הנוסע השמיני ירפא אותך
במכון ויצמן פיתחו את הננו מחשב הביולוגי הראשון בעולם. הוא יוכל להיכנס לגוף, לאבחן את מצבו ולשחרר תרופות מתאימות לפי הצורך
טיורינג שרבט לעצמו, בעפרון ובנייר בלבד, את עקרונות המכונה שלו, אז ברמה של קונספט תאורטי, סוג של סיעור מוחות פרטי, עוד ב-1936 - הרבה לפני שעידן המחשבים פרץ בסערה לחיינו. היום המחשבים אינם רק אלו הניצבים על השולחן עם מקלדת, עכבר וצג; לא רק לפטופים, טאבלטים, צגי מגע וסמארטפונים; מחשבים מצויים סביבנו למעשה כמעט בכל מקום, הם המוח בכל התקן ומכשיר. בעתיד הם גם ייכנסו לתוך הגוף.
"כתבתי מאמר מדעי על רעיון המחשב הביולוגי", סיפר פרופ' שפירא, "אבל לא מסרתי אותו לפרסום. כשנה אחר כך, ב-1999, בכנס שהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) בבוסטון קיים ושנשא את הכותרת "רפואה בשנת 2020", הצגתי את הרעיון למחשב הביו-מולקולרי. כלומר מחשב שיורכב ממולקולות של חומר ביולוגי וייכנס ממש לתוך התא החי בגוף, יאתר ויאבחן תסמינים של מחלה עוד ברמה המולקולרית שלה ואז מיד ישחרר מתוכו תרופה.
"עקרון הפעולה המרכזי שלו היה מבוסס על'מכונת טיורינג'. אלא שזה היה עדיין בגדר'חומר למחשבה' בלבד, שאף זכה לכינוי'רופא בתוך התא'. הרעיון ספג ביקורת. עמיתי אמרו לי:'אתה אופטימי מדי. זה לא יקרה מוקדם כל כך'. שיניתי את תאריך היעד ל-2050. לא הצלחתי לפרסם את המאמר שהכנתי והוא הוכנס למגרה".
אלא שהכל קרה בקצב מואץ הרבה יותר, ממש מסחרר, מכפי שאפילו המדען הישראלי העריך: עברו קצת יותר משנתיים בלבד מאז אותו כנס בבוסטון, ופרופ' שפירא (57), עם צוות מדעני כימיה וביולוגיה ממכון ויצמן, הטכניון ועמיתיהם האמריקאים, יצרו ב-2001 את הננו-מחשב הביולוגי הראשון בעולם, ורשמו עליו פטנט.
בכפית אחת, לא יותר מ-5 מ "ג של נוזל תמיסה המכיל את החומר הגנטי ושני אנזימים, נוצרו לא פחות מ-15 טריליון מערכות חישוב מולקולריות, המבצעות 330 טריליון פעולות בשנייה ברמת דיוק של 99.9%. צריכת חשמל של המערכות היא פחות ממיליארדית ואט וכמות החום הנפלטת בתהליך עיבוד הנתונים המיוחד הזה היא 25 מיליוניות ואט בלבד. לא בכדי זכה הפיתוח בכתר "מערכת החישוב הביולוגית הזעירה ביותר בעולם" מטעם ספר השיאים של גינס.
לרגל שנת המאה לטיורינג - שתיאר מכונה שמוזנת במידע, מעבדת אותו ומפיקה פלט - פנתה האקדמיה המלכותית הבריטית לפרופ' שפירא כדי שישתתף בפרסום מדעי מיוחד שהיא תוציא לאור בימים אלו. "ואז שלפתי מהמגירה שלי את המאמר ההוא, שכתבתי לפני 14 שנה, והוספתי לו תיאור של ההתפתחויות העצומות שחלו בתחום הזה מאז. המאמר סוקר את החזון שהעליתי, מתאר את עקרונות מכונת טיורינג, את האפשרות להחיל אותם על מחשב ביולוגי - וגם מצביע על האפשרויות העתידיות המסתמנות באופק הלא רחוק כל כך".
" המחשבים הזעירים", מדגיש שפירא, "לא יתחרו בשום מחשב אלקטרוני שאנחנו מפעילים לגלישה באינטרנט. הננומחשבים הביו-מולקולריים, אלו הבנויים ממולקולות ביולוגיות ושעקרונות הפעולה שלהם מחקים תהליכים ביו-כימיים טבעיים, יהיו להערכתי הבסיס לתכנות תרופות. הם יפעלו אז בתוך התאים והרקמות בגוף, יזהו תהליכים ביו-כימיים המתחוללים בהם שמובילים להתפרצות של מחלות - ויפעלו נגדם רק במקום ובזמן שיהיה בהם צורך כדי למנוע את המחלות או להרוג תאים סרטניים.
