הפריה: רובוט הזרע הראשון

מדענים יצרו את רובוט הזרע (SPERMBOT) הראשון על ידי ערבוב זרע של שור עם ננו-צינוריות, במטרה לאפשר לננו-רובוטים (BIOBOTS) אלו לכוון זרע בודד לביצית, או להעביר מינונים מדויקים של תרופות למטרה מדויקת.

אוליבר שמידט ועמיתיו במכון למדעי ננו משולבים בדרזדן, גרמניה, חיברו תאי זרע לצינוריות מגנטיות קטנטנות כדי ליצור את הרובוט הביולוגי הראשון המבוסס על זרע.

קשה מאוד לשלוט בתא בודד שדוחף עצמו דרך נוזל, באמצעות זנב דמוי שוט. עד היום, הצליחו חוקרים לגרום לקבוצות של תאים לשתף פעולה, בעזרת שיפועים כימיים ושדות מגנטיים. כך, לדוגמה, נעשה שימוש בקבוצת בקטריות לדחוף חרוז קטן.

כדי ליצור את רובוט הזרע, הכינו החוקרים מיקרו-צינוריות באורך 50 מיקרון ובקוטר 5-8 מיקרון, עשויות ננו-חלקיקים של ברזל וטיטניום. הם הוסיפו את הצינוריות לנוזל שהכיל זרע שור מופשר. מאחר שצד אחד של הצינור היה צר מהשני, זרע ששחה לתוך החלק הרחב יותר נלכד בראשו, תוך שהזנב (שוטון) נותר חופשי.

כדי לשלוט בכיוון אליו שוחה הזרע, השתמשו החוקרים בשדות מגנטיים חיצוניים, באופן דומה למחט של מצפן המתיישרת על פי השדה המגנטי של כדור הארץ.

לדברי שמידט בראיון ל- Newscientist, תאי זרע המשמשים כרובוט ביולוגי לא מזיקים לגוף האנושי, לא דורשים מקור כוח חיצוני ויכולים לשחות בנוזלים קשים במיוחד. "גישה היברידית הזו יכולה להוביל את הדרך ליצירת מיקרו-מערכות רובוטיות יעילות, למרות הקושי לגרום למיקרו-רובוטים לשחות במהירות הזהה לזו של תאים ביולוגיים", אומר אריק דילר מאוניברסיטת טורונטו, קנדה.

רובוט עשוי מ- DNA

השימוש בתאי זרע כרובוטים ביולוגיים הוא חדשני, אך השימוש ברובוטים ביולוגיים להובלה ושחרור ממוקד של תרופות נעשה בעבר. בשנת 2012 ייצרו מדענים מאוניברסיטת הרווארד ומאוניברסיטת בר אילן ננו-רובוט לשחרור ממוקד של תרופות בגוף ולחיסול בררני של תאי סרטן, באופן שמונע פגיעה בתאים אחרים ומפחית תופעות לוואי. 

הרובוט שפותח עשוי מרצף DNA ארוך שמקופל למבנה של צדפה, בשיטה הנקראת DNA אוריגמי. רובוט זה מסוגל לאחסן תרופות ולאפשר שינוע שלהן בגוף ללא השפעה על הסביבה. כשהננו-רובוט מגיע ליעד שתוכנת לו מראש, כמו גידול סרטני, רק אז הוא נפתח ומשחרר את המטען התרופתי שנושא. כך, אפשר לשלוט על אופן מתן התרופה ולוודא שהחומר שנושא הרובוט יתקוף תאים סרטניים בלבד, מבלי לגרום נזק לתאים אחרים. 

בוועידת ישראל לעסקים 2013 של "גלובס", אמר ד"ר עידו בצלת, מראשי מעבדת המחקר לעיצוב ביולוגי בפקולטה למדעי החיים בבר אילן ומהמדענים שיצרו ננו-רובוט זה, כי "בעיצוב ביולוגי, אנו מנסים ללמוד מהטבע כיצד לעשות דברים טוב יותר. יש בטבע אורגניזמים שעושים תהליכים ומייצרים דברים, החל מעכבישים, ציפורים ונמלים ועד לווירוסים ולאורגניזמים זעירים, הפותרים בעיות באופן שהאדם עדיין לא יודע לחקות.

היום אנחנו משתמשים במחשב כדי לשלוט במנגנונים אוטומטיים. אילו היינו יכולים ליצור תהליך של תגובה טבעית, אוטומטית, היינו יכולים לשפר את הכלים העומדים לרשותנו. התרופות הראשונות לטיפול בסרטן הגיעו מאמצעי לוחמה כימיים והן גם הסיבה לאיכות החיים הירודה של חולי הסרטן בעת הטיפול. התרופות עצמן מזיקות ויש רק תקווה שהן יהרגו את הסרטן קודם שיהרגו את החולה. מי שאומר שהוא מחפש תרופה בטוחה לסרטן, כאילו אמר שהוא ממציא רובה שיהרוג רק אנשים רעים".

ננו-רובוטים לסיכול ממוקד של מחלות

על פי בצלת, מזה כ-30 שנה, מנסים חוקרים למצוא את הדרך ל"סיכול ממוקד" של מחלות: "אנו עובדים על פיתוח ננו-רובוטים זערוריים, שייכנסו לתוך הגוף ויוכלו לתקן או לתקוף את התאים החולים בלבד. כשאנחנו חושבים על 'מחשב', אנחנו רואים לנגד עינינו מחשב קלאסי. אבל יש צורות חיים חישוביות: נמלים הן יצורים אלגוריתמיים, שאת פעולתן אפשר לתאר כחישוב באמצעות התנגשויות. עובש יוצא מנבג מרכזי ויודע לשלוח קורים לפי פונקציית עלות-תועלת. כך הוא עוקף אזורים רעילים או הרריים.

באופן דומה, רובוטים מולקולריים שגודלם 50 ננו מטר מעוצבים מיריעות של DNA מלאכותי. רובוט כזה יכול לשאת תרופה או חומר ביולוגי שישפיע על הסביבה. אפשר לתכנת אותו לזהות סמנים של תאים סרטניים ולקבל הוראות 'תקיפה' לסמנים מסוימים ולא אחרים."

"ננו-רובוטים כאלה יכולים לשאת חלבון המעודד צמיחת תאים, ולשמש לתיקון ואיחוי רקמות, כלי דם מצולקים או קשרים עצביים. באמצעות ננו-רובוטים אפשר יהיה להחליף ניתוחים פולשניים במיקרו-ניתוחים המטפלים רק בחלק הנחוץ. מדובר בחלקיקים זעירים שמוזרקים לגוף, מזהים את הרקמה הדורשת טיפול, באמצעות אנזים חותך רקמה, מחבר רקמות או מצמיח רקמות, בדיוק מולקולרי שלא יפגע בתאים בריאים, ולבסוף הם יוצאים ממחזור הדם או נטמעים בו".