חוקרים בטכניון מציגים בכתב העת Nature Methods קפיצת מדרגה במיקרוסקופיית תלת-ממד של תאים בסופר-רזולוציה. המערכת החדשנית מקצרת משמעותית את זמן יצירת התמונה בתלת-ממד, וזאת באמצעות רשת נוירונים ולמידה עמוקה. החוקרים הדגימו את יעילות המערכת באופן ניסויי במיפוי תלת-ממדי של מיטוכונדריה (יצרנית האנרגיה בתא) ובעקיבה אחר טלומרים (אזורים בקצוות הכרומוזומים, האחראים בין השאר לחלוקת התאים בגוף) בתאים חיים.

את המחקר הובילו ד"ר יואב שכטמן והדוקטורנט אליאס נעמה מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית וד"ר תומר מיכאלי מהפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי.

אחד האתגרים הגדולים של הביולוגיה בימינו הוא מיפוי של תהליכים ביולוגיים דינמיים בתאים חיים בסופר-רזולוציה, כלומר בכושר הפרדה הגדול פי 10 מכושר ההפרדה של מיקרוסקופ אופטי רגיל.

ד"ר יואב שכטמן

ד"ר תומר מיכאלי

מיקרוסקופים, ככלל, מייצרים תמונות דו-ממדיות, אבל העולם הוא תלת-ממדי ולכן מידע דו-ממדי הוא מידע חסר. תמונות תלת-ממדיות מושגות כיום באמצעות סריקה שכבתית, כלומר דימות של שכבות שונות בדגימה ואינטגרציה שלהן באמצעים ממוחשבים לכדי תמונה תלת-ממדית. הבעיה היא שתהליך כזה מצריך זמן סריקה רב, שבמהלכו העצם הנחקר חייב להיות סטטי. בנוסף, במיקרוסקופיה האופטית הקלאסית מוגבלת רמת הרזולוציה (כושר ההפרדה) על ידי "גבול הדיפרקציה" שניסח הפיזיקאי הגרמני ארנסט קרל אַבֶּה בשנת 1873.

כאן נכנסת לתמונה DeepSTORM3D – מערכת למיפוי תלת-ממדי בסופר-רזולוציה שפיתחו החוקרים. לדברי ד"ר יואב שכטמן, שהוביל את פיתוח המערכת, "כדי לקבל מידע עומק מתמונה דו-ממדית אנחנו משתמשים בעיצוב חזית גל – שיטה אופטית המקודדת את העומק של כל מולקולה בצורה המתקבלת על המצלמה. הבעיה בשיטה זו היא שכשאנחנו מצופפים את נקודות האור הפלואורסצנטיות בדגימה כדי לקבל יותר מידע, הצורות השונות עולות זו על זו בצילום ופוגעות ברזולוציה המרחבית והזמנית."

הדוקטורנט אליאס נעמה קרדיט צילום ניצן זוהר, דוברות הטכניון

כדי להתמודד עם האתגר רתמו החוקרים את התחום החם של למידה עמוקה (Deep learning). הם פיתחו רשת עצבית מלאכותית – מערכת המבצעת משימות חישוביות ברמת ביצועים ובמהירות חסרת תקדים. יחד עם ד"ר תומר מיכאלי מהפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי, מומחה בתחום זה, פיתחו החוקרים רשת עצבית המתאמנת על כמות עצומה של דגימות וירטואליות ולאחר מכן יודעת לנתח את המידע הנקלט מתמונות מיקרוסקופ של דגימות ממשיות ולהפיק ממנו תמונות תלת-ממד בסופר-רזולוציה.

לדברי ד"ר שכטמן, "הטכנולוגיה החדשה מקדמת אותנו למימוש אחת השאיפות הגדולות במחקר הביולוגי – מיפוי של תהליכים ביולוגיים בתאים חיים בסופר-רזולוציה. חשוב לי מאוד שאנשי מדעי החיים יפיקו תועלת מהמכשור שלי, ולכן אני מקיים קשרים הדוקים עם ביולוגים שמסבירים לי מהם הצרכים שלהם. ברור לי שהמערכות שאנחנו מפתחים חייבות להיות ידידותיות מספיק למשתמשים שאינם מהנדסים, ואנחנו משקיעים גם בכך מאמץ בקבוצה שלי."

רשתות הנוירונים משמשות את ד"ר שכטמן לא רק באנליזה של התמונות אלא גם בשיפור המכשור. "זה אולי הכיוון העתידי המלהיב ביותר שיצא מהפיתוח הנוכחי – הרשת העצבית סיפקה לנו את התכן הפיזי האופטימלי של המערכת האופטית. במילים אחרות – המחשב לא רק ניתח את הנתונים אלא אמר לנו איך איך לבנות את המיקרוסקופ. אפשר ליישם את הקונספט הזה גם בתחומים שאינם קשורים למיקרוסקופיה, ואנחנו עובדים על זה."

במחקר השתתפו דניאל פרידמן ממרכז המחקר של גוגל וחוקרים וסטודנטים מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית, ממרכז לורי לוקיי למדעי החיים וההנדסה וממכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה בטכניון: רחלי גורדון, בוריס פרדמן, ד"ר לוסיאן וייס, ד"ר אונית אללוף, טל נאור ורעות אורנג'. המחקר נערך בתמיכת הנציבות האירופית למחקר במסגרת תוכנית H2020, גוגל, הקרן הלאומית למדע וקרן צוקרמן.

לצפייה בסרטונים המסבירים את המחקר:

הזכייה תעניק לקבוצה הזוכה מימון ראשוני, משרד בניו יורק לשנה וליווי מקצועי בשווי של 100 אלף דולר.

EnRoute מפתחת טכנולוגיה לצמצום ההוצאות הלוגיסטיות, המהוות כמעט כמחצית מתקציבם הכולל של בתי

מתן חמרה

אורי שמלה

חולים. הוצאה גדולה במיוחד קשורה בשינוע ציוד ואנשים בין יחידות באמצעות עובדים העוסקים בכך. הפתרון שפיתחה החברה הוא טכנולוגיה למעקב רציף אחר מיקומי העובדים ולניהול התנועה על סמך אלגוריתמים ייעודיים. הטכנולוגיה האמורה משפרת משמעותית את שינוע המטופלים ומפחיתה בכ-50% את ההוצאות העקיפות של בית החולים. בנוסף על כך, הטכנולוגיה תאפשר ניהול יעיל יותר של בתי חולים בעתות משבר וחירום, ובידוד יעיל יותר של חולים במחלות מדבקות כמו וירוס הקורונה.

קמפוס קורנל-טק, שבמסגרתו פועל מכון טכניון-קורנל ע"ש ג'ייקובס, נחנך במנהטן בשנת 2017 בעקבות זכייתם המשותפת של הטכניון ואוניברסיטת קורנל בתחרות שקיימה עיריית ניו-יורק. בתחרות האמורה, המתקיימת זו הפעם השישית, משתתפים מיזמים שפותחו ב- Startup Studio בקורנל-טק. המיזמים שצמחו בסטודיו מאז הקמתו גייסו עד היום סכום מצטבר יותר מ-100 מיליון יורו.

חברת Enroute הינה שיתוף פעולה ראשון מסוגו בין סטודנטים של הטכניון חיפה עם סטודנטים של מכון טכניון-קורנל בניו-יורק. שיתוף פעולה זה התאפשר בזכות קורס משותף בנושא יזמות רפואית שהועבר בסמסטר חורף האחרון, בשיאו התקיימה בבית החולים איכילוב תחרות האקתון שאורגנה על ידי חברת MindState.

מסך האפליקציה

קישורים למידע על התחרות:

https://tech.cornell.edu/news/open-studio-projects-highlight-innovation-problem-solving/

https://tech.cornell.edu/news/cornell-tech-announces-winners-of-2020-startup-awards/

https://openstudio2020.splashthat.com/

שלוש קבוצות מחקר בין-לאומיות, שבהן שותפים חוקרים מהטכניון, מובילות פרויקטים של כ-1 מיליון יורו כל אחד – מענקים מטעם האיחוד האירופי במסגרת מאגד EIT-Food, שנועד להוביל מהפכת חדשנות בעולם המזון.

פרופ' יואב ליבני

פרופ' יואב ליבני מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון מוביל פרויקט להפחתת צריכת הסוכר – אחד היעדים הראשיים של ארגון הבריאות העולמי במאבק בסוכרת ובהשמנת יתר. פרופ' ליבני והחברות פפסיקו, דנונה ואמאי-חלבונים (שנוסדה על ידי ד"ר אילן סמיש) מפתחים ממתיקים חלופיים המבוססים על חלבונים מתוקים שמקורם בפירות אקזוטיים. מאחר שחלבונים אלה מתוקים אלפי מונים מסוכר, אפשר להשתמש בכמויות מזעריות שלהם. יתר על כן, הם אינם משמינים כלל (ערך גליקמי 0) ואינם משפיעים לרעה על הבריאות או על אוכלוסיית חיידקי המעי (המיקרוביום).

"למרות יתרונות מובהקים אלה," מסביר פרופ' ליבני, "החלבונים המתוקים המופקים מפירות טרופיים אינם משמשים כיום במזון ומשקאות בשל עלות גבוהה, כמות מוגבלת ומתיקות מתמשכת שאינה קיימת בסוכר. המחקר המשותף שלנו צפוי לפתור את המגבלות האלה באמצעות ייצור החלבונים בתהליכי תסיסה ושיפור מאפייני המתיקות על ידי טכנולוגיית מיקרו-עטיפה (מיקרו-אנקפסולציה) שאנו מפתחים בטכניון במסגרת הפרויקט. אנחנו מקווים להביא לשוק פריצת דרך שתאפשר צמצום משמעותי בצריכת הסוכר בישראל, באירופה ובעולם כולו לטובת בריאות האדם."

ד"ר אבי שפיגלמן

ד"ר אבי שפיגלמן מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון שותף בפרויקט שנועד להחליף מייצבי מזון קיימים במייצבים בריאים יותר המבוססים על פקטין, המגיע ממקורות צמחיים מגוונים. מטרה נוספת של הפרויקט היא הגדלת הפוטנציאל של שימוש במרכיבי שיבולת שועל. המחקר מתבסס על טכנולוגייתUHPH , ובעברית "הִמְגוּן בלחץ אולטרה-גבוה" – תהליך שפותח במקור לצורך פסטור ועיקור של מזון נוזלי. תהליך זה מבוסס על הזרמת נוזל דרך שסתום צר בלחץ גבוה מאוד (מאות מגה-פיקסל). כוחות פיזיקליים אלה משנים את מבנה החומרים בנוזל.

כאן ישמש תהליך ה-UHPH לשינוי מבני של רב-סוכרים (הפקטין ומרכיבי שיבולת השועל), שהם הידרוקולואידים המשפיעים על צמיגות ומרקם ובנוסף מהווים סיבים תזונתיים. בפרויקט שותפים המכון הגרמני לטכנולוגיות מזון (DIL), Herbstreith & Fox ,Maspex ,ZPOW Agros Nova  ו.Glucanova- לדברי ד"ר שפיגלמן, "אנחנו מעריכים שהפרויקט יגביר את הטמעתם של הידרוקולואידים מגוונים ממקורות צמחיים בתעשיית המזון וכך ירחיב את השימוש בחומרים אלה ויספק לאוכלוסייה תזונה בריאה יותר."

