבי זכוכית בודדים, אלא נע בתוך מערכת צינוריות שקבועה בחומר, בדומה למחזור הדם שלנו. במערכת כזאת יהיה אפשר למלא מחדש או להחליף את הגורם המתקן, ולהאריך את חיי המדף של כנפי מטוסים בלא מעט שנים. שלא לדבר על קיצור חיי המדף של ההתחכמות "למה לא בונים את כל המטוס מהחומר שממנו עשויה הקופסה השחורה?".

2. האם גוף האדם מסוגל להצמיח איברים ספייר?

למרות יכולת הריפוי העצמי של גוף האדם, יש פציעות שאי אפשר להחלים מהן. טרם נולד האיש שהצליח להצמיח מחדש גפה שנקטעה, לשחזר כבד שקרס או לאחות חוט שדרה מרוסק. בשביל כל אלה התפתח תחום הנדסת הרקמות, שמעסיק היום את טובי החוקרים במדעי הרפואה.

הנדסת רקמות לא נשמעת נורא מסובכת: בסך הכל צריך לשים תאים אנושיים בצלחת גידול, לתת להם מזון ולחכות שיפתחו רקמה מלאה. אבל מכאן ועד לפרקטיקה יש פער עצום. רוב התאים בגוף הבוגר כמעט לא מתחלקים, כך שאין להם שום סיבה להתחלק בתוך הצלחת. בעיה אחרת היא שהתאים האנושיים ניג'סים מטבעם; הם חייבים תמיד להיות אחד ליד השני, להתגפף ולגעת זה בזה. בגוף זה חשוב כדי לא לפתח סרטן - מצב שבו תא אחד נוטש את אחיו והולך להצמיח כבד חדש בתוך הריאות, למשל. כדי להימנע מזה, כל תא שלא נמצא ליד תאים מהסוג הנכון מתאבד בלי לחשוב פעמיים. אבל אותה תכונה בדיוק אומרת שאנחנו חייבים למצוא דרך להחזיק את כל התאים קרובים זה לזה בתוך צלחת הגידול, או שכל מה שנקבל זה צלחת מלאה בתאים בודדים מאוד ומתים מאוד.

איור: דניס זילבר

כדי להתגבר על הבעיה פותחו פיגומים מיוחדים שעשויים ממתכות, פולימרים, ואפילו חומרים טבעיים כמו ג'לטין. ובדיוק כמו שפיגומים רגילים מחזיקים פועלים סינים ומאפשרים להם לבנות את הבניין, ככה הפיגומים שבמעבדות מחזיקים תאים במקומות הנכונים, ומאפשרים להם לבנות את הרקמה בצורה מסוימת - בתוך הפיגום ומסביבו.

האתגר הגדול ביותר בתחום הוא לייצר פיגומים שיוכלו להעביר לתאים חמצן ומזון גם כשהם תקועים עמוק בתוך הפיגום. בגוף מקבלים התאים את המזון מכלי הדם, אבל בתוך הפיגום אין כלי דם, וכל תא שאיתרע מזלו להגיע לעומק הפיגום פשוט יגווע לאיטו ברעב. כך, אחרי כמה שבועות של גדילה, נקבל רקמה חלולה מבפנים - וכמו שאפשר לשער, רקמה כזאת לא שווה הרבה.

אחד הפתרונות לבעיה הגיע מהמעבדה של ד"ר שולמית לבנברג, חוקרת בפקולטה להנדסה ביו־רפואית בטכניון (ומנחה את הח"מ במסגרת המחקר לדוקטורט, לחובבי הגילוי הנאות). ד"ר לבנברג שילבה באותו פיגום תאי אנדותל עם תאים אנושיים מסוגים שונים, והראתה שנוצרים בתוכו כלי דם קטנים. זה באמת הכיוון הנכון, אבל זה רק צעד אחד - ועד להנדסת רקמה שלמה הדרך עוד ארוכה. אם יש לכם רעיון איך לקצר אותה, אולי תעשו את המיליון הראשון ההוא אפטר אול.