כבר שנים שמנתחים מתמודדים עם האתגר של איחוי פצעים ומניעת דימומים: תפרים וסיכות מתכת הם הפתרון המוכר, אבל הם פולשניים, מכאיבים ולעיתים גם גורמים לזיהומים. עכשיו מגיעה בשורה מהטכניון - דבק ביולוגי חכם, המחקה באופן טבעי את יכולת ההיצמדות של רכיכות למשטחים רטובים, מתפרק בגוף באופן טבעי ומסוגל להידבק לרקמות השונות בתוך שניות ספורות בנוכחות נוזלים למיניהם כולל דם.
הפיתוח, שנרשם כפטנט ופורסם בכתב העת היוקרתי Advanced Materials, עשוי לשנות את פני הניתוחים ברחבי העולם. מי שמוביל את המהפכה הוא ד"ר שאדי פרח, ראש המעבדה לפולימרים פונקציונליים רפואיים מתקדמים וטכנולוגיות חכמות למתן תרופות מהפקולטה להנדסה כימית בטכניון. ד"ר פרח סיפר באולפן ynet על החזון, ההשראה מהטבע והעתיד שבו תפרים יהפכו לנחלת העבר.
צפו בריאיון עם ד"ר פרח באולפן ynet:
ראיון לאולפן - ד"ר שאדי פרח - דבק ביולוגי חכם
(צילום: מיקי שמידט)
"המחקר התחיל בהתבוננות בשאלה המדעית: איך רכיכות כמו שבלולים, חלזונות וצדפות מצליחות להיצמד למשטחים חלקים ורטובים. רצינו ללמוד מהכימיה הזו כדי להטמיע אותה בפיתוח שלנו", מסביר ד"ר פרח. "הרכיכות יוצרות קשרים עם המשטח באמצעות קבוצות כימיות של חומרים בשם קטכולים, וזה מה שמאפשר להן להיצמד גם כשהסביבה רטובה ומאתגרת. אנחנו אימצנו את אותה כימיה כדי לפתח חומר הידרוג'ל מבוסס פולימרים, שיכול לדמות רקמות ולהיקשר במהירות וביעלות תפקודית לרקמות שונות".
כאן נכנסת הבעיה העיקרית שצוות המחקר של ד"ר פרח ביקש לפתור. "אחת הבעיות המרכזיות בדבקים ביולוגיים קיימים היא הקושי להידבק בסביבה רטובה בנוסף לאי התאמה ביולוגית וייצור לא מדויק", אומר ד"ר פרח. "רוב ההידבקות הכימית נשענת על קשרי מימן בין החומר לרקמה, אבל כשיש עודף מים או נוזלי דם קשה מאוד להגיע להדבקה יציבה כי המים מתחרים על אותם קשרים ומחלישים אותם מאוד. באמצעות התהליכים הכימיים שלמדנו מהטבע הצלחנו להתגבר על המכשול הזה".
6 צפייה בגלריה
"המטרה הייתה לייצר חומר חכם שניתן גם להדפיס אותו ברזולוציה ובצורה מותאמת אישית למשתמש". ד"ר שאדי פרח
(צילום: מעבדת ד"ר שאדי פרח)
הוא מפרט: "לקחנו חומצה טאנינית - חומר שמגיע מעצים, ובמיוחד נפוץ בעץ האלון, וביצענו בה מודיפיקציה כימית ביחד עם עוד מרכיבים טבעיים. כך הצלחנו לייצר פולימרים מהסוג של הידרוג'לים שמקורם טבעי. הידרוג'ל, בהגדרה, רובו מים, והחלק הנותר מבוסס על חומרים טבעיים. זה מקל על התאים לקבל אותו כחומר ידידותי לרקמות. בנוסף, לאחר שהחומר מתכלה בגוף הוא מתפרק למרכיבים טבעיים שאינם מזיקים. לכן הוא אידיאלי לא רק כדבק ביולוגי חזק, אלא גם כחומר מתכלה שתוצרי הפירוק שלו ידידותיים לרקמה".
ארבעה מיליון מתים בשנה מזיהומים או מדימומים
אבל לא רק בהרכב החומר טמון החידוש, אלא גם באופן השימוש בו. "המטרה הייתה לייצר חומר חכם שניתן גם להדפיס אותו ברזולוציה ובצורה מותאמת אישית למשתמש, והוא מגיע עם מה שנקרא צורת-זיכרון", ממשיך ד"ר פרח. "אני יכול לקבע לו צורה מסוימת, ובתוך הגוף הוא נפתח לצורה אחרת שתוכננה מראש כמענה של טריגר פיזיולוגי בגוף. בזכות תכונה זו כל זה יכול להתרחש תוך כדי פעולה קטנה של המנתח, מה שהופך את כל התהליך לפחות פולשני וטראומטי. החומר הונדס עם הטמעת קבוצות כימיות שמאפשרות לנו להדפיס את החומר בתוך זמן קצר, ממש תוך כמה שניות.