פרופ' יחזקאל קשי

פרופ' גלעד יוסיפון

פרופ' יחזקאל קשי מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון ופרופ' גלעד יוסיפון מהפקולטה להנדסת מכונות מובילים פרויקט לפיתוח טכנולוגיה חדשנית למניעת הרעלות מזון – תופעה המובילה לאלפי מקרי מוות בשנה באירופה לבדה. חוקרי הטכניון חברו לשישה שותפים אירופיים (EUFIC, Grupo AN, Maspex, Energy Pulse Systems ו- University of Queen Belfast) כדי לפתח טכנולוגיה לניטור מהיר של רעלנים, ובעיקר חיידקים פתוגניים. כיום מנוטרים חיידקים אלה בתהליכי מעבדה ממושכים, ופער הזמן בין מועד הבדיקה לקבלת הממצאים מונע תגובה מהירה להימצאות פתוגנים במזון.

הפרויקט האמור יתבסס על טכנולוגיית "מעבדה על שבב" שפיתחו חוקרי הטכניון וכבר עברה אימות על דגימות ביולוגיות שונות. טכנולוגיה זו כוללת ריכוז החיידקים והגברה של רצפי הדי-אן-איי שלהם עד לקבלת אות מדיד. לדברי פרופ' קשי ופרופ' יוסיפון, "השיטה החדשה תאפשר זיהוי מהיר של חיידקים ורעלנים, ומאחר שהיא גם זולה יחסית לשיטות הקיימות היא תעודד את הגורמים המעורבים בשוק המזון לבדוק את המוצרים בתדירות גבוהה לאורך כל שרשרת האספקה. כך ינוטרו בזמן אמת חומרי גלם ומוצרים שאינם תקינים ויימנעו אירועי recall המזיקים לחברות ולתדמיתן."

הקונספט שהתפרסם בכתב העת ACS Nano מבוסס על קטילת הנגיף באמצעות קרינת אולטרה-סגול. קבוצת חוקרים בין-לאומית מישראל, מספרד ומבריטניה מציגה פתרון ישן-חדש לקטיעת מעגל ההדבקה בקורונה: חיטוי באמצעות קרינת אולטרה-סגול. החוקרים – מומחים בווירולוגיה, באימונולוגיה, באירוסולים, באדריכלות ובפיזיקה – פרסמו את הקונספט בכתב העת ACS Nano. בקבוצת המחקר חבר ד"ר עדו קמינר מהפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי בטכניון.

מגפת COVID-19, שהתפשטה במהירות ממחוז ווחאן בסין לכ-190 מדינות וגבתה עד כה את חייהם של כ-460 אלף איש ברחבי העולם, הובילה לנקיטת אמצעי מנע שונים ומגוונים. מדינות רבות הצליחו לבלום את המגפה באמצעות הפסקת טיסות בין-לאומיות ותחבורה ציבורית וסגירה של אתרים ציבוריים ובהם בתי ספר ואוניברסיטאות, מסעדות ובתי קפה, מועדוני ספורט ומקומות עבודה.

צעדי המנע האמורים אכן סייעו בבלימת המגפה, אך גבו מחיר חברתי וכלכלי משמעותי. לפיכך מנסות ממשלותיהן של "מדינות הקורונה" להחזיר את החיים לשגרה תוך הקפדה על כללים בסיסיים כגון ריחוק פיזי, שטיפת ידיים תכופה ושימוש במסכות. עם זאת, ברור כי הקירבה הפיזית הנהוגה בחללים כגון אוטובוסים ומשרדים, מסעדות וחדרי כושר, אולמות מופעים וכיתות לימוד מקשה לשמור על כללים אלה. לכן מתקיים "מירוץ חימוש" אחר כלים לחיטויין של אותן סביבות חיוניות.

ההדבקה בנגיף SARS-CoV-2 מתרחשת בעיקר באחת משתי דרכים: הדבקה "בין-אישית" באמצעות טיפות קטנות של נוזלי גוף המרחפות באוויר; והדבקה דרך משטחים מזוהמים, כלומר משטחים שחולים נגעו בהם או השאירו עליהם טיפות רוק. ההדבקה באמצעות משטחים משמעותית במיוחד בחללים סגורים, ולכן חיטוי משטחים וחיטוי האוויר בחללים כאלה הפך ליעד משמעותי במאבק בקורונה. חומרי חיטוי נמצאו יעילים בהקשר זה, אולם הם יקרים, מצריכים עבודה רבה וגוררים השלכות שליליות על בריאות האדם.

כעת, לאחר בחינה של מגוון אפשרויות, מציעה קבוצת המחקר הבין-לאומית להשתמש בקרינת אולטרה-סגול לצמצום ההדבקה ב-SARS-CoV-2. הקונספט של הרג חיידקים ונגיפים באמצעות קרינת אולטרה-סגול זיכה את החוקר הדני נילס פינסן בפרס נובל ברפואה כבר בשנת 1903, וזאת על טיפול בשחפת העור (lupus vulgaris). באופן דומה מציעים החוקרים להשתמש בספקטרום מסוים של UV-C – קרינת אולטרה-סגול הידועה בכוחה לקטול חיידקים ונגיפים – לחיטוי עצמים ומשטחים כגון כפתורי מעליות וידיות דלתות ואפילו לחיטוי האוויר במערכות האוורור בבניינים. כיום משמשת קרינה זו בחיטוי חדרי ניתוח, בחיטוי אריזות מזון ובמתקנים לטיהור מים, ומנורות המפיצות אותה הן מוצר זמין וזול. לדברי החוקרים, יישומה של קרינת UV-C בקטילת נגיף SARS-CoV-2 הוא פתרון מהיר, גמיש וזול לחיטוי של מיליוני חללי עבודה ובהם משרדים, בתי ספר, מתקני בריאות וכלי תחבורה. יתר על כן, פתרון זה, שנועד לתת מענה מיידי לאתגרי הקורונה, עשוי להועיל בעתיד כתשתית סטריליזציה סטנדרטית במבני ציבור, במערכות תחבורה ציבורית וכיו"ב.

במחקר השתתפו ד"ר עדו קמינר מהפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי בטכניון ועמיתיו במוסדות הבאים: ICFO – The Institute of Photonic Sciences ,University of the Basque Country ,University of the Basque Country ,Rovira i Virgili University ואוניברסיטת סאות'המפטון

למאמר שהתפרסם ב-ACS Nano  לחצו כאן

מסלולי התפשטות הנגיף בשגרה בסכמה פשוטה (למעלה) ובתיאור חזותי של חשיפה לנגיף בפעילויות שגרה (למטה). הצבת מנורות UV-C במערכות אוורור ובחדרים שאינם בשימוש, ללא חשיפה ישירה של בני אדם לקרינה זאת, תבלום את התרבות הנגיף. Credit: Nacho Gaubert

הסימולטור עוזר להבין את השפעת הגורמים השונים ולספק מידע על הצעדים העשויים לשנות את התמונה. מטרתו היא להנחות את מקבלי ההחלטות בבניית תמהיל נכון של צעדים בתקופת הקורונה, תוך הדגשת הנקודות הבאות:

• שקיפות מלאה: המודל המתמטי, הפרמטרים וכל התוצרים (כולל קוד התוכנה) פתוחים לציבור. כל אדם יכול להוריד את הסימולטור ולבחון את השפעת הפרמטרים השונים.
• זמינות: המודל נגיש בעזרת ממשק גרפי. לא נדרשת מומחיות או התקנת מוצר ייחודי כדי להפעיל את הסימולטור.
• בצוות הפיתוח חברים מתמטיקאים, אפידמיולוגים ומתכנני מדיניות. עם זאת, אין בצוות מומחים באפידמיולוגיה מתמטית.

הסימולטור שקוף מבחינת המודלים והנתונים, והוא זמין לשימוש הכלל. אנחנו מזמינים אתכם להתנסות בו, לבחון ולהשוות חלופות לניהול החיים בתקופת הקורונה.

הבהרה: סימולטור הקורונה מוגש כשירות לציבור לצרכים חיוניים ואקדמיים בלבד. כל שימוש בסימולטור הוא על אחריות המשתמש בלבד.

פרטים נוספים

הורדה והתקנה

מסקנות ראשונות

את הצוות מובילים חוקרי הטכניון פרופ' ניר גביש מהפקולטה למתמטיקה ופרופ' עמרי ברק מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט – שניהם חברים בתוכנית הבין-יחידתית למתמטיקה שימושית בטכניון, לצד פרופ' תמי שוחט, ששרתה עד לאחרונה כראש המרכז לבקרת מחלות במשרד הבריאות, וד"ר גל אלון, ראש מיזם הקבינט האזרחי שהקים בעבר את מערך תכנון המדיניות בממשלה. עוד שותפים ד"ר לידיה פרס הרי מהפקולטה למתמטיקה, איתמר מנוחין – בוגר תוכנית טכניון רוטשילד למצוינים בטכניון וכיום סטודנט לתואר שני באוניברסיטת תל אביב, ליהיא פרידמן, מרצה ומנהלת תכנית המצטיינים באסטרטגיה וקבלת החלטות בבי"ס לאודר לממשל, דיפלומטיה ואסטרטגיה במרכז הבינתחומי הרצליה ואופק מושקט, סטודנט לתואר ראשון בתוכנית.

הסימולטור

זאב אלקין, השר להשכלה גבוהה ומשלימה ולמשאבי מים ויו"ר ות"ת פרופ' יפה זילברשץ ביקרו ביום חמישי שעבר בטכניון. השניים נפגשו עם נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון ועם הנהלת הטכניון. הביקור התקיים במסגרת סבב ביקורים שעורך השר במוסדות להשכלה גבוהה בארץ. לביקור בטכניון התלוו סגן יו"ר מל"ג פרופ' אדו פרלמן, שהוא פרופסור אמריטוס בטכניון, וממלאת מקום מנכ"ל מל"ג/ות"ת מיכל נוימן.

השר זאב אלקין (משמאל) עם פרופ' אורי סיון נשיא הטכניון

יו"ר ות"ת פרופ' יפה זילברשץ אמרה בפגישה עם השר כי הטכניון הוא מוסד בעל היסטוריה מפוארת ותרומה אדירה למדינת ישראל. "זהו מוסד עם אתוס ניהולי מפואר, שלא ניכר במקומותינו. זה לא ברור מאליו, ואנו בות"ת מנסים להנחיל את מודל הניהול הטכניוני גם ליתר המוסדות להשכלה גבוהה בארץ. לטכניון יש מובילות אסטרטגית והוא מוביל תהליכים בראייה לאומית. התוכניות שפותחו בו, כמו למשל, התוכנית להנגשת ההשכלה הגבוהה לחברה הערבית שנבנתה על פי המודל של הטכניון אומצה על ידי ות"ת. בשנתיים האחרונות מוביל הטכניון את הרה-אורגניזציה של לימודי ההנדסה, ותוכנית זו תאומץ גם ברמה הלאומית."

נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון ערך למבקרים סיור במרכז למיקרוסקופיית אלקטרונים (מיק"א( בליווי דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים פרופ' יאיר עין אלי והציג להם את "ת'מיס" – מיקרוסקופ אלקטרונים חודר(TEM)  המספק תמונות של אטומים בודדים ומידע על מבנה החומר ותכונותיו. המיקרוסקופ, מהמתקדמים בעולם והיחיד מסוגו בישראל, מאפשר מעקב בזמן אמת אחר תהליכים דינמיים המתרחשים בחומר.

בנוסף סייר השר במעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע"ש רוברט ורות מגיד בראשות ד"ר עדו קמינר, חבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי. ד"ר קמינר הציג לשר את מחקרו פורץ הדרך שפורסם החודש במגזין המדעי היוקרתי Nature. במסגרת המחקר פיתח ד"ר קמינר מערכת מיקרוסקופייה קוונטית חדשנית והדגים באמצעותה, לראשונה בעולם, תצפית ישירה באור הנלכד בגביש פוטוני.

השר בביקור במעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע"ש רוברט ורות מגיד בראשות ד"ר עדו קמינר. מימין לשמאל : השר אלקין, פרופ' אורי סיון נשיא הטכניון, יועצת השר מוריה חלמיש וד"ר עדו קמינר.

ד"ר קמינר הגיע לטכניון מ-MIT, וכדי לאפשר לו לנהל כאן את עבודתו הניסויית השקיע הטכניון כ-4 מיליון דולר ששימשו בין השאר לבנייתה של המערכת החדשנית. בהקשר זה אמר פרופ' סיון לשר אלקין כי "הזירה האקדמית היא גלובלית, והטכניון נדרש להתמודד עם האוניברסיטאות הטובות בעולם. לשם כך עלינו להשקיע משאבים רבים, ולצערי אין כאן דרכי ביניים; אם אנו רוצים להחזיר לישראל את מיטב המוחות האקדמיים ולהימנות על האוניברסיטאות המובילות בעולם, עם מעבדות המחקר הטובות ביותר, אנו זקוקים לתשתיות המחקר המתקדמות ביותר בעולם."

פרופ' סיון הדגיש כי "למרבה הצער, בשעה שהתחרות האקדמית הגלובלית הולכת ומתעצמת, וממשלות בעולם מגדילות בהתמדה את השקעותיהן בפיתוח האקדמיה והמחקר, כאן בישראל ההשקעה הממשלתית בהקמת תשתיות מחקר זעומה."

"כדי שמדינת ישראל תוכל להמשיך ולעמוד בחזית המחקר העולמי ולהבטיח את עתידה האקדמי והכלכלי עליה ליטול אחריות ולעצור את השחיקה ביכולות המחקר של המוסדות האקדמיים הישראליים מול מוסדות אחרים בעולם. לשם כך עליה להגדיל משמעותית את ההשקעה הכספית במחקר ולאמץ עמדה ידידותית יותר כלפי קליטה של חברי סגל וסטודנטים זרים."

בהתייחס להתמודדות הטכניון עם התפשטות מגפת הקורונה אמר נשיא הטכניון כי "בעקבות התפשטות נגיף הקורונה נקלעו סטודנטים ועובדים בטכניון למצוקה כלכלית. עד כה חילק הטכניון הלוואות לסטודנטים בסכום מצטבר של כמעט 2 מיליון ש"ח והעניק פתרון דיור זמני לסטודנטים בתקופת הבחינות. רבים מחברי הסגל האקדמי הבכיר בטכניון תרמו בנדיבות לקרן הסולידריות, שצברה סכום מרשים וכבר העניקה יותר ממיליון ש"ח לעובדי הטכניון שנקלעו לקשיים עקב המצב הכלכלי הקשה. כ-50 מעבדות מחקר בטכניון התגייסו למאבק העולמי בהתפשטות המגפה מתוך מגוון גישות ואתגרים ובהם התוויית מדיניות, אבחון, העברת תרופות, טיפול מותאם אישית, בלימת מעגל ההדבקה והגנה על הצוותים הרפואיים."

הנהלת הטכניון עם השר והנהלת ות"ת.
קרדיט צילום : ניצן זוהר, דוברות הטכניון

פרופ' שחר קוטינסקי

לדברי פרופ' קוטינסקי, המבנה הבסיסי של המחשב כמעט לא השתנה מאז המחשבים הראשונים שנבנו בשנות ה-40. "המחשב הקלאסי המוכר לנו בנוי משתי יחידות מרכזיות – המעבד המבצע חישובים והזיכרון המאחסן את המידע. בשתי היחידות האלה חל בעשורים האחרים שיפור מטאורי – קצב החישוב של המעבדים עלה משמעותית וגם נפח האחסון ביחידות הזיכרון גדל דרמטית – אבל התקשורת ביניהם הפכה לצוואר בקבוק המגביל את קצב החישוב של המחשב כולו. זאת משום שהעברת המידע מהמעבד לזיכרון ובחזרה איטית משמעותית מהחישוב עצמו ואף צורכת אנרגיה רבה."

בשנים האחרונות מתמקד פרופ' קוטינסקי בכמה אפיקים לפתרון בעיית ההפרדה בין זיכרון למעבד, והמאמר הנוכחי מדגים כיצד אפשר לבצע, תוך שימוש ביחידות הזיכרון עצמן, חישובים דיגיטליים הדומים לאלה הנעשים על ידי המעבד. זאת מתוך הבנה שאם החישוב והאחסון יבוצעו על ידי אותה יחידה ייעלמו אותם "פקקי תנועה" הנוצרים במעבר בין המעבד לזיכרון.

"הניסיון לבצע חישובים ביחידת הזיכרון אינו חדש לגמרי," מסביר פרופ' קוטינסקי, "אבל מימושו הטכנולוגי מורכב ומאתגר מאוד. זאת בין השאר בשל התכונות הפיזיקליות השונות בין הרכיבים החישוביים במעבד (טרנזיסטורים) לרכיבי האחסון השונים הקיימים כיום בזיכרונות המחשב. עד כה הצליחו בקושי רב לבצע חישובים קרוב ליחידות האחסון, וכך לצמצם את העלות של העברת המידע בין היחידות. נעשו גם ניסיונות להשתמש בתאי הזיכרון לחישוב, אך לרוב מדובר בחישוב מוגבל השונה במהותו מהחישוב הדיגיטלי שמבצעים במעבד".

המסטרנט ברק הופר

חוקרי הטכניון מציגים במאמר הטמעה מוצלחת של שלושה שערים לוגיים בתוך יחידת הזיכרון שיוצרה על ידי השותפים מ-Jülich, ואף מדגימים כיצד ניתן לחבר מספרים בתוך הזיכרון. בנוסף הם מראים במאמר את היתכנותם של רכיבים לוגיים מורכבים יותר. להערכת פרופ' קוטינסקי מדובר באבן דרך משמעותית לקראת פיתוחם של זיכרונות בעלי יכולות חישוביות משמעותיות. "מזה כעשור אנחנו מפתחים תיאוריה ומדגימים בסימולציות מחשב כיצד השערים הלוגיים שתכננו יבצעו חישובים לוגיים בצורה דומה לזו שבמעבד. זוהי עבודה ראשונה שמדגימה את השיטה הזו על רכיבי זיכרון שיוצרו ונמדדו במעבדה, מעבירה את השיטה מהתאוריה אל המעשה, וכל זה תוך התגברות על הבעיות הקיימות בעולם האמיתי."

המחקר נערך בתמיכת הנציבות האירופית למחקר (מענק ERC Starting Grant) והקרן הלאומית למדע.

למאמר ב – IEEE Transactions on Electron Devices לחצו כאן

חוקרים בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון ועמיתיהם בבתי החולים רמב"ם וכרמל מציגים לראשונה את מסלול השפעתם של שיבושים במערכת הלב על התפתחות סרטנית. על פי הממצאים, כבר בשלב מוקדם של מחלת לב (קדם כשל לבבי), כשהיא עדיין אינה מסכנת את המטופל באופן ישיר, מופעל מנגנון המעודד התפתחות תאי סרטן לרבות גרורות.

פרופ' עמי אהרונהיים

את המחקר שהתפרסם בכתב העת Circulation הובילו ד"ר שמרית אברהם והפרופסורים יובל שקד ועמי אהרונהיים מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון. להערכתם עשוי המחקר  להוביל למניעה של החמרה בהתפתחות סרטנית באמצעים עקיפים – על ידי הקדמת טיפולי לב בשלב מוקדם של מחלת הלב, שבו היא עדיין אינה מסכנת את המטופל באופן ישיר.

בשנים האחרונות מתבהר יותר ויותר הקשר בין סרטן למחלות לב, וזה הבסיס להתפתחותו של תחום מחקר חדש בשם קרדיו-אונקולוגיה. בין השאר ידוע כיום שתרופות אנטי-סרטניות מסוימות יוצרות גם רעילות לבבית (Cardiotoxicity) העלולה להוביל לבעיות לב וכלי הדם ובהן אי ספיקת לב, אוטם שריר הלב, הפרעות קצב, קרישי דם ויתר לחץ דם.

הקשר בין סרטן ומחלות לב פועל גם בכיוון ההפוך – האותות שמשחרר הלב במקרה של מצוקה קרדיו-וסקולרית עלולים לעודד ולהאיץ תהליכים סרטניים. המחקר הנוכחי מגלה כי יותר מכך, אפילו שינויים ראשוניים במערכת הקרדיו-וסקולרית ובעיקר בלב – שינויים שעדיין אינם מעידים על חולי לבבי  – עלולים לעודד צמיחת גידולים סרטניים וגרורות. לדברי פרופ' אהרונהיים, "במקרה של היצרות  של המסתם האורטלי, הלב פועל כנגד לחצים גבוהים ועובר תהליך של cardiac remodeling – תכנות-מחדש של פעילותו. הלב מפריש חלבונים שבין השאר מעודדים חלוקת תאים, בדומה לחלוקת תאים בלתי מבוקרת כמו זו המאפיינת גידולים סרטניים."

ד"ר שמרית אברהם

חוקרי הטכניון לא רק זיהו את התהליך האמור אלא גם גילו את אחד הגורמים המקשרים בין ה- cardiac remodeling לחלוקה המואצת של התאים הסרטניים. גורם זה הוא חלבון מופרש בשם פריוסטין (Periostin), הממלא תפקיד מרכזי ביכולת ההידבקות של תאים ונדידתם – לרקמות שונות בגוף. הם הראו כי מצוקת לב גורמת להפרשה מוגברת של פריוסטין לזרם הדם, וזו מובילה להאצת חלוקת התאים.

המחקר נערך בשתי זרועות: האחת – עבודה על מודלים של סרטן שד וסרטן ריאות בעכברים, והאחרת – ניתוח גוף נתונים עצום של חולי לב וחולי סרטן. מדובר במידע על כ-80 אלף חולי לב, שנאסף במשך כ-18 שנה על ידי פרופ' אבינעם שירן, קרדיולוג בכיר בבית החולים כרמל. נתונים אלו עובדו והוצלבו עם מידע ממאגר הסרטן הישראלי על ידי פרופ' וליד סליבא, אפידמיולוג בבית חולים כרמל. כך אימתו החוקרים את ההשערה שבעיות לבביות, גם בשלבים ראשוניים שלהן – ובעיקר בחולים צעירים (60-40) – מעודדות התפתחות גידולים סרטניים וגרורות סרטניות ופוגעות ביכולתו של הגוף להתמודד עמם. לדברי פרופ' אהרונהיים, "בעקבות המחקר אנחנו ממליצים לשקול לטפל בבעיות לב גם בשלב מוקדם, כשהגוף עוד מתמודד בהצלחה עם הבעיה, ולא לחכות למצב אקוטי. אפשר לגלות בעיות כאלה בבדיקה פשוטה של אקו לב, ויתכן שבמקרים רבים, צינתור בשלב מוקדם יעזור לא רק ללב אלא גם ימנע התפתחויות סרטניות."

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF).

למאמר ב – Circulation לחצו כאן

חוקרים מהטכניון הדגימו לראשונה תצפית ניסויית בהסתעפות קרני אור. הממצאים התפרסמו הערב על שער כתב העת המדעי היוקרתי Nature. את המחקר פורץ הדרך ערכו הדוקטורנט אנטולי (טוליק) פצוק וד"ר מיגל בנדרס, שהיה פוסט-דוקטורנט בטכניון והיום הוא חבר סגל ב-CREOL, מכון המחקר לאופטיקה ופוטוניקה ב-UCF, בהנחייתם של נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון ופרופ'-מחקר מוטי שגב מהפקולטות לפיזיקה ולהנדסת חשמל.

כשגלים עוברים דרך תווך שיש בו הפרעות – תווך לא הומוגני – הם מתפזרים, ולעתים מתפזרים לכל הכיוונים. פיזור האור הוא תופעה טבעית המתרחשת במקומות רבים בטבע והוא, לדוגמה, הגורם לכך שהשמים נראים לנו כחולים.

פרופ'-מחקר מוטי שגב

נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון

מתברר שכאשר ההפרעות האמורות משתנות על פני מרחקים גדולים מאורך הגל נוצר דפוס פיזור ייחודי מאוד: האור יוצר ערוצים (ענפים) של עוצמות מוגברות, וערוצים אלה ממשיכים להסתעף שוב ושוב ככל שהגל מתקדם. תופעה זו נצפתה לראשונה בתנועת אלקטרונים כבר בשנת 2001, ונקראה בשם "זרימה מסועפת" (Branched Flow) בעקבות אותה תגלית הועלתה ההשערה שזרימה מסועפת תתקיים גם בסוגי גלים אחרים בטבע ובהם גלי קול ואפילו גלי ים. כעת גילו חוקרי הטכניון את התופעה האמורה בעולם האופטיקה, ודרך הניסויים באופטיקה התגלו תכונות חדשות של התופעה ורעיונות חדשים לחלוטין.

"הזרימה המסועפת של האור לא הייתה התופעה שחיפשנו מלכתחילה," אומר פרופ' מיגל בנדרס. "מטרת המחקר הייתה לעצב אלומות של לייזר בתווך שהוא מרחב עקום – קליפה כדורית דקה. הקליפה הדקה ביותר שאנו מכירים היא בועת סבון, ולכן שיגרנו קרני לייזר לתוך הקליפה המולקולרית של בועת סבון. אבל כשהצלחנו ליצור בועת סבון מספיק יציבה כך שניתן לשלוח את האור הלייזר לתוכה – גילינו להפתעתנו שהאור מסתעף בתוך הקליפה שוב ושוב כמו ענפים וענפי משנה שצומחים מעץ." עברה שנה עד שהבנו שההסתעפויות נובעות משינויים קטנים בעובי הקליפה, אשר משתנה מנקודה לנקודה. במצב רגיל שינויים כאלה מפזרים את האור לכל הכוונים, אולם מסתבר שכאשר "הפרעות העובי" האלה אינן אקראיות לחלוטין – אלא הן בעלות גודל אופייני (כמו הרים וגאיות) – האור מתפזר מהן על ידי יצירת הסתעפויות.

ד"ר מיגל בנדרס

אנטולי פצוק

במחקרם הקרינו החוקרים קרן לייזר על קרום סבון דקיק שעוביו משתנה באופן אקראי. הם גילו שכשהאור נע בתוך הקרום הוא יוצר ענפים ארוכים – זרימה מסועפת. לדברי הדוקטורנט טוליק פצוק, "באופטיקה אנחנו עובדים בדרך כלל קשה כדי לאפשר לאור לנוע כאלומת אור צרה וממוקדת, אבל כאן הופתענו לגלות שהמבנה האקראי של קרום הסבון מיקד בעצמו את האור ויצר תמונה המזכירה ענפים של עץ. הטבע מזמן לנו הפתעות, וזו אחת מהן."

"ההצלחה בהדגמת התופעה של זרימה מסועפת של האור באופטיקה פותחת דרכים חדשות לחקירה ולהבנה של תופעות גליות," אומר פרופ' אורי סיון, נשיא הטכניון חבר סגל בפקולטה לפיזיקה ומחזיק הקתדרה ע"ש ברטולדו באדלר, "שום דבר אינו מלהיב יותר מגילוי של תופעה חדשה בטבע, וזו ההדגמה הראשונה של התופעה האמורה בגלי אור. מסתבר שכשהטבע מחייך אפשר לגלות תופעות מרתקות במערכות פשוטות מאוד, ולשם כך עלינו רק להיות קשובים מספיק. היה כאן מאמץ משותף של חוקרים מתחומים שונים, עם השקפות שונות ורקע שונה, שהוביל לגילויים מרתקים."

"ההצלחה בתצפית על זרימה מסועפת של האור פותחת אפשרויות חדשות במחקר, החל באפיון התווך שבו האור מתקדם בדיוק רב מאוד וכלה במעקב מדויק אחר ענפים אלה ולימוד תכונותיהם," הוסיף פרופ' סיון.

"יש כאן תגלית מדעית שפורסמה על שער מגזין Nature בזכות העובדה שהיא פותחת תחום חדש באופטיקה, אפילו שכרגע אין לה יישומים מיידיים," אמר פרופ'-מחקר מוטי שגב, מחזיק הקתדרה ע"ש ד"ר בוב שילמן וחבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים. "הסיפור של התגלית הזאת מעניין מאוד – הסטודנט טוליק חיפש דבר אחד וגילה תופעה אחרת לגמרי, ובמקום להתעלם ממנה ולהמשיך בחיפוש הראשוני הוא שאל את עצמו, ואותנו, מה קורה כאן. כך אני מלמד את הסטודנטים שלי לעבוד – תמיד להתבונן בעובדות הניסוייות כפי שהן ולא להתעלם מתופעות שאנחנו רואים ומתקשים להסביר. טוליק ומיגל הצליחו לשפר את מערכת הניסוי משמעותית, למדו לייצב את בועות הסבון כך שלא התפוצצו למרות הסיב האופטי הדוקר אותן (דרכו האור מוכנס לבועה), עד לרמה שאפשרה לבודד את הפיזיקה שפועלת כאן. נדרשה לנו עוד שנה שלמה כדי להבין שאנו רואים בעצם זרימה מסועפת של האור (Branched Flow of Light), תופעה שמעולם לא נחקרה בהקשר של גלי אור."

לדברי פרופ'-מחקר שגב, "בעקבות התצפית הזאת נוכל לחשוב על המון כיוונים חדשים. לדוגמה, שליטה בהסתעפות האור כדי לשלוט בזרמים בתוך נוזל, או שילוב של סבון וחומר פלורוסנטי שיהפוך את הענפים למקורות לייזר זעירים, או שימוש בקרום הסבון כפלטפורמה לחקר התנהגות גלית. המחקר פורץ הדרך הזה יכול להוביל למחקרי המשך מגוונים בתחומים רבים, וכפי שנהגנו פעמים רבות בעבר, גם כעת אנחנו שואפים לחקור וללכת למחוזות שאיש עוד לא ביקר בהם."

פרויקט המחקר נמשך כעת במעבדותיהם של פרופ'-מחקר שגב ופרופ' סיון בטכניון, ובמקביל במעבדתו החדשה של פרופ' מיגל בנדרס ב-UCF. המחקר נערך במכון למצב מוצק בשיתוף עם מכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה (RBNI) בטכניון.

למאמר ב- Nature לחצו כאן

לסרטון המסביר את המחקר:

תמונות מיקרוסקופ של קרום-נוזל כפלטפורמה לתצפית בזרימה מסועפת של האור:

תמונות מיקרוסקופ של קרן לייזר באורך גל של 532 ננומטר המתקדמת בתוך קרום סבון:

נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון בירך על המינוי והודה לפרופ' לביא על הסכמתו לשמש יו"ר אגודת ידידי הטכניון בישראל. "בתקופה המאתגרת שבה אנו נמצאים היום," אמר הנשיא, "חשוב שנתרכז בחיזוק בסיס הטכניון בישראל באמצעות הידוק הקשרים עם התעשייה הישראלית ועם בוגרי הטכניון לדורותיהם, כדי שנבטיח את המשך המובילות המדעית-מחקרית של הטכניון בארץ ובעולם." פרופ' סיון הודה בחום בשם משפחת הטכניון לאלוף (מיל') חגי שלום, יו"ר אגודת ידידי הטכניון היוצא, על פועלו לקידום האגודה.

"לפני 45 שנה קשרתי את גורלי בגורל הטכניון," אמר פרופ' לביא בעקבות ההודעה על מינויו. "כאן התפתחתי כחוקר וכמחנך וכאן התקדמתי בשדרת הניהול הטכניונית עד לתפקיד המחייב של נשיא הטכניון. אני גאה להיות חלק ממשפחת הטכניון – משפחה שכל חבריה עתירי הישגים, מחויבים למדע ולהשכלה, אנשים שאכפת להם זה מזה, מהמדינה שבה הם חיים ומבני אדם בכל מקום שיהיו בו. לטכניון תפקיד מרכזי בפיתוח המדינה וביצירתה של תעשייה הייטק בעלת שם עולמי. לאגודת הידידים של הטכניון בישראל תפקיד חשוב ומרכזי בשמירה על המשך היותו מוסד אקדמי מוביל בארץ ובעולם. בתור יו"ר אגודת ידידי הטכניון בישראל אפעל לחזק את הקשר בין הטכניון לבוגריו ולתעשייה הישראלית."

"היום, יותר מתמיד, אנו זקוקים לעזרת ידידי הטכניון בישראל," אמר פרופ' אלון וולף, סגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים. "היכרותו העמוקה של פרופ' לביא את הטכניון על כל שלוחותיו בארץ ובעולם תסייע לנו לקדם ולפתח קשרים עם תורמינו גם בישראל."

