דבק צדפות בשירות הרפואה

מאת: דפנה חיים לנגפורד

דבק בהשראת הצדפה יכול לסייע באיחוי כלי דם ובחיבורם – אתגר רפואי משמעותי שחברות רבות מנסות להתמודד איתו.
 

הדבקה של כלי דם מהווה אתגר משמעותי בעולם הרפואה. ההדבקה נעשית בסביבה רטובה, כשכלי הדם מלא ופועם. גם איחוי רקמה שבה הרבה כלי דם קטנים אינה פשוטה, וחתך עמוק עלול להסתיים במספר תפרים לא נעימים בכלל.  

השאיפה של רופאים ואחיות, לאחות רקמות ופצעים ללא תפרים וסיכות, הניבה מספר פתרונות עד היום. חוקרים באוניברסיטת קולומביה עשו כברת דרך בכיוון זה. הדבק המשמש את הצדפה להדבקה למשטח הסלע הימי, לספינות ולמזחים, נתן השראה לדבק רפואי, שיכול להדביק כלי דם קרועים ולחברם מחדש.

החוקרים סינתזו ג'ל, בהשראת חומצות האמינו שמשמשות את הצדפות להדבקה בסביבה רטובה ומאתגרת כמו האוקינוס. אצל הצדפה משלב הדבק שני פקטורים בעלי חשיבות להדבקה רפואית: (1) חוזק - המאפשר הדבקה של שני אלמנטים יחד ו (2) גמישות - המאפשרת לאלמנט המודבק להמשיך לתפקד בסביבתו. 

התמונה באדיבות Sharon Mollerus

 הג'ל שפותח בהשראת הצדפה הוא בעל עמידות גדולה, והוא נשאר מקובע למקום למרות הסביבה הדינאמית, המאופיינת במהירויות זרימה גבוהות, אך הוא יכול גם לנטות כקנה סוף לכיוון הזרימה. תכונות אלה מאפשרות לחומר להדביק כלי דם או לאפשר תיקון של כלי דם, בלי שיסחף בזרם הדם.

עוד עולה מהמחקר, כי כוחות הגזירה של הג'ל יכולים לסייע בחיזוק כלי דם בעלי דופן שברירית. בנוסף, על ידי יצירת חייץ בין הדם ודופן כלי הדם, יכול הג'ל למנוע דלקת, שבדרך כלל נוצרת לאחר החדרת סטנט לצורך הרחבת כלי הדם. האפליקציה הרחבה ביותר לג'ל היא מניעת סחף של פלאק בכלי דם. סחף כזה עלול לגרום להתקפי לב או לשבץ מוחי ועל כן חשיבות הפיתוח. הג'ל בהשראת הצדפה נוסה על עכברים והראה שיפור משמעותי ביציבות הפלאק בכלי הדם.

למרות שהג'ל בשלב זה מיועד לתיקון ולהדבקה של כלי דם בלבד, ואינו מותאם לטיפול בפציעות על פני שטח העור, מאמינים החוקרים שיישום נוסף - מעניין לא פחות - הוא שימוש בג'ל כחלק מעזרי חבישה שונים לזירוז תהליך הריפוי של רקמה פגועה.

מקור הידיעה

כדי להשיג את יוסיין בולט צריך עמוד שדרה של צ'יטה

מאת: מאיה גבעון

חברת בוסטון דיינאמיקס מפתחת רובוט מהיר בהשראת עמוד השידרה של הצ'יטה. בנתיים, המהירות המירבית שהרובוט מגיע אליה היא 45 קמ"ש, אך בחברה מעריכים כי הגעה למהירות של הצ'יטה אפשרית.

הצ'יטה הוא חיית היבשה המהירה ביותר בעולם. הצ'יטה, טורף ממשפחת החתוליים הוא המין היחיד מתוך חמישה מסוג ברדלס שחי כיום, בעיקר בסוואנה באפריקה, אך גם באסיה. גם תאוצתו מרשימה ביותר: הוא מסוגל להגיע למהירות של 130 קמ"ש ממצב עמידה תוך כ  20-30 מטרים(!). אך הוא אינו יכול להתמיד בריצה מהירה לאורך זמן, בגלל שגופו מתחמם במהירות, ובגלל שיכולת הקירור שלו מוגבלת וכך גם הנשימה האנאירובית בתאים שבגופו.