"מדובר בחומרים שמגיבים ליצירת הידרוג'ל בתוך חמש עד עשר שניות בלבד, לאחר חשיפה לאולטרה סגול. זה מאפשר להדפיס את הג'לים ברזולוציה גבוהה, בקלות ובמהירות, וגם לשלוט בצורה שלהם. החומרים האלה הונדסו כך שיפעלו כדבקים חכמים - פחות פולשניים, פחות טראומטיים לאזור הפצע, ומתאימים גם לעצירת דימומים".
ד"ר שאדי פרח: "כ-11 מכל 100 אנשים שעוברים פרוצדורות רפואיות מפתחים זיהומים באזור החתך. זה מספר עצום, כמעט 30 מיליון איש בשנה, מתוכם לפחות ארבעה מיליון מתים בגלל בעיות של דימום או זיהומים וסיבוכים שנגרמים מהניתוחים האלה עד 30 יום לאחר הניתוח"
אבל היתרון המרכזי, מסביר ד"ר פרח, הוא היכולת לתת מענה לאחת הבעיות החמורות ביותר ברפואה: זיהומים. "החומרים האלה יודעים להתחבר לרקמות בתוך שניות בודדות, לאטום דימומים ודליפות כאטם כירורגי, וגם לעזור לפצע או לחתך להיסגר. מעבר לכך, הם מונעים זיהומים פתוגניים, שהיא בעיה מאוד רצינית.
"כ-11 מכל 100 אנשים שעוברים פרוצדורות רפואיות מפתחים זיהומים באזור החתך. זה מספר עצום, כמעט 30 מיליון איש בשנה, מתוכם לפחות ארבעה מיליון מתים בגלל בעיות של דימום או זיהומים וסיבוכים שנגרמים מהניתוחים האלה עד 30 יום לאחר הניתוח. החומר שפיתחנו הוכח כמאוד פעיל אנטיבקטריאלית נגד מגוון חיידקים. הוא הורס ומפורר את הדופן החיידקי שלהם מה שגורם לתמותם במהירות גבוהה ומונע יצירת ביופילמים פתוגניים. כך ניתן להתגבר על כל הסיבוכים הפוטנציאליים".
לפי שעה, הפיתוח החדש הוכיח את יעילותו בכמה מודלים מדעיים מקובלים כולל בחיות מודל. "למשל, השתמשנו במודל שנקרא מודל הפנצ'ר: לוקחים ריאות של כבש מחוברים לזרם אוויר, עושים בהן חור, שמים אותן בתוך אמבט מים ורואים את הבעבוע. כששמנו את החומר, הוא מיד עצר את הדליפה באותו רגע. זו הייתה התאמה מושלמת".
ערכנו ניסויים גם במודלים של מניעת דימומים בחולדות, למשל דימומים בכבד", הוא מוסיף. "מאוד חשוב לפתח חומרים שייתנו מענה על הצורך האדיר שקיים. יצרנו את החומר הזה כדי שישמש כאטם כירורגי חכם, שגם מאפשר למנתחים לשים אותו דרך חור קטן, בתהליך לא פולשני, ומיד לאטום את הפצע".
בשלב זה, מציין ד"ר פרח, הפיתוח כבר עבר את כל הבדיקות הנדרשות במעבדה. "עשינו את כל האפיון הכימי, הפיזיקלי והפיזוכימי, וגם ניסויים פונקציונליים במודלים של חיות קטנות", הוא מפרט. "בשלב הבא אנחנו מתקדמים למודלים בחיות גדולות שיכולים לדמות טוב יותר את מה שקורה בבני אדם וזהו הצעד המקדים לניסויים קליניים. התכנון שלנו הוא שכבר בשנה הקרובה נתחיל עם המודלים הגדולים, ולאחר מכן נעבור לניסויים בבני אדם".
מעבר להיבט הרפואי הקריטי של עצירת דימומים ומניעת זיהומים, לפיתוח יש גם פוטנציאל אסתטי מובהק. "המטרה היא לעזור לפצע או לחתך להיסגר עם פחות טראומה ועם פחות נזק לרקמות הסובבות", מסביר פרח. "גם ההשלכות האסתטיות, כמו צלקות, מלוות היום כמעט כל ניתוח".
