במתחם אוניברסיטת תל אביב מתרחש בימים אלו משהו מיוחד. בניין בולט ויחיד במינו, המתפרס על שלוש קומות ושטח נרחב של כ-8,000 מ"ר, מושלם במרכז הקמפוס, בין מוזיאון "אנו" למוזיאון הטבע. הבניין האייקוני תוכנן על ידי האדריכל הבין-לאומי מישל רמו מפריז וע"י משרד י.י. גרנות אדריכלים בע"מ, ניהול פרויקט ההקמה נערך ע"י ליאור עיני, מהנדס ראשי בחברת ברן ישראל, ותיכנון התקנת החדר הנקי ומעבדות מרכז הננו מבוצע ע"י חברת דביר בע"מ.
בקרוב, כשייגזר הסרט ויושק הבניין, תאוכלס קומת הקרקע שלו על ידי צוות של המרכז לננו-טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב. המנהלת אליס פולקסי-שגב, וצוות מרכז הננו המונה 25 מהנדסים - יעברו מהמבנה הקיים אל זה החדש. את קומות 1 ו-2 יאכלסו 15 חוקרים וסטודנטים שלהם מארבע פקולטות. תהיה זו שריקת הפתיחה של עידן חדש ומרגש בתחום הננו-טכנולוגיה הישראלי בכלל ובעיסוקה של אוניברסיטת תל אביב בו בפרט.
בסך הכל יאכלס הבניין החדש שיושק בקרוב כ-200 אנשים ויהפוך את מרכז הננו-טכנולוגיה של אוניבסיטת תל אביב לייחודי"אין בניין כזה באף אחת מהאוניברסיטאות האחרות", קובעת פולקסי-שגב. "זו הפעם הראשונה בה מוקם בתוך אוניברסיטה ישראלית בניין בסטנדרטים טכנולוגיים כאלה, עם רמה טכנולוגית שאין שנייה לה. כל המערכות: אספקת כימיקלים, חשמל, טיפול במים, טיפול באוויר, מיחשוב ובטיחות נבנו בסטנדרטים של תעשיית ה-SEMI המתקדמת. לכן, זוהי גם בשורה אמיתית לתעשיית המוליכים למחצה בישראל. בין השאר, יתפקד הבניין כמיני-מפעל ליצירת fast prototypes בתחום המיקרו-אלקטרוניקה".
תארי לי את הבניין
"בקומת הקרקע יישב מרכז הננו-טכנולוגיה. בשתי הקומות שמעליו יוקמו 15 מעבדות של חוקרים מארבע פקולטות: הנדסה, מדעי החיים, מדעים מדויקים ורפואה. החוקרים שזוכים להיכנס למתחם החדש הם חוקרים מולטי-דיסציפלינריים בתחום. חלקם חוקרים בכירים וותיקים באוניברסיטת תל אביב, שמעתיקים את מעבדותיהם הקיימות מהפקולטות שלהם, ולצידם יישארו מספר מעבדות פתוחות לקליטת חוקרים צעירים".
עבודה עם התעשייה הישראלית
פולקסי-שגב מספרת שבמרכז הננו-טכנולוגיה החדש של אוניברסיטת תל אביב יותקנו כ-70 מכונות, שיחולקו בין שתי חטיבות. בחטיבת הייצור (פבריקציה) יותקנו מכונות המייצרות התקנים בשיטה ננו-טכנולוגית, בממדי ננו ומיקרו-מטרים. "כל מכונה כזאת דורשת מיומנות של מהנדס", היא מציינת. "זהו תחום ידע ספציפי מאוד ולכן יש כאן צוות של 25 אנשים שכל אחד מהם הוא מומחה בתפעול מכונות אלה".