בניגוד לרבים ממשפחת החתוליים, הצ'יטה צד בשעות היום ומשיג את טרפו במרדף ולא במארב. על כן כל גופו בנוי למהירות: הוא מצויד ברגליים ארוכות (יחסית לבני משפחתו), כשהאחוריות, המספקות את עיקר הדחיפה, שריריות ביותר. פלג הגוף האחורי של הצ'יטה צר וחזהו עמוק. תכונה יחודית נוספת היא מבנה הטפרים בכפות רגליו: בעוד הטפרים אצל חתולים אחרים מתכנסים לתוך מעטפת עור בתוך הכפה, הטפרים של הצ'יטה חסרי יכולת תנועה. כך, בעת ריצה מהירה אחיזתו בקרקע טובה יותר.

אחת התכונות החשובות המסייעות בפיתוח מהירות היא עמוד השדרה הגמיש במיוחד של הצ'יטה. מחקר ביו מכאני הראה שתנועת עמוד השדרה בעת הריצה לא רק מסייעת בספיגת הזעזועים, אלא היא גם מוסיפה בעת ריצה מהירה כ - 20 ס"מ, עד להתארכות הצעדים לכ 7-8 מטרים. אגב, כשלושה רבעים מהמרחק נעשה ב"ריחוף", כאשר כל ארבע הגפיים נמצאות באויר.

התמונה באדיבות Malene

אבל, כמו תמיד בטבע, פיתוח יכולת אחת בא על חשבון יכולת אחרת. השקעה בהתאמת הגוף למהירות מקטינה את עוצמתו של הברדלס (צ'יטה). כוחו נמוך בהרבה לעומת הנמר, למשל, המסוגל לסחוב את טרפו למרחק גדול ולטפס על עץ כשהוא נושא טרף כבד. הברדלס משלב בין מהירות עצומה לבין כוח, שיספיק לו לגבור על הטרף בתום מרדף קצר ומהיר.

חברה פרטית בשם בוסטון דיינאמיקס, השתמשה בצ'יטה כמודל ביומימטי לפיתוח רובוט יבשה מהיר שישמש בעתיד למטרות צבאיות, או למשימות חילוץ והצלה. הרובוט מהלך על ארבע רגליים, ומחקה את עמוד השדרה הגמיש במיוחד של הברדלס. החברה ערכה נסויים באבטיפוס בתנאי מעבדה, כשהוא מחובר לכבלים, וכעת היא עובדת על דגם שירוץ באופן חופשי. הדגם הקיים הצליח כבר לשבור את שיא העולם של האצן הקובני המפורסם יוסיין בולט, כשהגיע למהירות של כ-45 קמ"ש, אך הוא עדיין איטי מאוד בהשוואה למקור ההשראה האמיתי.

למקור הידיעה:Ask nature, מסע אחר- כתבתו של נדב לוי, "המהירים ביותר"

כשחוסר מזל הופך להמצאה

מאת: דפנה חיים לנגפורד

הבנת מנגנון החדירה והיציאה של קוץ הדורבן יכולה לסייע לפיתוח מכשור רפואי טוב יותר.

מי שחווה דקירה מקוץ של דורבן יודע שברגע שהקוץ נתקע ברקמה, קשה להוציאו. בהשראת הדורבן, פיתחה חברת Angiotech   בעבר את ה Quill – חוט כירורגי לתפירת רקמות, המבוסס על מבנה העוקצים המיקרוסקופיים המאפיינים את קוץ הדורבן. בימים אלה מקווים חוקרים מ - MIT ללמוד ממבנהו הייחודי של קוץ הדורבן, ולפתח בהשראתו מכשור רפואי לשימושים נוספים.

במחקר זה, אפיינו החוקרים לראשונה את הכוחות הדרושים לקוץ הדורבן להיכנס ולצאת מהרקמה. הם יצרו מודלים מלאכותיים בעלי מאפיינים כשל קוץ הדורבן, במטרה לתכנן מחטים פחות כואבות, או דבקים שיכולים לחבר רקמות פנימיות. חשיבות חיבור אפקטיבי של רקמות נודעת בעיקר בניתוחים במערכת העיכול ובמעי, אזורים בהם אחוז גבוה (10-15%) של דליפות לאחר ניתוח.  

