מחוץ לקופסא: אמנות האוריגמי משמשת לרקמות מודפסות

חוקרים באוניברסיטת תל אביב הסתמכו על עקרונות אמנות האוריגמי היפנית כדי לפתח פתרון מקורי, חדשני ויעיל לבעיה שמטרידה כיום חוקרים בכל העולם: כיצד למקם חיישנים בתוך רקמות ביולוגיות שהודפסו במדפסות תלת מימד. במקום להדפיס את הרקמה על גבי החיישנים הרצויים (פעולה שנדונה לכישלון), הם מתכננים במחשב ואחר כך מייצרים בפועל מבנה מבוסס-אוריגמי שמולבש על הרקמה מבחוץ ומחדיר את החיישנים בדיוק למקומות הנכונים. מאמר בנושא פורסם לאחרונה בכתב העת Advanced Science.

פרופ' בן מעוז, חוקר מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ובית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, מסביר: "חוקרים בכל העולם כבר משתמשים במדפסות תלת מימד כדי להדפיס רקמות ביולוגיות לצורכי מחקר. בטכנולוגיה הקיימת, ראש המדפסת נע הלוך ושוב ומדפיס שכבה אחרי שכבה של הרקמה המבוקשת. אך לשיטה זו היתה עד היום בעיה מהותית: לא ניתן להדפיס את הרקמה על גבי מערך חיישנים שיספק לחוקר מידע חיוני על התאים שבתוכה כיוון שהראש המדפיס שובר את החיישנים. אנחנו החלטנו לגשת לבעיה המורכבת מכיוון שונה וחדש - אוריגמי".

בבסיס הפיתוח החדשני עומד שילוב מקורי ומרתק בין מדע לאמנות. בעזרת תוכנת CAD – תכנון בעזרת מחשב, החוקרים מתכננים מבנה המותאם ספציפית לרקמה המודפסת, על סמך עקרונות קיפולי האוריגמי. מבנה זה משלב בתוכו חיישנים לבדיקת פעילות חשמלית או התנגדות חשמלית של תאים בכל מקום שנבחר בתוך הרקמה. דגם במחשב משמש לייצור מבנה פיזי, אותו מקפלים סביב הרקמה המודפסת, כך שכל חיישן חודר לרקמה ומונח בתוכה בדיוק במקום הנכון.

המערכת ומאפשרת לשלב מספר חיישנים בתוך רקמה ביולוגית מודפסת. צילום:  שחר שחר/ דוברות אוניברסיטת ת"א

הפלטפורמה החדשנית נקראת MSOPי– multi-sensing origami platform, פלטפורמת אוריגמי מרובת חיישנים. הוכחת ההיתכנות של השיטה החדשנית בוצעה ברקמת מוח מודפסת, והחיישנים שהוחדרו לרקמה הקליטו פעילות חשמלית של תאי עצב. עם זאת, החוקרים מסבירים שהמערכת היא ורסטילית ומודולרית ומאפשרת לשלב כל סוג ו/או מספר חיישנים בכל מקום שנבחר, בכל סוג של רקמה ביולוגית מודפסת, וגם ברקמות ביולוגיות שגודלו במעבדה לצורכי מחקר, כמו לדוגמה מוחון – כדור קטן המורכב מנוירונים ומדמה מוח אנושי.

מוסיף פרופ' מעוז: "במחקר הראינו שבניסויים על רקמות מוח מודפסות יש למערכת יתרון נוסף: ניתן להוסיף לה שכבה המחקה את מחסום הדם-מוח – אותו קרום שמגן על המוח מחדירת חומרים בלתי רצויים אך חוסם גם תרופות מסוימות שנועדו למחלות מוח. השכבה שאנו מוסיפים עשויה מתאי מחסום דם-מוח אנושי ומאפשרת לבחון את רמת ההתנגדות החשמלית של תאי המחסום, המעידה על מידת החדירות שלו לתרופות".

החוקרים מסכמים: "במחקר שלנו יצרנו שילוב מחוץ לקופסה בין מחקר מדעי לאמנות. פיתחנו שיטה המבוססת על קיפולי אוריגמי, שמאפשרת להחדיר חיישנים למקומות מדויקים בתוך רקמה ביולוגית מודפסת, וכך לקלוט ולהקליט את פעילות התאים והתקשורת ביניהם. טכנולוגיה זו מהווה צעד חשוב בקידום המחקר הביולוגי בכל העולם".

המחקר בוצע על ידי חוקרים מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה מהמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה, מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ממרכז סגול לרפואה רגנרטיבית ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. שמות החוקרים: נועם רהב, עדי סופר, פרופ' בן מעוז, פרופ' אורי אשרי, דניס מררו, אמה גליקמן, מגן בלדג'יללי-לברו, יקי יפה, קשת תדמור, ויעל לייכטמן-ברדוגו.