החטיבה השנייה היא חטיבת האיפיון (קרקטריזציה) הכוללת מערך של מיקרוסקופים אלקטרוניים - המאפשרים הגדלה של עד פי-עשרה מיליון - מכשירים לאיפיון חומרים באמצעות דיפרקציה, ספקטרו-פוטומטריה ועוד שיטות אופטיות ואלקטרוניות לאיפיון התקנים. "שתי החטיבות משלימות זו את זו וחיבורן מאפשר לנו את היכולת לייצר את ההתקן ולאחר מכן לבדוק אותו, לראות אותו ולאפיין אותו", מדגישה פולקסי-שגב.
אך גולת הכותרת של הבניין היא החדר הנקי. זוהי הפעם הראשונה בה יש במוסד אקדמי חדר נקי שגודלו 800 מטרים מרובעים, בסטנדרט טכנולוגי וסטנדרט איכות המקבילים לחדרים נקיים בחברות מוליכים-למחצה ענקיות דוגמת אינטל. יש בו רצפה צפה, סאב-פאב ומכונות חדישות. רמת הניקיון היא בתקן המאפיין מפעלים מובילים: Class 100. "זוהי הפעם הראשונה בה חדר נקי אקדמי פותח בסטנדרטים תעשייתיים, המאפשרים לתת שירותים State of the Art לתעשייה המקומית", מדגישה פולקסי-שגב. "העבודה תתנהל ישירות מולנו, ללא הפרדיגמה של עבודה מול אוניברסיטה, על קשייה. אנחנו אלו שנתנהל וניתן מענה לתעשייה - ובסטנדרטים לה היא מצפה: איכות ומיידיות".
כלומר מרכז הננו-טכנולוגיה החדש לא ישמש רק לצרכים אקדמיים?
"נכון, זהו אחד החידושים הגדולים. אמנם המטרה העיקרית והמקורית של המרכז הינה לשמש תשתית לחוקרי האוניברסיטאות ובית למחקר מולטי-דיסציפלינרי בתחום, אך עבודה עם התעשייה הישראלית וסיוע לקידומה הם לא פחות חשובים. אנחנו נספק לה תשתית שלא קיימת, שבכוחה לשרת מנעד לקוחות רחב. אלו יכולים להיות, למשל, סטארט-אפים שיש להם רעיון למוצר, אך אין להם תשתית לפתחו".
איך זה יעבוד?
"הם יבואו אלינו, נעשה איתם תהליך Process Development בשיתוף הצוות שלנו וכך נאפשר להם לייצר את האב-טיפוס שהם צריכים. לקוח אפשרי נוסף הוא חברות גדולות בתחום המוליכים-למחצה. לכאורה יש להם את כל התשתית הדרושה, הבעיה היא שאין להם אפשרות לעצור ייצור כדי לעשות פיילוטים של פיתוח. אצלנו הן יקבלו קו פיילוט, שיאפשר את פיתוח המוצר החדש. מגזר רלוונטי נוסף הוא התעשיות הביטחוניות. זה מגזר שכבר יש לנו שיתוף פעולה משמעותי איתו ואנו כבר מסייעים לו לייצר אב-טיפוס של התקנים. כך שיש כאן יכולת פנומנלית לסייע לתעשייה ולמדינה".
להדפיס רקמות בשיטות ננו-מטריות
פרופ' טל דביר, ראש מרכז הננו-טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב, מעריך כי החדרים הנקיים במרכז הננו החדש יאפשרו לחוקרים להשתמש במערכות חדשות ומדויקות יותר, בעלות רזולוציה גבוהה יותר. יתרון נוסף של המעבר הוא שהחוקרים שנבחרו לעבוד בבניין יוכלו לשתף פעולה ביניהם. "זו תהיה סביבה שתהווה בסיס טוב לשיתופי פעולה של חוקרים מפקולטות שונות, שיאפשרו לדחוף את המחקר אל הקצה", הוא מדגיש.
המחקר של פרופ' דביר עוסק בהנדסת רקמות. במעבדתו הוא מהנדס סוגי רקמות שונים: לב, חוט שדרה, מוח, מעי, כליות, רשתית ועוד. "בהנדסת רקמות ישנם מספר מרכיבים", הוא מסביר. "קודם כל המרכיב התאי - כלומר התאים שיוצרים את הרקמה. הם חשובים מאוד אך אינם יכולים ליצור לבדם את הרקמה. הם צריכים איזשהו חומר שיימצא ביניהם, 'מטריקס', שמארגן את התאים לרקמה מתפקדת. המטריקס הזה בנוי מהרבה מאוד חומרים, שהם בסקלה ננו-מטרית - כלומר מיליארדית המטר. אנחנו מהנדסים את הביו-חומרים כך שיהיו מרכיבי מטריקס, שבכוחם לתמוך ברקמה המתפתחת ולגרום לתאים להתארגן בצורה הנכונה, כך שבסוף יהפכו לרקמה מתפקדת. בנוסף, אנו מייצרים ננו-חלקיקים לא טבעיים, שלא נמצאים בגוף אך יכולים לעזור לתפקודו. למשל, ניתן לשלב בביו-חומרים ננו-חלקיקים של זהב, שבכוחם להעביר סיגנל חשמלי בצורה מהירה יותר. כך ניתן, למשל, להנדס רקמת שריר לב שתתפקד טוב יותר ותעביר סיגנל חשמלי מהר יותר, או רקמה נוירונלית כמו מוח וחוט שדרה, שם יש חשיבות גבוהה למעבר תקין של הסיגנל החשמלי.
"דוגמה נוספת לננו-טכנולוגיה איתה אנו עובדים במעבדה היא הרקמות הסייבורגיות", הוא מוסיף. "אנחנו בונים מערכי אלקטרוניקה ננו-מטרים, ומשלבים אותן בתוך הרקמות המהונדסות שלנו. בעזרת האלקטרוניקה ניתן לנטר את פעילות הרקמה או האיבר המהונדס ועל בסיס הנתונים לספק אותות המאפשרים בקרה מדויקת של הפעילות הרקמה".
כיצד אתם מייצרים את הרקמות?
"בדרכים שונות, כשזו שתופסת תאוצה בימינו היא ההדפסה התלת-מימדית. הדפסה של לב שלם, שנוצר מתאים ומחומרים שהגיעו מהמטופל עצמו בעזרת שיטות ננו-מטריות, כבר זכתה לתהודה רבה. שיטות אלו מאפשרות לנו להדפיס רקמות שונות ואפילו איברים שלמים ובעזרתם לתקן פעילות של איברים פגועים. דוגמה לכך היא רקמת שריר הלב: לאחר התקף לב היא הופכת לצלקתית ולא מתכווצת. החלפת רקמת שריר הלב ברקמה מודפסת פותרת זאת. באותו אופן אנו מהנדסים גם רקמה נוירונלית לחולי פרקינסון, שתחליף את אותם תאים במוח שהפסיקו להפריש דופמין. הרקמה המהונדסת מושתלת או מוזרקת למוח ושם מייצרת דופמין ומפרישה אותו אל התאים השונים. דוגמה נוספת היא הנדסת חוט שדרה מותאם אישית, שיחליף את האזור הפגוע בבני אדם משותקים. על בסיס הטכנולוגיה הזאת, המשלבת ננו חומרים ותאים, הוקמה חברת מטריסלף, המתכננת להגיע בקרוב לניסויים קליניים".
האתגר הבא של עולם הרפואה
המושג mRNA הפך לחלק מהידע הכללי בימי מגפת הקורונה, עת הושקו החיסונים נגד הנגיף, שהתבססו על טכנולוגיה זו. פרופ' דן פאר, ראש המעבדה לננו-רפואה מדויקת באוניברסיטת תל אביב, עסק ב- mRNA עוד הרבה קודם לכן. מעבדתו היא חלוצה בשימוש במולקולות mRNA ובהובלתן באמצעות שומנים מסונתזים העוטפים את מולקולות ה-mRNA. מעבדתו הייתה הראשונה בעולם שהציגה הובלה מערכתית של מולקולות mRNA בתוך חיה.
"זו טכנולוגיה שיש לה יישומים רבים", מפרט פרופ' פאר. "חיסונים, השתקת גנים, עלייה בביטוי גנים, חלבונים תרופתיים ועריכת גנים. אנו משתמשים בכימיה, ביו-כימיה, אימונולוגיה ומדע החומרים כדי לפתח נשאי תרופות mRNA ננו-מטריים בעלי יכולת הכוונה סלקטיבית לתאי מטרה".
כהמחשה, מספר פרופ' פאר על פיתוח שנעשה בשיתוף עם המכון למחקר ביולוגי בנס ציונה. יחד פיתחו שתי המעבדות חיסון mRNA באמצעות חלקיקים לחיידק הדֶבֶר הנודע לשמצה, שבמאה ה-14 חיסל כחצי מאוכלוסיית העולם. זהו חיסון ה- mRNA הראשון שפותח לחיידקים ויש לו השלכות עולמיות, ביטחוניות ואישיות. "אנשים מבוגרים שהולכים לבית חולים מסיבה כלשהי עלולים להידבר בחיידק העמיד לאנטיביוטיקה, ולקבל דלקת ראות", הוא אומר. "כמעט בכל מחלקה פנימית יש אנשים כאלו - וחלקם ימותו מזה. אני שואף למציאות בה ביום הכניסה לאשפוז הם יקבלו את החיסון שיצרנו כנגד חיידקים עמידי אנטיביוטיקה, המספק הגנה כבר תוך שלושה ימים, לעומת ה-14-8 ימים שלוקח לגוף לייצרו לאחר הדבקה. בעיניי, עמידות חיידקים לאנטיביוטיקה היא האתגר הבא של עולם הרפואה. לפי ארגון הבריאות העולמי, ב-2050 רוב מקרי המוות בעולם יהיו תוצאה של חיידקים כאלו. בתחילת 2023 פיתחנו את החיסון הראשון בעולם לחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה וכיום אנו מעורבים ב-11 ניסויים קליניים בתחומים שונים מסרטן ועד חיסונים למחלות זיהומיות".
תוכל להציג דוגמאות להישגים נוספים אליהם הגעתם במעבדתכם?
"היינו הראשונים להראות עריכה גנומית בסרטן. אנו יודעים להתביית על תאי סרטן, ולחתוך את הגנים הקשורים לשגשוג התא הסרטני. כך אנו הורגים אותם - ורק אותם. היום אנו עושים זאת בסרטני דם, סרטן בכבד וסרטן מוח. דוגמה נוספת היא פיתוח מולקולות שומן חדשות, שיודעות לעטוף מולקולות mRNA. אנו גם יודעים לכוון את המולקולות על ידי יצירה של מערכות GPS רגישות. היינו הראשונים בעולם לעשות זאת, ביישומים רבים".
כיצד יסייע בניין הננו החדש לעבודתכם?
"לחדרים הנקיים שבו יש משמעות גדולה. הם מספקים לנו יכולות שלא היו לנו קודם לסנתז שומנים וליצור חלקיקים באוויר נקי מאוד. עוד נותן לנו הבניין יכולות מתקדמות ברמת האפיון והפיתוח. הרי כל חלקיק שיוצא לנו מהידיים צריך אפיון, ולכן שיטות למיקרוסקופיה מיוחדת הן קריטיות. הבניין יאפשר לנו לעשות מדע שהוא בחוד החנית העולמית".
לגלות סרטן בשלבים מוקדמים מאוד
פרופ' יובל אבנשטיין, חבר המחלקה לכימיה פיזיקלית והמחלקה להנדסה ביו-רפואית וראש המעבדה לננו-ביו-פוטוניקס הגיע מעולם הננו-טכנולוגיה הקלאסי, זה שהרבה יותר מוכוון למדע החומרים, לתעשיית האלקטרוניקה, "לדברים יותר הנדסיים במדעים קשים", כהגדרתו. בפוסט-דוקטורט שעשה עבר לעולמות הביולוגיה, שלדבריו מתנהלים מטבעם בעולם הננו-מטרי.
"סדרי הגודל של מולקולות, חלבונים, DNA - הכל זה ננו", הוא אומר. "מה שיש לנו לעשות זה למצוא את הממשקים עם העולמות הללו, להשתמש בכלי ננו כדי ללמוד על המערכות שאנו חוקרים וכך לדעת כיצד להתערב בהם. אם ניקח לדוגמה את הDNA-שהוא ההתמחות שלי, מדובר במולקולה גאונית בקוטר של שני ננומטר, האורזת מידע בצורה היעילה ביותר המוכרת לאדם, הרבה יותר ממה שכל טכנולוגיה אנושית הצליחה להשיג עד היום. במעבדה אנו מפתחים טכנולוגיות שמאפשרות לנו לקרוא את המידע הזה ממולקולות DNA בודדות. ההתמחות שלנו היא בתחום האפיגנטיקה: מידע שמקודד בצורה של שינויים כימיים קטנים ב-DNA, המאפשרים לו להכווין מהלך חיים של תאים בצורה שלא הייתה מובנת מאליה עד לפני זמן לא רב. האתגר שלנו כיום הוא להצליח לקרוא ולהבין את המידעים האלו".
ואיך אתם עושים זאת?
"אחד הכלים המרכזיים בהם אנו משתמשים במעבדה הוא מיקרוסקופיה, עימה ניתן לראות את הדברים בצורה ישירה. קיימת כיום מיקרוסקופיית סופר-רזולוציה המאפשרת לראות בצורה אופטית דברים שהם הרבה יותר קטנים ממה שהפיזיקה הייתה מצפה שנוכל לראות. במעבדה מפתחים שיטות חדשות לסימון וצילום מולקולרי ומשתמשים בשיטות הללו כדי למפות מולקולות DNA בדיוק רב ולגלות בהן כל מני דברים מעניינים".
למשל?
"התפתחות של סרטן למשל מאופיינת בשינויים אפיגנטיים רבים ב-DNA. פעמים רבות שינויים אלה מקדימים שינויים אחרים שאחריהם אנו רגילים לעקוב. היכולת לזהות גם את אלה מספקת לנו את האפשרות לגלות סרטן בשלבים מוקדמים מאוד. העובדה שבכוחנו למפות מולקולות DNA בודדות משמעה גם שהידע שלנו לא ממוסך על ידי התערובת הגדולה של ה-DNA, שלרוב נמדדת בצורה ממוצעת. כעת, גם אם ישנו שבריר קטן של מולקולות סרטניות במרק ה— DNA ביכולתנו לזהותו".
כיצד ישדרג בניין הננו החדש את עבודתכם?
"מבחינתי זה קודם כל מקום מפגש של עידן הננו החדש, עידן הרבה יותר מולטי-דיסציפלינרי, עם שימוש הרבה יותר רחב בכל התשתית הננו-טכנולוגית שנבנתה במהלך 20 השנים האחרונות. כך ניתן לקדם עולמות ידע שלא היו באופן מובהק מקושרים לתחום. במרכז הננו הצלחנו לאסוף קבוצת חוקרים מובילים שהיא רב-תחומית. בכוחם של משתתפיה להעשיר אחד את השני, כל אחד בעולם התוכן שלו, וכך לקדם את המדע שלנו במשותף. זה יבוא לידי ביטוי גם ברמה הפיזית: סטודנטים יישבו בחדרי סטודנטים משותפים שיאפשרו אינטראקציה ביניהם. חוקרים מתחומים שונים יעבדו אחד עם השני, למרות שהם באים מפקולטות שונות. השהייה הפיזית במקום תעורר השראה ויחד עם התשתיות הדרושות - תאפשר להגיע להישגים בכל תחומי הידע הרלוונטיים".
לאתר>>>
בשיתוף אוניברסיטת תל אביב