על מנת למצוא פתרון לחיבור הרקמות, פנו החוקרים לבחינת הדורבן הצפון אמריקאי. לדורבן זה כ - 3,000 קוצים להגנה מטורפים. הקוצים מגיעים לאורך של מספר סנטימטרים ובארבעת המילימטרים שבקצה הקוץ קיימים עוקצים מיקרוסקופיים. 

 עוקצים אלה קורעים את הרקמה ומאפשרים על ידי כך את החדירה הקלה של הקוץ – בדומה לחיתוך עגבניה בסכין משונן. לעומת זאת, במשיכת הקוץ החוצה, משמשים העוקצים כעוגנים ברקמה ומקשים על ההוצאה. הכוח הדרוש להוציא את קוץ במבנה עוקצים גדול פי ארבע מהכוח הדרוש להוציא קוץ נטול עוקצים בקצהו.

על מנת לבחון את האפשרות לפתח שיטת חיבור טובה יותר, יצרו החוקרים כעין טלאי עם קוצים ומערך עוקצים בצד אחד. הם מצאו כי האנרגיה שהיתה דרושה להסיר את הטלאי עם העוקצים הייתה גבוהה פי שלושים מהאנרגיה שהיתה דרושה להסרת הטלאי נטול העוקצים. לאור הממצאים, טלאי זה עם עוקצים יוכל לשמש בעתיד לחיבור רקמות לאחר ניתוח.

בהשראת הדורבן עובדים החוקרים בימים אלה על פיתוח התקן הצמדה מחומרים מתכלים, שיתפרקו בגוף לאחר ההחלמה.

מקור הידיעה

נישאים ברוח למחוזות רחוקים

מאת: יעל הלפמן כהן

רכב ניוד חדשני המתגלגל ברוח כעשב מתגלגל, פותח בשיתוף נאס"א למטרות של ניוד ומחקר במאדים.

עשב מתגלגל (Tumbleweed) הוא צבר של צמחים יבשים, מנותקים מהשורש, המתגלגלים ברוח. לרוב מדובר בצמח שלם, שענפיו היבשים הסבוכים יוצרים מבנה כדורי מאסיבי המתגלגל על ידי הרוח ומפיץ כך את זרעיו.

מנגנון הפצת זרעים ייחודי זה, המצטיין בתפוצה למרחק באמצעות אנרגיית הרוח, שימש מקור השראה לצורת ניוד חדשנית ופורצת דרך, שתתאים למחוזות מאדים הרחוקים.

תמונה של עשב מתגלגל. התמונה באדיבות: EdmondMeinfelder

ככל הידוע, מכוסה מאדים בסלעים ובדיונות חוליות. פני שטח אלה הם אתגר לרכב הנע על גלגלים. אחד מגלגלי הרכב "אופורטיוניטי" נתקע ב- 2005 בחול, ונשאר תקוע במאדים למעלה מחודש, עד שנמצאה דרך לחלצו.

לרכב ללא גלגלים יש יתרון בתנועה על פני שטח קשים ולא נגישים כמו עמקים. בנוסף, בגלל תנאי הגרביטציה השונים במאדים (כ- 1/3 מהגרביטציה בכדור הארץ) גם תנועה קלה תאפשר לגוף כדורי חסר גלגלים להתגלגל.

חוקרים מ- (Jet Propulsion Laboratory (JPL שבמכון הטכנולוגי של קליפורניה, ובשיתוף נאס"א, הציעו קונספט חדשני ומעניין של רכב כדורי משקל קל וחסר גלגלים, המצויד בציוד מחקר מדעי, ומונע באמצעות ה"בריזה" שבמאדים במקום באמצעות סוללה פנימית. ניצול משאבים טבעיים חוסך עלויות, כך שבאופן תיאורטי ניתן להציב צי שלם של כלי רכב כאלה במחיר של רכב גלגלי ממונע אחד. הרכב מכיל כלים המאפשרים ביצוע משימות מחקר, כמו איסוף דגימות וניתוחן. באמצעות מודל דינאמי תלת מימדי וסימולציות מחשב הודגם כיצד אפשרי חקר המאדים באמצעות רכב כזה.

בסרטון המצורף בקישור זה ניתן לצפות בהדגמה של הרכב המתגלגל.