לא רק החומרה של מחשבים אלו היא מולקולות ביולוגיות, אלא גם התוכנה המפעילה אותם. "החזון בנושא הזה הוא שתרופות אכן ניתנות לתכנות ואז הן יוכלו להיות חזקות הרבה יותר מתרופות קיימות, כי תופעות הלוואי שלהן יהיו פחותות.' תרופה טיפשה', כמו אלו שאנחנו צורכים היום, פועלת למעשה בתוך הגוף בכל מקום וכל הזמן, גם אם פעולתה אינה נדרשת. תרופה חכמה תפעל רק כשצריך. נוסף על כך, היא עטופה במעטפת חכמה ומבוססת למעשה על לוגיקה של מחשב - עקרונות טיורינג - גם ברמה המולקולרית. היא נכנס לפעולה בזמן המתאים - רק אם היא מזהה צורך לפעול. אם אינה מזהה סביבה 'בעייתית' היא לא מופעלת".
הגישה הזאת לנושא המחשוב היא מהפכנית. "מחשב הוא הרי מימוש פיזי של מודל חישובי מתמטי", אומר פרופ' שפירא. "אלא שבמקרה הזה, הננו-מחשב הביו-מולקולרי לא'ידבר' עם מפעיליו בני האדם. הוא לא ישמש לתקשורת אינטרנט. אבל אם יזהה, על-פי תכנות מראש, תנאי סביבה בתוך הגוף שלנו שבהם מתחולל שינוי שמשמעותו התפרצות קרובה של מחלה סרטנית - הוא ייכנס מיד לפעולה".
בשלב זה הננו-מחשבים הביו-מולקולריים מצויים בבחינת ההיתכנות שלהם. בתנאי מעבדה הם פועלים היטב: נכנסים לתוך תא חי, מזהים מבחוץ מצב שמחייב תגובה - כלומר מחלה - ואז התגובה היא טיפול, שחרור תרופה לחיסול גורם המחלה.
עד כמה הנושא התפתח בעשור האחרון ניתן ללמוד ממה שפרופ' שפירא מכנה "המילה האחרונה בתחום": מחקר אחר שערכו בישראל מדענים מאוניברסיטת בר-אילן והרווארד, שבו נוצר ננו-רובוט )שהוא בעצם ננו-מחשב( ראשון מסוגו, שאמור לשחרר באופן ממוקד תרופות בתוך הגוף לחיסול בררני של תאי סרטן, וזאת מבלי לפגוע בתאים האחרים ותוך צמצום משמעותי של תופעות הלוואי.
הננו-רובוט בנוי מרצף דנ"א מקופל במבנה של צדפה. כך הוא מאחסן בתוכו תרופות בממדים מולקולריים. אפשר אז לשנע אותו בתוך הגוף לרקמת היעד שתוכנתה עבורו מראש. הוא מזהה אותה - אם מדובר בסרטן - בזכות "מעגל לוגי", ורק אז משחרר את התרופה.
על הפיתוח הזה דיווחו לכתב העת סיינס הפרופסורים ג'ורג' צ'רץ' ושון דאגלס מהרווארד וד"ר עידו בצלת מבר-אילן: "יצרנו מכונה חכמה, ננו-מחשב, היודעת מתי לשחרר מתוכה תרופה. היא בעלת יכולת זיהוי ממוקדת מטרה. זוהי מכונה ביולוגית אוטונומית. תא המטען דמוי הצדפה נפתח, ומתוכו משתחררת התרופה רק אם הננומחשב, הרובוט הזעיר, מזהה סממנים ברמה מולקולרית שמעידים כי מדובר בסרטן ולא בתא בריא".
פרופ' שפירא: "מחשב אוטונומי כזה ניתן לתכנות, אבל הוא לא פועל בשלט רחוק. אין תקשורת רציפה בינו לבין משגרו בעת שהוא נע בתוך הגוף ליעדו. הכול מתוכנת מראש - והתכנות מאפשר לננו-מחשב הביולוגי' לחשוב בהיגיון', לבצע סדרת חישובים מורכבת, לקבל החלטה מושכלת: מתי, כיצד והיכן לפעול".
לפני כשנתיים וחצי זיהתה מערכת חישוב ננו-ביולוגית במעבדה של פרופ' שפירא בטיפת תמיסה בודדת מולקולות שמעידות על התחוללות תהליך סרטני, ובתגובה שחררה מתוכה תרופה שבלמה את התהליך. החידוש שהושג עתה, אומר פרופ' שפירא, מקרב אותנו שלב נוסף למימוש החזון של תרופות ניתנות לתכנות, כמו בתכנות מחשבים. השלב הבא יבוצע בעכברים ולא במבחנה. הערכה זהירה: בתוך 10-5 שנים יהיה ננו-רובוט ביולוגי ראשון לשימוש.
נא להמתין לטעינת התגובות