פרופ' לביא, מומחה בעל שם עולמי לחקר השינה, הוא יזם שנמנה עם מייסדי "איתמר מדיקל" וחברות נוספות בתחום ההנדסה הביו-רפואית. לפני מינויו לנשיא הטכניון הוא שימש בתפקידים בכירים אחרים ובהם דיקן הפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט וסגן נשיא הטכניון לקשרי ציבור ופיתוח משאבים. ב-2015, במקביל לכהונתו כנשיא הטכניון, הוא התמנה ליו"ר ור"ה (ועד ראשי האוניברסיטאות). במרוצת השנים היה פרופ' לביא מעורב, כמומחה עולמי בתחום השינה, בכמה החלטות ציבוריות משמעותיות ובהן ביטול שעת האפס בבתי הספר היסודיים, הנהגת שעון הקיץ, הארכת משך השינה המינימלי בצה"ל והפעלת הגל השקט בתקופת מלחמת המפרץ הראשונה. מינויו ליו"ר אגודת ידידי הטכניון בישראל נכנס לתוקף מיד עם אישורו פה אחד ב-23 ביוני.

אגודת ידידי הטכניון בישראל, המנוהלת על ידי עפר שמחוני, פועלת לחיזוק הטכניון ולהמשך צמיחתו ופיתוחו. זאת באמצעות גיוס תמיכה בפרויקטים אסטרטגיים בטכניון מבוגרים, מחברות בתעשייה, מקרנות פילנתרופיות ועוד.

חוקרים מהטכניון ועמיתיהם בגרמניה מציגים שיפור משמעותי ביעילותם של תאים ביו-סולריים המפיקים חשמל ודלק באמצעות אנרגיית שמש. החוקרים הם ד"ר דביר הריס ופרופ' נעם אדיר מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון ועמיתיהם פרופ' מרק נוואצ'יק וד"ר פולקה הרטמן מ-RUB (Ruhr-Universität Bochum). המאמר פורסם בעמוד השער של כתב העת Journal of Materials Chemistry A.

פרופ' נעם אדיר

פיתוחם של מקורות אנרגיה מתחדשים ובני-קיימא הואץ בעשורים האחרונים, וזאת בעקבות ההכרה בנזקי השימוש בדלקים מחצביים כגון פחם ונפט. עם זאת, בדומה להפקת דלקים מחצביים, גם הפקה של דלקים מתחדשים כגון מימן מצריכה השקעה אנרגטית גדולה, ולכן השאיפה היא להשתמש לשם כך במקור האנרגיה הבלתי נדלה – השמש.

מאחר שבמהלך האבולוציה התפתח בחיידקים, באצות ובצמחים שונים מנגנון יעיל מאוד להפקת אנרגיה מקרינת שמש – תהליך הפוטוסינתזה – אחת המגמות בהפקת אנרגיות מתחדשות כיום היא פיתוח תאים ביו-סולריים המבוססים על תהליך זה. תאים אלה משלבים בתוכם מערכות טבעיות להמרת אנרגיה, ואחת מהן היא  PSII- אשכול-חלבונים גדול המפרק מים לאלקטרונים, פרוטונים וחמצן (כתוצר לוואי) באמצעות אנרגיית השמש.

חסרונה של מערכת PSII בכך שהיא יודעת לקלוט ולנצל תחום (ספקטרום) צר של קרינת השמש, ולכן אינה מנצלת את מלוא הפוטנציאל של משאב זה – למשל האור הירוק, המהווה כמחצית מספקטרום האור הנראה. כדי להתגבר על כך צימדו חוקרי הטכניון את PSII לפיקוביליזום – קומפלקס חלבונים ייחודי הנמצא בציאנובקטריה, שהיא אורגניזם ימי נפוץ המייצר את האנרגיה שלו באמצעות פוטוסינתזה. הפיקוביליזום התפתח באופן המאפשר לציאנובקטריה לקצור גם את הקרינה שמערכת PSII אינה יודעת לקלוט, ולהעביר אותה ל- PSIIלהמשך שימוש. שילוב זה של שתי המערכות לא שוחזר עד כה במערכות מלאכותיות.

ד"ר דביר הריס

כעת, לראשונה, צימדו חוקרי הטכניון ו-RUB את ה-PSII והפיקוביליזום במערכת הנדסית אחת המהווה פוטואנודה – אלקטרודה רגישה לאור. יתר על כן, הם הדגימו בניסויים את יעילותה של הפוטואנודה בהמרת קרינת השמש, לאורך כל הספקטרום של האור הנראה, לאנרגיה חשמלית. לדברי פרופ' אדיר, "אנחנו מתכוונים להמשיך בפיתוח המערכת כדי להאריך את תוחלת החיים של מרכיביה הביולוגיים ואת ניצולת האנרגיה. להערכתנו, פוטואנודות PSII-פיקוביליזום עשויות להפוך לאמצעי מקובל להפקת אנרגיה ולהאיץ את השימוש באנרגיה מתחדשת."

המחקר מומן על ידי הקרן לשיתוף פעולה ישראל-גרמניה בנושא ננו-אופטו-ביואלקטרוניקה במסגרת הקרן הלאומית למדע בישראל והקרן הגרמנית למדע (DFG).

למאמר ב  – Journal of Materials Chemistry A לחצו כאן

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת תל אביב גילו את דפוס-התזמון המפתיע של תנועת זרועות האלמוגים, המעניק להם יתרונות משמעותיים באספקת חמצן ומזון. את המחקר, שהתפרסם ב-Proceedings of the Royal Society B, ערכו פרופ' אורי שביט והסטודנט דרור מלול מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ופרופ' רועי הולצמן מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב.

זרועות הציד של אלמוג Dipsastraea favus . צילום : אור בן צבי

אלמוגים הם בעלי חיים ימיים המתקיימים כשהם מקובעים למצע ולכן אין להם אפשרות לשוטט בחיפוש אחר מזון. ככאלה, הם תלויים בזרימת המים החיונית לאספקת מזון וחמצן וסילוק חומרי פסולת. גוף האלמוג אומנם מקובע לקרקעית, אך את גופו מעטרות זרועות ציד הנשלחות אל המים שסביבו. האלמוג משתמש במערכת השרירים המוגבלת ש

פרופ' אורי שביט מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון

לו ובמערכת שאיבה פנימית כדי לכנס את זרועותיו כדי לתפוס טרף או כדי להתגונן מפני טורף, אבל הוא אינו מסוגל להניע את הזרועות מצד לצד.

חוקרי הטכניון צילמו את זרועות הציד בתנועתן בים ובמתקן גלים במעבדה שבמכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת, וגילו להפתעתם כי תנועת הזרוע אינה פסיבית, כלומר אינה נעה בהשפעת הגלים בלבד, אלא מקדימה את תנועת הגלים. לדברי פרופ' שביט, "בניסויים מדדנו את תנועת זרועות הציד ואת מהירות המים בסמוך להן, והופתענו לגלות שיש כאן דפוס מתוחכם ולא אינטואיטיבי – זרועות הציד נעות בתדירות זהה לתדר הגלים, כלומר באותו קצב, אבל הן מקדימות את הגל ברבע זמן מחזור וכך יוצרות הפרש פאזה. התוצאה הייתה מסקרנת כי היה לנו ברור שלאלמוג אין מערכת שרירים שיכולה לקיים תנועה יזומה."

המחקר מראה כי כאשר המים נעים הצידה, הזרוע האלסטית נעה איתם ו״נדרכת״; וכאשר זרימת המים נחלשת, הכוח האלסטי מחזיר את הזרוע למרכז לפני שמהירות המים משנה את כיוונה. באמצעות משוואות מתמטיות, סימולציות ומדידות נוספות גילו החוקרים כי הפרש הפאזה וההגברה של התנועה היחסית בין הזרועות והמים מביאים לשיפור של עשרות אחוזים בשלושה תפקודים חשובים: הגדלת כמות החמצן שהוא קולט בלילה; הרחקת עודפי החמצן בזמן הפוטוסינתזה ביום; והגדלת כמויות המזון (פלנקטון) שהוא צד. צילום תנועות הזרוע של מינים אחרים הראה כי מנגנון זה אופייני לכלל זרועות האלמוגים. לדברי דרור מלול, "בסביבה הצפופה והתחרותית של השונית, כל מנגנון שיספק לאלמוג יתרון על פני שכניו עשוי לקבוע מי ממיני האלמוגים ישרוד. עד היום נחשפו מנגנונים ביולוגיים רבים שמסייעים לאדפטציה לסביבת השונית המורכבת, אבל הדרך להבנה מלאה של המנגנונים הפיזיקליים עוד ארוכה."

דרור מלול מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית

פרופ' רועי הולצמן מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב

בעקבות התגלית התמקדו החוקרים בסוגיות הבאות: לימוד המנגנון שיוצר את הפרש הפאזה, וזאת על ידי פיתוח מודל דינמי לחישוב התנועה המחזורית של זרועות האלמוגים; פיתוח שיטת מדידה של התכונות האלסטיות של הזרועות; וחקירה של המנגנונים שמקנים לאלמוגים יתרונות בהקשרים של חילוף חומרים עם המים, זאת על ידי פתרון נומרי של זרימת המים ותנועת המומסים לשם חישוב שטפי הכניסה והיציאה בתלות במהירות המים והפרש הפאזה. בין השאר הם גילו כי הפרש הפאזה מאפיין את כלל האלמוגים וכן בעלי חיים אחרים המקובעים למצע.

למאמר ב- Proceedings of the Royal Society B לחצו כאן

לסרטון המציג את המחקר:

חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת ייל הציגו בכתב העת Nature Nanotechnology מתווה לפיתוח טכנולוגיה חדשנית לסינון סלקטיבי של מים. הטכנולוגיה צפויה להאיץ, לשפר ולהוזיל תהליכי התפלה וטיפול במים ולקדם פיתוחים ברפואה, בייצור אנרגיה ובתחומים נוספים.

פרופ' מנחם אלימלך (מימין) וד"ר רזי אפשטיין

המחברים הראשיים של המאמר הם ד"ר רזי אפשטיין, חבר סגל חדש בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון, ופרופ' מנחם אלימלך מאוניברסיטת ייל שהנחה אותו בפוסט-דוקטורט.

פיתוחן של טכנולוגיות סינון סלקטיביות הוא קפיצת מדרגה בתהליכי ממברנות – גישה שמיושמת רבות בהתפלה, כלומר בהפרדת מלחים ממים. התפלה ממברנלית, הידועה גם בשם "אוסמוזה הפוכה", החליפה הודות ליתרונותיה את ההתפלה התרמית המבוססת על אידוי ומצריכה השקעה אנרגטית עצומה.

בעולם ההנדסה והמים, אוסמוזה הפוכה היא טכנולוגיה המשמשת כבר יותר מחמישים שנה להתפלת מים ולשימושים אחרים, וזאת באמצעות ממברנות פולימריות. למרות ההתפתחויות והשיפורים בתחום זה, ממברנות אלה עדיין מוגבלות מאוד בביצועיהן, בין היתר בהקשרים של סינון סלקטיבי.

לדברי ד"ר אפשטיין, "סינון סלקטיבי הוא יעד מבוקש כל כך מכמה סיבות. ראשית, מהסיבה הבריאותית – תהליך התפלה או טיפול סטנדרטי (לא סלקטיבי) מוציא מהמים גם מינרלים שאנחנו רוצים שיישארו, בעיקר בשל ערכם התזונתי. שנית, מההיבט הסביבתי – ככל שהסינון יותר גורף ופחות סלקטיבי, אנחנו זורקים תמלחת מרוכזת יותר ורבה יותר הפוגעת בסביבה. שלישית, מהסיבה הכלכלית – במים יש חומרים יקרי ערך, למשל ליתיום, שאם תוכל להפריד ולשמור אותם – תרוויח. בשורה התחתונה – סלקטיביות היא יעד הגיוני וחשוב, והוא גם רלוונטי לתהליכים שאינם קשורים לטיפול במים – בהפקת אנרגיה, ברפואה ובחישה של חומרים שונים."

אף שממברנות סלקטיביות מעסיקות קבוצות מחקר רבות בעולם, יעילותן עדיין אינה משביעת רצון. "כאן," אומר ד"ר אפשטיין, "בא לעזרתנו הטבע, שפיתח באינסוף שנות אבולוציה מנגנוני סלקטיביות יעילים להפליא. אחד התהליכים הללו, למשל, מתרחש בתעלות היונים (ion channels), הנמצאות בקרומיהם של תאים חיים ומשמשות מסנן מולקולרי של יונים."

דוגמא בולטת ומעוררת השראה לתעלת יונים סלקטיבית היא תעלת האשלגן – מעין "סלקטורית" המאפשרת כניסה ליוני אשלגן בלבד. פעילותה מבוססת בין השאר על העובדה שמולקולות האשלגן, במצבן הרגיל, עטופות במים ולכן הן "שמנות" מכדי להיכנס לתעלה. כדי להיכנס לתעלה הן חייבות להשיל מעליהן את מולקולות המים, והן עושות זאת בתהליך של התייבשות (dehydration). תהליך זה מקל על תעלת היונים לזהות את יוני האשלגן, להבדיל בינן למולקולות דומות כגון סודיום, ולאפשר רק ליוני האשלגן לעבור דרכן באמצעות אתרי קישור (binding sites) ייעודיים.

ייצורן של ממברנות סלקטיביות מלאכותיות נבחן כיום בכמה אפיקים, הן בשיפור של ממברנות סטנדרטיות (פולימריות) והן ביצירה של ממברנות חדשות לגמרי מחומרים חדשים כגון גרפין ושפופרות פחמן. במעבדה החדשה של ד"ר אפשטיין בטכניון נבחנות כל האפשרויות, אבל הוא מעריך שהפתרון היעיל יימצא בשיפור של ממברנות פולימריות ומקווה שהמאמר הנוכחי יעניק דחיפה לפיתוח התחום ולהאצתן של ממברנות סלקטיביות למגוון תחומים.

ד"ר רזי אפשטיין, יליד עמק יזרעאל, השלים תואר ראשון ושני באוניברסיטת בן גוריון ותואר שלישי בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון בהנחיית פרופ' מיכל גרין. הוא הצטרף לסגל הטכניון באוקטובר 2019 אחרי פוסט-דוקטורט בייל, שם החל במחקריו בטכנולוגיות סינון סלקטיביות.

המחקר נתמך על ידי משרד האנרגיה האמריקאי.

למאמר ב- Nature Nanotechnology  לחצו כאן

תל-אביב וחיפה, 15 ביולי 2020 – בהמשך לשיתופי הפעולה האסטרטגיים שיצרה טבע עם מכון ויצמן למדע ואוניברסיטת תל אביב וחוקריהם מוקדם יותר השנה, במסגרת הפעילות הגלובלית של טבע עם שותפים אקדמיים נבחרים פעילות "טבע אקדמיה" ממשיכה להתרחב. בחודשים האחרונים נחתמו כמה שיתופי פעולה עם הטכניון בתחום האימונותרפיה לסרטן ולמחלות מערכת העצבים. זאת, גם בצל משבר הקורונה, כאשר במהלך החודשים האחרונים המחקר המשותף צבר תאוצה, והחוקרים בטכניון פועלים לקידומם של המחקרים בסיוע קבוצות מחקר ופיתוח של טבע מהארץ ומהעולם.

הפרויקטים החדשים שנחתמו לאחרונה מתמקדים בפיתוח שיטות אימונותרפיות חדשות בתחומי הסרטן והמוח. צוותי חוקרים מטבע ומהטכניון עורכים מחקר משותף לבדיקת יעילותם של טיפולים אימונותרפיים חדשניים על ידי נוגדנים או תרפיה תאית במודלים ייחודים לטיפול בסרטן, פרקינסון ומיגרנה. כך למשל משלבים הפרויקטים טכנולוגיות מתקדמות לפיתוח נשאי תרופות חכמים שיוכלו להגיע למוח או לגידולים סרטניים, הפעלה של אזורי פעילות רלוונטיים במוח ובחינת השפעתם על הפריפריה העצבית ומערכת החיסון, וחקר השפעת המיקרוביום (הסביבה החיידקית הקיימת בתוך גוף האדם) על התפתחות מחלת פרקינסון. הפרויקטים משלבים הנדסת נוגדנים וחלבונים וכן אנליזות חישוביות מתקדמות של המערכת החיסונית והחיידקית.

עוד יצוין, כי בתמיכת רשות החדשנות ניתנו השנה שלושה מענקי "נופר" לחוקרים מהטכניון המהווים חלק משיתוף הפעולה עם טבע, ובימים אלה בוחנת הרשות שיתופי פעולה דומים נוספים. בסה"כ החלו בחודשים האחרונים שישה פרויקטים משותפים לחוקרי הטכניון וטבע כחלק מהשת"פ המחקרי. בנוסף, שמונה סטודנטים מצטיינים מהטכניון נבחרו לפורום הסטודנטים הארצי של טבע המכונה The National Forum for Bioinnovators by Teva, וכולל מלגות והכשרות מקצועיות ואישיות לסטודנטים ולמנחים שלהם במטרה לחבר אותם לעולם הפארמה.

פרויקטים אלה, אשר מנוהלים דרך מוסד הטכניון למחקר ופיתוח מהווים נדבך משמעותי בתוכנית שיתופי הפעולה שטבע יזמה ומקדמת עם האקדמיה הישראלית, שיתופי פעולה שנחשפו במהלך השנה האחרונה. כדי לאתר את אותם שיתופי פעולה ביצעה טבע תהליך עמוק לאיתורם ולמיפויים של שותפי מחקר פוטנציאליים ובחנה כ-400 מעבדות באקדמיה הישראלית וכ-90 סטארטאפים בתחום הביולוגיה. מתוכם בחרה חברת טבע ב-15 שיתופי פעולה אסטרטגיים עם קבוצות מחקר מובילות באקדמיה בישראל, שהחבירה אליהן יוצרת ערך משמעותי ואסטרטגי הן למוסדות האקדמיה והן לטבע. יש לציין, שהתהליך נמשך כל העת ועתיד להתרחב במהלך השנה.

לדברי ד"ר דנה בר-און, מובילת הפרויקט ומנהלת קשרי אקדמיה בטבע, "שיתוף הפעולה עם הטכניון הוא אחת מאבני הבניין המרכזיות של תכנית קשרי האקדמיה של טבע – בישראל ובעולם. לאחר מיפוי אינטנסיבי מצאנו בטכניון חוקרים ושותפים מובילים למחקר ופיתוח משותפים גם בשלבים המוקדמים. שילוב הכוחות של האקדמיה עם טבע תופס תאוצה בימים אלה למרות העיכוב שנגרם עקב התפשטות הקורונה וסגירת חלק מהפעילות באוניברסיטאות. אנו מאמינים כי הפרויקטים יבשילו בשנים הקרובות וחלקם יוכלו להיכנס ל-pipeline העתידי של טבע".  

"שיתוף פעולה בין חוקרי הטכניון לחוקרי טבע כבר נשא בעבר פרי והביא לפיתוחה של התרופה אזילקט", אמר פרופ' קובי רובינשטיין, המשנה לנשיא הטכניון למחקר. "הטכניון מעודד ומקדם קשרי תעשייה ואקדמיה על בסיס שוטף לטובת קידום המחקר והכשרת הסטודנטים שלו. אני מברך על שיתוף הפעולה המחקרי עם חברת טבע ומשוכנע שיוביל לפיתוחים חדשניים בתחום הפארמה לטובת האנושות כולה."

אודות טבע אקדמיה

המחקר והפיתוח של טבע בתחום האינובטיבי (תרופות מקור) צמחו בישראל החל משנות השמונים מתוך שיתוף פעולה פורה עם האקדמיה הישראלית. כתוצאה מכך פיתחנו תרופות מרכזיות בפורטפוליו מוצרי המקור של החברה אשר ממשיכות עד היום להשפיע לטובה על בריאותם ולשפר את חייהם של מטופלים רבים ברחבי העולם. טבע, שהינה חברה גלובלית הפועלת בכ-60 שווקים, רואה חשיבות אסטרטגית בבניית שיתופי פעולה מדעיים עם מוסדות אקדמיים מובילים, ובפרט עם האקדמיה הישראלית, ומאמינה כי מערכת יחסים הדוקה עם האקדמיה עוד מהשלבים המוקדמים תוכל להוביל לפיתוח תרופות מתקדמות וטכנולוגיות חדשניות לטובת המטופלים ברחבי העולם.

הפעילות האקדמית של טבע העולמית מנוהלת מישראל על ידי צוות מיוחד לעניינים אקדמיים בחטיבת המחקר והפיתוח של החברה בהובלת ד"ר דנה בר-און. במסגרת זו, טבע תומכת בשיתופי פעולה עם האקדמיה, שותפה לקונסורציומים גלובאליים המשלבים תעשיה ואקדמיה, וכמו כן תומכת בוועידות מדעיות, מלגות סטודנטים, התמחות של דוקטורנטים ופוסט-דוקטורנטים בטבע, ופרסומים מדעיים משותפים עם מוסדות אקדמיים.

בחודשים הקרובים תצא לדרך יוזמה משותפת של התאחדות הקבלנים בוני הארץ והפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון, שבמסגרתה יעברו הסטודנטים להנדסה אזרחית התמחות מעשית (פרקטיקום) באתרי בנייה בארץ.

היוזמה הייחודית נועדה לחשוף סטודנטים בשנת לימודיהם השלישית לעולם הבנייה, להפגיש אותם עם בכירי הקבלנים ולחבר אותם לטכנולוגיות בנייה חדשות. היוזמה נולדה לאור המחסור במהנדסים מוכשרים בענף הבנייה והודות לנכונותה של התאחדות הקבלנים בוני הארץ להירתם לאתגר.

הפעילות שתתקיים בחודשים אוגוסט-אוקטובר 2020 הוגדרה כפיילוט, שבמסגרתו ייחשפו הסטודנטים לפרויקטי בנייה בכל שלביהם ורובדיהם. לשם כך תגייס ההתאחדות חברות בנייה שישתתפו בתוכנית.

במסגרת הפיילוט החדשני, כל סטודנט או קבוצת סטודנטים ישובצו לפרויקט מסוים ויקחו בו חלק תחת השגחת מנהל פרויקט. זאת כדי שילמדו בצורה הטובה ביותר על התנהלות העבודה ובמבט רחב ככל האפשר על כל שלבי הפרויקט השונים. הם ייחשפו לפרויקטי בנייה למגורים, הקמת מחלפים, סלילת כבישים ופרויקטי תשתית גדולים נוספים. כל אחד מהסטודנטים יתנסה לפחות בשלושה מששת האשכולות הבאים: עבודות עפר ופיתוח, שלב שלד, ניהול אתר, מערכות (חשמל, אינסטלציה, כיבוי אש, מיזוג ואיטום), בטיחות וגמר.

הסטודנטים יועסקו בהתאם לתנאי ההעסקה הקבועים בהסכם הקיבוצי בענף הבנייה. כל סטודנט ימלא דו"ח פעילות שיגובש לפני תחילת הפעילות ויאושר על ידי אחראי החניכה באתר. ממצאי הפיילוט ייבחנו על ידי צוות אקדמי לבחינת האפקטיביות של הפיילוט. ממצאים אלה יהוו בסיס להמשך פעילות הפרקטיקום הנידונה ולהתאמתה. בתום הפיילוט יבחנו הצדדים את הטמעת ההכשרה במסגרת תוכנית הלימודים השנתית (כנקודות זכות בתואר).

בנוסף, ההתאחדות תשקיע משאבים בהכשרות והדרכות מקצועיות נוספות לסטודנטים ובהן הכשרת בטיחות, הכשרת עבודה בגובה, מפגשים מקצועיים עם בכירים בהתאחדות להכרת ענף הבנייה, חיבור לטכנולוגיות הבנייה החדשות ועוד.

"תוכנית זו הינה תוכנית ייחודית וראשונה מסוגה בארץ לסטודנטים מתחום ההנדסה האזרחית," אמר זיו לוי, יו"ר ועד הסטודנטים בפקולטה להנדסה אזרחית בטכניון ויוזם התוכנית. "מטרתה היא לפתח אצל המהנדסים לעתיד, את יכולת ההבנה הפרקטית ביחד עם הידע האקדמי אותו רכשו במהלך התואר וכתוצאה מכך, לאחר שנות התואר לצאת מהנדסים טובים יותר אל עולם התעשיה או להמשיך עם ידע טוב ומעמיק יותר אל עולם המחקר. הרעיון שמאחורי הפרויקט הגיע מתוך הבנה כי כאשר בוגרי הפקולטה הם גם בעלי רקע מעשי, הם יתרמו בצורה טובה יותר לכל פרויקט בניה אליו יצטרפו בעתיד."

"הטכניון פועל כל העת לשפר את הקשר עם התעשייה," אמר פרופ' שלמה בכור, דיקן הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון. אני רואה ביוזמה הזדמנות חשובה לעודד את הקשר עם התאחדות הקבלנים ולסייע לסטודנטים שלנו להשתלב בשוק העבודה באופן המיטבי."

נשיא התאחדות הקבלנים בוני הארץ, ראול סרוגו מסר: "המהנדסים הישראלים הם מהטובים בעולם ולא בכדי. אנחנו מהמדינות שבונות הכי הרבה ביחס לגודלן בעולם כולו ואנו זקוקים לטובים ביותר ולכן ענף הבנייה הישראלי משקיע משאבים נרחבים כדי לשמר ולהעצים את המהנדסים בו. היוזמה המשותפת עם הטכניון נולדה מתוך ההבנה כי לאור מחסור של כ-5,000 מהנדסים אזרחיים בישראל, יש לקצר את הליך כניסתם לעבודה מלאה ועצמאית של בוגרי הטכניון, ושילוב הפרקטיקום בזמן הלימודים הוא פתרון מצוין לעניין זה."

עידן שורץ, דוקטורנט בפקולטה למדעי המחשב, זכה במקום הראשון בתחרות Visual Dialog Challenge שהתקיימה במסגרת  CVPR 2020- כנס בין-לאומי בראייה ממוחשבת, שנערך בתאריכים 18-16 ביוני.

הדוקדורנט עידן שוורץ

לתחרות הוגשו 330 מודלים שפיתחו צוותים מאוניברסיטאות מובילות בארה"ב ובאסיה וכן קבוצות מחקר מחברת ענק ובהן פייסבוק ומיקרוסופט.

שורץ, הלומד לתואר דוקטור בהנחיית פרופ' תמיר חזן מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ופרופ' אלכסנדר שווינג, מאוניברסיטת אילינוי עוסק בפיתוח מודלים קוגניטיביים המחקים חשיבה אנושית וזאת באמצעות למידה עמוקה. בתחרות האמורה הוא הציג מערכת ממוחשבת המנהלת שיחה עם בני אדם על מצבים יום-יומיים.

המערכת שזיכתה את שורץ בתחרות היא מערכת קשב (attention) ייחודית, החיונית במיוחד במשימות מורכבות שבהן הקלט מורכב מפרטים רבים ורק חלקם רלוונטיים לקבלת ההחלטה. היא יודעת "לעכל" את האובייקטים הרבים שבתמונות – כאן בדוגמה אלה ממתקים, עוגה, כוסות, ילדים – וגם ללמוד דברים תוך כדי דיאלוג ולייחס רמות חשיבות שונות לאובייקטים שונים. חשיבות זו מדורגת על פי "ציון הקשב" של כל אובייקט – לדוגמה, המילה "עוגה" (cake) תקבל כאן ציון קשב גבוה משום שהיא מופיעה גם בדיאלוג וגם בתמונה. בתרשים הבא אפשר לראות את המילים ואת ציוני הקשב שלהן המיוצגים בצבעים חמים יותר (מפות חום).

כאשר השאלה היא "האם הילדים לובשים כובעים?" הקשב מתמקד בראשי הילדים בתמונה ובמילה "כובעים" (hats) בשאלה. כשהשאלה היא "האם יש נרות על העוגה?" הקשב מתמקד בעוגה שבתמונה ובמילה "נרות" (candles). התמקדות זאת מזכירה את תשומת הלב האנושית לפרטים מסוימים ואת היכולת לסנן את הפרטים שאינם רלוונטיים. חשוב לציין שהמודל אינו מקבל כקלט מפות קשב אנושיות בהליך הלמידה, אלא מסיק את מפות הקשב באופן אוטומטי באמצעות למידה מתשובות אנושיות קודמות. זוהי אחת המסקנות המעניינות של המחקר: באמצעות חיקוי תשובות אנושיות, מכונה מסוגלת להסיק קשב הדומה ליכולת ההתמקדות האנושית.

שורץ ממשיך בפיתוח המערכת, תוך ניסיון לשלב בה ערוצי קלט חדשים ובהם וידאו, אודיו ותמונות מרובות ולהתאימה ליישומים מגוונים ברפואה, בנהיגה אוטונומית ועוד.

VISION 2020 – פגשו את החוקרי הטכניון המבריקים במעבדות שלהם

חוקרים מהפקולטות למדעי המחשב וביולוגיה בטכניון פיתחו שיטה חדשה לאנליזה מהירה וזולה של ההרכב הכימי של דגימות דם, העשויה להאיץ אבחון מוקדם של מחלות. היישום הראשון שייבדק בתקופה הקרובה הוא זיהוי מוקדם של גידולים סרטניים שונים על סמך בדיקות דם.

את הטכנולוגיה החדשנית, שהתפרסמה במגזין המדעי Nature Communications, פיתחו החוקרים פרופ' תומר שלומי והדוקטורנטים שובל לגזיאל ובוריס סרווין, היא מבוססת על שילוב ייחודי בין ספקטרומטר מסות  לשיטות חישוביות שפיתחה קבוצת המחקר.

פרופ' תומר שלומי

ספקטרומטר מסות  (Mass Spectrometer) הוא מכשיר נפוץ המשמש לקביעת ריכוזים של מולקולות בדגימות ביולוגיות. הבדיקה במכשיר זה מצריכה כיום תהליך מקדים שנקרא כרומטוגרפיה – הפרדה של החומרים שבדגימה לפי מאפיינים כימיים.

הכרומטוגרפיה, המגבירה את רגישות המדידה הספקטרומטרית, אורכת זמן ממושך ולכן מייקרת מאוד את התהליך כולו – מאות דולרים לדגימה. לכן ברורה השאיפה לדלג על השלב הכרומטוגרפי, אולם זאת מבלי לפגוע ברגישות האנליזה, כלומר ביכולת לזהות מולקולות רבות ולכמת את ריכוזיהן.

במחקר הנוכחי מציגה קבוצת המחקר של פרופ' שלומי שיטה המדלגת על הכרומטוגרפיה ומאפשרת להסתפק בספקטרומטריית מסות בלבד מבלי לפגוע משמעותית באיכות האנליזה. הבדיקה מסתיימת תוך 30 שניות בלבד וכך מקצרת את התהליך בכ-98% ומפחיתה את עלותו בשיעור דומה.

לדברי פרופ' שלומי, החידוש טמון בשימוש בשיטה חישובית שפיתחה קבוצת המחקר – שיטה המציגה קונפיגורציות-עבודה אופטימליות בספקטרומטר המסות, המאפשרת אנליזה ברגישות גבוהה עבור דגימות ביולוגיות ספציפיות. באמצעות אנליזה חישובית מבוצע גם תיקון של המידע הגולמי הנמדד וכימות מדויק של ריכוזים של אלפי מולקולות בדגימות הדם.

פרופ' תומר שלומי הוא חבר סגל בפקולטות למדעי המחשב ולביולוגיה וחבר במרכז למדעי החיים וההנדסה ע"ש לורי לוקיי. המחקר נערך בתמיכה של הנציבות האירופית למחקר (מענק ERC) והקרן הלאומית למדע (מענק רפואה מותאמת אישית).

למאמר ב – Nature Communications לחצו כאן

פרופ' דפנה ויס, חברת סגל בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, מציגה הצלחה ראשונה באבחון מוקדם ומהיר של סרטן ובניבוי התפתחות גרורות על סמך טכנולוגיה מקורית שפיתחה בשנים האחרונות. לדבריה "הטכנולוגיה שפיתחתי תאפשר לצוות הרפואי לבדוק, כבר במהלך הניתוח או מיד אחריו, את הסבירות להימצאות גרורות של הגידול באיברים אחרים. זאת הפעם הראשונה שהטכנולוגיה נבדקת על רקמות שנלקחו מגידולים סרטניים, ואני מקווה שהתוצאות המוצלחות יאיצו את תרגומה לשימושים קליניים."

סרטן הוא שם כולל למשפחה רחבה של מאות מחלות בעלות מכנה משותף אחד – שיבוש מנגנוני הבקרה האחראים על קצב חלוקת התאים. המנגנון הסרטני ממיר את חלוקת התאים התקינה, החיונית לקיומו של האורגניזם, בחלוקה מהירה, פרועה ובלתי נשלטת. מאחר שתאים אלה, בניגוד לתאים בריאים, אינם מתים, הגידול מתפשט במהירות וכך דוחק וחונק רקמות חיוניות.

סכנה גדולה במיוחד היא התפשטות גרורות – גידולים שניוניים באיברים שונים בגוף שמקורם בתאים סרטניים שנדדו מהגידול הראשוני לאיברים אחרים דרך מערכות הדם והלימפה. בשל הקושי לנבא את היווצרותן ולאתר אותן בשלב מוקדם ולטפל בהן ביעילות, גרורות הן הסיבה העיקרית לתמותה מסרטן. לכן ברורה המוטיבציה בפיתוחם של כלי אבחון שיאתרו גרורות בשלב מוקדם ויתרה מזו, ינבאו מראש את היווצרותן.

זה הרקע לפריצת הדרך הדרמטית שמציגות פרופ' דפנה ויס וקבוצת המחקר שלה בכתב העת Annals of Biomedical Engineering. הטכנולוגיה המקורית שפיתחה פרופ' ויס בעשור האחרון כבר נבחנה בעבר על תאים במעבדה, אולם זו הפעם הראשונה שהיא נבדקת על רקמות שנלקחו מגידולים סרטניים שהוסרו ממתנדבים עם חשד לסרטן. המחקר נערך בשיתוף רופאים מהמרכז הרפואי רמב"ם והתמקד ברקמות של סרטן הלבלב – אחד מסוגי הסרטן הקטלניים ביותר.

החוקרים השוו את הניבוי שסיפקה טכנולוגיה זו במעבדה להתפתחות הקלינית בפועל, כלומר לבדיקה ההיסטופתולוגית של דגימות מהחולה בטווח הזמן הקרוב וכן להתקדמות המחלה כפי שנצפתה בפועל אצל החולה בטווח הרחוק. הממצאים: הטכנולוגיה שפותחה בטכניון מספקת מידע אמין ומהימן באשר לשאלה אם יתפתחו גרורות או אם חלילה כבר התפתחו. מדובר בבדיקה מהירה מאוד יחסית לבדיקות קיימות – כשלוש שעות במעבדה כבר כיום. אחד מיתרונותיה הוא שיעילותה אינה תלויה במידע גנטי ומולקולרי מוקדם על הגידול.

הטכנולוגיה שפיתחה פרופ' ויס מבוססת על מדידות מכניות (מכנוביולוגיות) של התנהגות תא מדגימת רקמה על פלטפורמה ייעודית, המכילה משטחי ג'ל המדמים בקשיחותם רקמות בגוף. פלטפורמה זו מאפשרת לבחון את תכונותיהן השונות של התאים – צורתם, הסידור הפנימי בתוכם והכוחות שהם מפעילים על הג'ל כחלק מהליך החודרנות. פרופ' ויס גילתה כי תאים עם פוטנציאל גרורתי גבוה הם חזקים יותר ולכן מצליחים להפעיל לחץ על הג'ל ולחדור לתוכו; כך, ככל שיותר תאים מהדגימה חודרים פנימה, גדלה ההסתברות שיווצרו גרורות.

על סמך הפוטנציאל הגרורתי של תאים בדגימה של רקמת הגידול, הנמדד בשיטה זו, יוכל הצוות המטפל להתאים למטופל טיפול אפקטיבי במיוחד, וזאת בהתאם לתפיסה של רפואה מותאמת אישית. בדיקה זאת יכולה להיערך כמובן במקביל לבדיקות הסטנדרטיות המקובלות.

במחקר הנוכחי הודגמה הצלחת הטכנולוגיה בסרטן שד ובסרטן לבלב, ובימים אלה נבחנת הטכנולוגיה בסוגי סרטן נוספים. קבוצת המחקר גם מפתחת שיטות של למידת מכונה שיחוללו שיפור דרמטי ברמת הדיוק של הניבויים ובעתיד הקרוב, מעריכה פרופ' ויס, הטכנולוגיה תאפשר לנבא היכן יתפתחו גרורות, אם יתפתחו.

בשנת 2015 קיבלה הטכנולוגיה של פרופ' ויס אישור ועדת אתיקה רפואית לביצוע מחקרים בדגימות מחולי סרטן באמצעות הטכנולוגיה שפיתחה. המחקר הנוכחי הוא אבן דרך חשובה במסע המחקרי החשוב של פרופ' ויס. במימון המחקר השתתפו קרן אליאס למחקר רפואי, קרן פולק למחקר יישומי וכן קרן בר-למסדורף וקרן ג'רלד מן.

Adapted by permission from Springer Nature: Annals of Biomedical Engineering, “Rapid Cancer Diagnosis and Early Prognosis of Metastatic Risk Based on Mechanical Invasiveness of Sampled Cells”, Merkher et al. (2020).

למאמר ב-Annals of Biomedical Engineering לחצו כאן

רשת האוניברסיטאות האירופית יורוטק, שבה שותף הטכניון, פותחת תוכנית לימודים בין-לאומית חדשה, EuroTeQ Engineering University, שתכליתה לעצב את עתיד החינוך ההנדסי באירופה. התוכנית, שתחל לפעול בראשית 2021, זכתה למענק של 5 מיליון יורו מהאיחוד האירופי, שיממן את הפרויקט בשלוש השנים הקרובות.

המענק ניתן במסגרת התוכנית European Universities – אחת מיוזמות הדגל של הנציבות האירופית, שהושקה בידי נשיא צרפת עמנואל מקרון. מטרת היוזמה לייצר שיתופי פעולה בין-אוניברסיטאיים באירופה, שיחזקו את הנוף האקדמי האירופי נוכח התחרות האקדמית העזה עם ארצות הברית ועם אסיה.

תוכנית לימוד מותאמת אישית

השותפים בתוכנית EuroTeQ יפתחו תוכנית לימודים משותפת במדעי ההנדסה, שתכלול  דיסציפלינות שונות ותחצה גבולות מוסדיים ולאומיים וכן תחרוג מתחומיהן של טכנולוגיות ספציפיות. מטרת הרשת היא להתבונן בהתפתחויות טכנולוגיות ממבט על. "כיום איננו יכולים לדבר על ניידות בלי להתייחס להשפעות אקלימיות ואיננו יכולים לפתח רובוטיקה ובינה מלאכותית ללא תשתית של אמון אנושי," אמר פרופ' תומס הופמן, נשיא האוניברסיטה הטכנית של מינכן, המשמש מתאם הפרויקט – תפקיד שיעבור בעתיד בין האוניברסיטאות השותפות. "חינוך הנדסי מודרני חייב לספק לסטודנטים לא רק ידע טכני מעמיק אלא גם אופק חינוכי רחב, חשיבה יזמית ורגישות חברתית ופוליטית."

כדי להפיץ את הבשורה ברחבי אירופה, הלימודים ב- EuroTeQ Engineering University יהיו פתוחים לסטודנטים הלומדים באוניברסיטאות החברות ב- EuroTech, למהנדסים העובדים בתעשייה ומעוניינים בהתמקצעות מתמדת (life-long learning) וכן לאנשים ללא תואר אקדמי הממלאים תפקידים משמעותיים. המשתתפים יוכלו להתאים את תוכנית הלימודים האישית שלהם למטרותיהם בלמידה ובקריירה המקצועית, להנות מפורמטים דיגיטליים חדשים ולקיים התמקצעות מתמדת לאורך החיים. היוזמה תהדק את הקשרים בין חברה וטכנולוגיה תוך שיתוף גורמים רבים ומגוונים ותחתור ללימודי הנדסה שהאדם במרכזה. תפישה זו תיושם ביוזמת "European Universities" של האיחוד האירופי.

"הכשרת מהנדסים ומדענים במאה ה-21 היא משימה מורכבת ומאתגרת," אמר נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון. "מצד אחד חשוב להקנות למהנדסי העתיד את היסודות המתמטיים, המדעיים וההנדסיים, ומצד שני עלינו להקנות לסטודנטים נקודת מבט מערכתית, ידע בניהול פרויקטים ומיומנות בעבודה בצוותים רב תחומיים ורב תרבותיים. אנו שואפים לחנך מדענים ומהנדסים שיהיו גם מנהיגים שיקבעו את סדר היום הטכנולוגי והחברתי ויהיו מודעים גם להשלכות המדע וההנדסה על סביבה, אתיקה, סוציולוגיה, מוטיבציה, חדשנות ויזמות. על כן תוכנית EuroTeQ, שתכליתה לעצב את עתיד החינוך ההנדסי, היא בשורה חשובה ומשמחת לטכניון ואני שמח וגאה שנהיה שותפים במאמץ זה כחלק בלתי נפרד מרשת יורוטק."

אינטראקציה בין סטודנטים ושותפים מהתעשייה

במסגרת היוזמה ייפגשו סטודנטים עם אנשי מקצוע מהתעשייה שישתתפו בתוכנית ועם בכירים מהתעשייה, מעולם המסחר ומתחומים חברתיים שונים כדי ללמוד יחד את האתגרים הגדולים של המאה ה-21 ולנסח יחד אסטרטגיות להתמודדות איתן. הפרויקט כבר זכה בתמיכה של 45 גופים שותפים. הודות לכך, EuroTeQ תביא למשתתפים ניסיון רחב בדפוסי הכשרה שונים באירופה תוך התיחסות לצורכי הדור הצעיר. ממצאים אלה ישולבו בדפוסי ההוראה בכל האוניברסיטאות השותפות.

"באמצעות EuroTeQ אנו מתבססים על הערך המוסף שבשיתוף הפעולה בין אוניברסיטאות יורוטק ושותפינו מאסטוניה ומהרפובליקה הצ'כית, ועל תוכנית הלימוד המולטי-דיסציפלינרית שלנו, הממוקדת במחקר." כך אמרה טטיאנה פנטלי, מנהלת המשרד של יורוטק בבריסל. "האוניברסיטה האירופית החדשה הזאת, שתכלול מרכיבים ייחודיים ומאתגרים שיספקו למשתתפים הזדמנות להתמקצעות מתמדת, תכשיר דור חדש של מהנדסים בעלי מודעות חברתית."

רשת יורוטק (EuroTech Universities Alliance) היא שותפות אסטרטגית בין אוניברסיטאות מובילות במדע ובטכנולוגיה. ב-1 בינואר 2019 הצטרף הטכניון ליורוטק כחבר השישי ברשת והראשון מחוץ לאירופה. שותפיו של הטכניון ברשת יורוטק הם האוניברסיטה הטכנית של דנמרק (DTU), הפוליטכניק של לוזאן (EPFL), האקול פוליטכניק בפריז, האוניברסיטה הטכנולוגית של איינדהובן (TU/e) והאוניברסיטה הטכנית של מינכן (TUM). לצורך הקמתEuroTeQ  רתמה הרשת שתי "שחקניות רכש" נוספות, האחת מאסטוניה והאחרת מצ'כיה: האוניברסיטה הטכנולוגית של טלין (TalTech) והאוניברסיטה הטכנולוגית של פראג (CTU).

הטכניון והפוליטכניק של לוזאן (EPFL), שפועלים במדינות שאינן חלק מהאיחוד האירופי, חברו לאוניברסיטאות ממדינות האיחוד לפעילות המשותפת.