קישור לסרטון.
כבר בשנת 2003 , נוסה אב טיפוס של רכב זה בנסיעה ארוכת טווח בגרינלנד. מצוייד בכלים ובתקשורת לווינית נע הרכב יותר מ- 80 מייל בפחות משני ימים, ושלח נתונים כל חצי שעה לתחנת קרקע ב- JPL. למרות הזמן הרב שחלף מאז ניסוי שדה זה, הפרוייקט עדיין נמצא בשלבי פיתוח במהלכם נבחנו מודלים דומים באמצעות סימולציות מחשב. גם במחוזותינו יכול להיות שימוש לרכב כזה, כאשר מטען ייעודי יכול לשמש לחיפוש מקורות מים, מתחת לקרח בקטבים או באזורי מדבר צחיחים.

עד שהאדם הראשון ינוע על מאדים ברכב כדורי המתגלגל ברוח, נסתפק במחזה השיחים המתגלגלים במחוזותינו אנו.

מקור הידיעה, ומקור נוסף

חד(ש)נות מהטבע דצמבר 2012

קוראים יקרים שלום,

שנת 2012 עומדת לקראת סיומה, וזו הזדמנות להביט אחורה על קפיצת המדרגה המשמעותית שנעשתה בתחום הביומימיקרי בארץ.

ראשית, אנו שמחים לבשר כי שיתוף פעולה בין החממות הטכנולוגיות המובילות, חממת קסניה וחממת ון-ליר יוצא לדרך בינואר 2013. כחלק משיתוף פעולה זה, חממת קסניה ו-ליר תפעל להקמת חברות הזנק בתחום הביומימקרי בישראל. יזמים בעלי רעיונות לפיתוחים טכנולוגים ביומימטים מוזמנים להגיש הצעתם לבחינת השקעה: xenia@info.co.il

במהלך שנת 2012 הרחבנו על 60 פיתוחים ומחקרים ביומימטיים חדשים בידיעון חד(ש)נות מהטבע, והמשכנו לקדם את המודעות לתחום באמצעות כתבות בעיתונות והרצאות בכנסים בינלאומיים.
השקנו את הכנס הישראלי הראשון בביומימיקרי לילדים, בשיתוף תוכנית קרב ורמת הנדיב, במסגרתו למדו תלמידי בתי ספר יסודיים תוכנית בביומימיקרי והתמודדו עם פיתוח מוצר בהשראת הטבע.
השקנו, בשיתוף עם מכללת אורנים, את שביל הביומימיקרי הישראלי, המזמן היכרות עם תחום הביומימיקרי בסביבה טבעית ובאווירת פנאי.
הרחבנו את הפעילות בספארי ברמת גן, במסגרתה נחשפים תלמידים ומבוגרים לתוכניות חינוך חווייתיות ומעשירות.

לשנת 2013 מתוכננת פעילות ענפה, הכוללת השקה של כנס בינלאומי אקדמי ראשון בביומימיקרי, בשיתוף עם המכון הטכנולוגי בחולון. הקול הקורא לכנס האקדמי יופץ בקרוב בקרב הקהילה המחקרית הבינלאומית במוסדות אקדמאיים שונים עולם.
עוד מתוכננת תערוכה בביומימיקרי בגן המדע במכון ויצמן, שתושק בקיץ הקרוב.
כנס ביומימיקרי לילדים יתקיים זו השנה השנייה ברמת הנדיב, במרץ 2013.

לראשונה, תשתתף מדינת ישראל בועדות התקינה לניסוח תקן בינלאומי ביומימטי במסגרתו פועלות קבוצות עבודה מכל העולם ליצירת סטנדרטיזציה בתחום הביומימיקרי באמצעות הגדרת טרמינולוגיות, מתודולוגיות וכלים לניהול תהליך תכן ביומימטי. יו"ר ומנכ"ל ארגון הביומימיקרי הישראלי, צפויות להצטרף השנה לועדות תקינה אלו.

לראשונה, משיק הארגון קורס מקצועי בביומימיקרי המיועד למתכננים, למהנדסים, לאדריכלים, לביולוגיים, ולאנשי ניהול והוראה, המעוניינים לשלב חשיבה ביומימטית וכלים ביומימטיים בעבודתם. לפרטים והרשמה.

בהזדמנות זו אנו רוצים להודות למתנדבים הנאמנים, המאפשרים לחזון ארגון הביומימיקרי הישראלי להתקיים – ולהמשיך לצמוח.

בברכת קריאה מהנה ושנה אזרחית טובה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי