Preface First

This is a debugging block

Preface Second

This is a debugging block

Preface Third

This is a debugging block

תוכן

This is a debugging block

מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה
רוח
רפואה ומדעי החיים

לובי מחקרים

מימין לשמאל: פרופ' טל אלנבוגן, מאי טל ושי קרן-צור

מחקר

19.01.2020
לרכב על הגל

חוקרים פיתחו גלי טרה-הרץ, שיזהו תרופות מזויפות ויאפשרו לבצע בדיקות דימות רפואיות בקרינה לא מייננת

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

כמה פעמים חשבתם פעמיים אם לבצע בדיקה רפואית כלשהי, מחשש לנזק שהיא עלולה לגרום לכם בעקבות החשיפה לקרינה? האם שמעתם על תרופות שנמכרו במחיר זול מהרגיל, אך הסתבר שהן אינן מקוריות? קבוצת חוקרים מהמעבדה לננו אלקטרואופטיקה במחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית בבית הספר להנדסת חשמל באוניברסיטת תל אביב, בראשותו של פרופ' טל אלנבוגן, הצליחה לפתח שיטה חדשה שתזהה את אותן תרופות באמצעות גלי טרה-הרץ, ואף תאפשר את פיתוחם המואץ של מגוון יישומים חדשים וחיוניים בתחומי הרפואה, הטכנולוגיה, הביטחון ועוד.

 

אפילו קיר לא עוצר אותם

גלי טרה-הרץ הם גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל קצרים מגלי מיקרו וארוכים מגלים בתחום האינפרה-אדום. לדברי פרופ' אלנבוגן, אחד היתרונות שלהם הוא האינטראקציה הייחודית שלהם עם חומרים. למשל, ניתן להשתמש בגלי טרה-הרץ כדי לזהות באופן מדויק חומרים שונים. בנוסף, גלים אלו יכולים לעבור דרך עצמים שנראים אטומים באורכי גל אחרים, כך שניתן להשתמש בהם על מנת לגלות עצמים נסתרים ואפילו את הרכבם.

 

זו הסיבה ששימוש נרחב בהם יכול לעשות מהפכה בגילוי תרופות המופצות בשוק תחת שמות מסחריים, אך לא יוצרו על ידי יצרן מקורי או כזה שלא מאושר על ידי משרד הבריאות, בזיהוי הרכב חומרים מרחוק ואפילו בהורדת סיכון החשיפה שלנו לגלי קרינה מייננים, כפי שקורה למשל בצילומי רנטגן ובדיקות דימות אחרות כמו CT או בטיפולי הקרנה לחולי סרטן, שלמרות התועלת שבהם, חשיפת יתר עלולה להזיק לבריאותנו.

 

התכונות של גלי טרה-הרץ מוכרות למדע זה זמן רב, אך עד כה היכולים לשלוט בגלים אלו היתה מוגבלת מאוד יחסית לתחומי קרינה אחרים. במעבדתו של פרופ' אלנבוגן, עם הסטודנטים שי קרן-צור ומאי טל , בשיתוף עם פרופ' דניאל מיטלמן מאוניברסיטת בראון בארה"ב וד"ר שר-לי פליישר, חוקר בביה"ס לכימיה באוניברסיטת תל אביב, הצליחו לפתח שיטה חדשה של ייצור ושליטה בגלי טרה-הרץ (Terahertz) תוך שימוש במשטחים מהונדסים בסקאלה ננומטרית, הנקראים מטא-משטחים, אשר יוצרו במרכז הננו של אוניברסיטת תל אביב, בשיטות ננו-טכנולוגיות מתקדמות.

 

תוצאות המחקר התפרסמו לאחרונה בכתבי העת NATURE Communications  ו-Nano Letters ויוצגו בתחילת פברואר 2020 בכנס הבינלאומי לאופטיקה Photonics West  שיערך בסן פרנסיסקו.

 

איך עושים גלים?

במסגרת התהליך יצרו החוקרים משטחים מרוצפים באנטנות ננו-מטריות מזהב (ננומטר שווה ערך למיליארדרית המטר), הקולטות ביעילות אור מלייזרים בעלי פעימות קצרות מאוד, ובתהליך של המרת אנרגיה הן משדרות במקומן פעימות של קרינת טרה-הרץ. על ידי שליטה באנטנות על גבי המטא-משטח הראו החוקרים שניתן לעצב את צורתה המרחבית והזמנית של פעימת הטרה-הרץ, שנוצרה בצורה שלא ניתנת להשגה באמצעים הקיימים עד כה.

 

פרופ' אלנבוגן: "ההדגמה שעשינו במעבדה פורצת דרך, מכיוון שהשימוש בחומרים ננו-מטריים והיכולת לייצר מהם אור בצורה נשלטת, מוסיפים כלים טכנולוגיים חשובים ויכולות חדשות ולוקחים את המחקר בתחום צעד גדול קדימה״.

 

לדבריו, ״היכולת לשלוט באופן מושלם בצורה המרחבית ובמאפיינים נוספים של גלי הטרה-הרץ, כפי שהודגם במחקר, מאפשרת את יישומן ופיתוחן של שיטות דימות מתקדמות, מיקרוסקופיה וספקטרוסקופיה חדשות. כך לדוגמה, ניתן יהיה לזהות מרחוק וללא שימוש בבדיקות מעבדה כימיות הרכב חומרים שונים ואת המבנה המרחבי שלהם בצורה טובה יותר, למשל זיהוי תרופות מזויפות בקלות וכן זיהוי של חומרי נפץ".

 

בשל חשיבותו הרבה זכה המחקר למימון של סוכנות ה-ERC (European Research Council) היוקרתית למענקים מחקריים של האיחוד האירופי ושל משרד המדע והטכנולוגיה.

 

מחקר

01.01.2020
מחשבים מסלול מחדש

מחקרים שהתחילו עם כיוון מסוים והגיעו למקומות אחרים לגמרי

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים
  • רוח
  • רפואה ומדעי החיים

תמיד אומרים לנו שהדרך חשובה לא פחות מהמטרה. זה נכון לגבי תחומים רבים בחיים, ובמיוחד למי שעוסק במחקר. גמישות, סקרנות ותשומת לב לפרטים הקטנים יכולות להוביל לחשיפת אוצרות, שבכלל לא יצאנו לחפש. החוקרות והחוקרים שלנו מספרים על מחקרים שקיבלו תפנית, בזכות הפתעות משמחות בשטח ובמעבדות.

 

תסתכלו בקנקן

משלחת חפירה ארכיאולוגית גילתה שלפעמים, ממש כמו בפתגם הידוע, כדאי להסתכל בקנקן. "באחת ממשלחות החפירות במגידו הורדנו את המחיצות המפרידות בין ריבועי החפירה, ומצאנו כלי חרס שלם מלא בעפר", מספרת נעמה ולצר, דוקטורנטית בחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום באוניברסיטת תל אביב.

 

"ארזנו אותו והתכוונו לשלוח אותו למעבדה לבדיקת שיירים מולקולאריים, כדי לגלות מה שמרו בתוך כלי חרס זה, שתוארך לסביבות 1100 לפנה"ס". הכלי נשאר במשרד ולאחר זמן מה התברר שהשימור באזור זה של החפירה לא מספיק טוב. לכן החליט הצוות לרוקן אותו מן העפר, באופן מבוקר כמובן, ושפך את תכולתו על השולחן. "את מה שחיכה לנו שם לא ציפינו למצוא: אוצר תכשיטים יקרי ערך, שנחשב לאחד המטמונים העשירים ביותר מתקופת המקרא שנמצאו בישראל!".

 

חשוב להסתכל בקנקן. כד החרס שנתגלה בחפירות מגידו. צילום באדיבות המכון לארכיאולוגיה ע״ש סוניה ומרקו נדלר

 

בין היתר, נמצאו במטמון תשעה עגילים גדולים וטבעת חותם עם חריטה של דג עשויים זהב, למעלה מאלף חרוזי זהב קטנים, מחרוזות ותכשיטים עשויים כסף. "כך מצאנו את המטמון הגדול של שטח H, שמוצג היום בתצוגה הקבועה של מוזיאון ישראל בירושלים", מסכמת ולצר.

 

אם גם אתם בעניין חפירות ואוצרות, תשמחו לדעת שהרישום לעונת החפירות במגידו בקיץ 2020 בעצומה.

 

עגילים, טבעות וחרוזי זהב. אחד המטמונים העשירים ביותר מתקופת המקרא שנמצאו בישראל. צילום באדיבות המכון לארכיאולוגיה ע״ש סוניה ומרקו נדלר

 

התיעוד הכי ארוך במקום הכי נמוך

מים שקטים חודרים עמוק, עמוק מאוד, ואפילו יכולים לחולל רעידת אדמה של ממש: "חיפשתי מקומות שבהם אפשר לדגום סלע, ששקע בסביבה שקטה על קרקעית אגם ים המלח", נזכר פרופ' שמוליק מרקו, ראש בית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר.

 

"המטרה הייתה למדוד את התכונות המגנטיות של הסלע, על מנת לשחזר את השינויים שחלו בשדה המגנטי של כדור הארץ בעבר. המידע הזה חיוני להבנת ההתנהגות של השדה, שמהווה אחת התעלומות החשובות בגאולוגיה. לחוקרים אין עדיין הסבר מניח את הדעת למנגנון שגורם לשינויים שחלים בשדה המגנטי, כגון היפוכים מפתיעים או שינויים מתמידים במיקום הקטבים המגנטיים. תוך כדי דגימה בסלעים, שנראו מסודרים כאילו ששום דבר לא הפר את שלוותם מעולם, מצאתי שכבות שנראו מבולגנות. המחקר תפס תפנית לא צפויה, ואחרי שמצאתי הוכחות לכך שאת ה״בלגן״ חוללו רעידות אדמה - זה הפך לנושא העיקרי של המחקר".

 

במקום הכי נמוך. שכבות סלע בים המלח

 

בגלל שסיסמוגרפים מודרניים קיימים רק כמאה שנה, זה זמן קצר מדי בכדי לתעד מספיק רעידות אדמה חזקות באזור מסוים, ולכן אי אפשר לדעת איך האזור מתנהג בפרקי זמן ארוכים. אצלנו בישראל למשל, יש תיעוד החל מתקופת התנ"ך (כ-3,000 שנה), וזה עדיין נחשב מעט. "אבל עכשיו יש לנו תיעוד של רעידות האדמה שקרו בסביבות ים המלח ב-220 אלף השנים האחרונות, שנחשב לשיא עולמי, היות ואין עוד תיעוד כל כך ארוך ורציף בשום מקום בעולם", מסכם פרופ' מרקו.

 

מסודרות ומבולגנות. שכבת סלע שהסדר המקורי בה הופר בין שכבות מסודרות

 

הארה ממקום לא צפוי

לקראת סיום לימודי פוסט-דוקטורט באוניברסיטת ייל, החליטה ד"ר אינס צוקר מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן להנחות סטודנט לתואר ראשון במחקר קצר ומבטיח, שההיפותזה שלו התבססה על תוצאות קודמות.

 

אבל כמו שכולנו יודעים, רק דבר אחד בטוח, וכל השאר נתון לשינויים: "מטרת המחקר הייתה להראות הבדל בפגיעה בליפוזומים (מעין כדוריות מיקרוסקופיות בנויות מחלל מוקף ממברנה וממולאות בנוזל פלוריסנטי, המשמשות כיום כלי חשוב הן במחקר אקדמי של ממברנות ביולוגיות והן ברפואה), על ידי ננוחומר בשם MnO2, המיוצר במבנים שונים", מסבירה ד"ר צוקר.

 

"בעבר, הראינו דליפה של חומר פלוריסנטי (כלומר, פגיעה בשלמות הליפוזום), כתלות בתכונות פני השטח של ננוחומרים, והפעם רצינו להראות זאת כתלות במבנה. אבל... למחקר חוקים משלו - לא הצלחנו לזהות שום פגיעה כזו. רגע לפני שהמחקר נגנז, לקחנו את המערכת למיקרוסקופ פלוריסנטי, שבו ראינו למרבה ההפתעה כי הליפוזומים והננוחומר עוברים אינטראקציה מסוג שאינו נצפה בעבר בהקשר זה: הליפוזומים עוטפים את הננוחומר, אבל נשארים ככדוריות שלמות ללא דליפה! זה אכן היה נס גדול ומאיר תרתי משמע".

 

"הרבה פעמים גילויים לא צפויים מפתיעים אותנו". ד"ר צוקר במעבדה

 

הלו ספייסבוי

עוד ערב שגרתי של סקירת חלל בטלסקופ רובוטי על ידי ד"ר יאיר הרכבי מהחוג לאסטרופיזיקה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, הוביל לתצפית בתופעה שטרם נראתה כמותה: כוכב שחזר לחיים.

 

"לפני כמה שנים נתקלנו ב'כוכב שלא רצה למות', והמשיך להתפוצץ שוב ושוב", מספר הרכבי. "בכל לילה הטלסקופ היה מוצא המון דברים חדשים, רובם לא מעניינים. גם לגבי הסופרנובה הזו (שהיא כוכב שהתפוצץ) חשבנו בהתחלה שהיא לא מעניינת, כי כשהסקר תפס אותה לראשונה היא הייתה בשלב דעיכת האור וחשבנו שזהו, פספסנו את החלק המעניין. אבל אחרי כמה שבועות שמנו לב שהסופרנובה התחילה להתבהר מחדש, שזה משהו שלא אמור לקרות, ולכן התחלנו להתעניין ולעקוב אחרי הסופרנובה עם טלסקופים נוספים".

 

סופרנובה מתפוצצת במרחק שנות אור

 

"בדרך כלל, בפיצוץ של כוכב עוצמת האור עולה ויורדת ונעלמת אחרי כמה חודשים. במקרה הזה עוצמת האור עלתה וירדה, ואז עשתה זאת ושוב. סה״כ חמש פעמים במשך שנתיים. מה שהפתיע אותנו עוד יותר הוא שגילינו שהכוכב הזה בעצם התפוצץ כבר ב-1954, ואחרי שכוכב מתפוצץ הוא לא אמור להתפוצץ עוד פעם, כי הרי לא אמור להיות יותר כוכב אחרי הפיצוץ. עד היום אף אחד לא מצליח להסביר מה בדיוק קרה שם, ומאז לא ראינו אירוע דומה".

 

אי אפשר לדעת מה יילד לילה. ד"ר הרכבי ומצפה כוכבים בהוואי

 

לא לריב, יש מקום לכולן

קרה לכם פעם שחיפשתם פיתרון לבעיה, ועל הדרך מצאתם תשובה לשאלה נוספת, אחרת לחלוטין? זה בדיוק מה שקרה לפרופ' נועם שומרון מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר.

 

"רצינו לפתור זיהוי של מחלה אחת, ראינו נוספות בדרך ולכן שמנו אותן כמטרה נוספת למחקר", הוא מספר. "עקבנו אחרי אלפי נשים בהריון, כדי לאפיין מולקולות בדם היכולות להוות סמנים מוקדמים לרעלת היריון, שעשויה להופיע רק בקרב נשים הרות, החל מהשבוע ה-20 ואילך. לא רק שמצאנו אותן, אלא גם הצלחנו לאפיין בדרך מולקולות היכולות להעיד על סכרת היריון" (אין קשר בין שתי המחלות, מלבד העובדה שהן מתרחשות בהיריון).

 

"מה שמרגש בכל הסיפור הזה, הוא שכיום אין עדיין דרך לזהות בבדיקת דם פשוטה בשליש הראשון להיריון מחלות הפורצות רק בשליש השני או השלישי, אבל התגלית שלנו תאפשר לפתח בדיקות פשוטות מסוג זה עבור שתי המחלות, כדי לנקוט אמצעי מניעה כבר בשלבים מוקדמים ולהבטיח את שלום האם והעובר".

 

פרופ' שומרון מספר על התגלית המקרית באירוע "אתנחתא"

 

מחקר

19.12.2019
כשהסרטן ערמומי, המדע צריך להיות מתוחכם יותר

גישה חדשה לטיפול בסרטן השד: חסימת מסלולים דלקתיים התומכים בגידול ובגרורותיו

  • רפואה
  • רפואה ומדעי החיים

"הסרטן הוא אויב ערמומי, שמצליח 'לרמות' את מערכות הגוף, ולגייס אותן לצרכיו," אומרת פרופ' נטע ארז, ראש המחלקה לפתולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. חוקרים בהובלתה גילו מנגנון שבאמצעותו מגייסים תאי סרטן השד את המערכות התקינות בגוף, כך שיתמכו בהתפתחות הגידול, ואף יסייעו ליצירת גרורות. "במחקר שלנו התמקדנו בתאי רקמת חיבור המכונים פיברובלסטים (תאי סיב). במצב תקין יש לפיברובלסטים תפקיד מרכזי בריפוי פצעים ונזקים לרקמות, אך מחקרים מהשנים האחרונות העלו כי הם קשורים גם לתהליכים דלקתיים תומכי-סרטן. אנחנו ביקשנו למצוא את המנגנון ולברר כיצד בדיוק מתגייסים הפיברובלסטים לסייע לסרטן."  

 

ביטוי יתר של המסלול הדלקתי בחולות

הדוקטורנטים ד"ר נור ארשייד וד"ר יורי שרון, שביצעו את המחקר (פורסם לאחרונה בכתב העת Nature Communications), נעזרו בעכברים במודל לסרטן השד. ראשית הם נטלו תאים פיברובלסטיים מנקבות בשלושה מצבים - בריאות ללא סרטן, עם גידול התחלתי ועם גידול מתקדם ששולח גרורות לריאות - ובחנו נוכחות של חלבונים שונים ברקמות. "בפיברובלסטים שנלקחו מהעכברות החולות, וכן מכ-80 נשים עם סרטן השד, גילינו להפתעתנו ביטוי יתר של חלבונים המעידים על מסלול דלקתי שנקרא 'אינפלמסום'," אומרת פרופ' ארז. "מסלול זה מוכר לנו היטב מתאי מערכת החיסון: הוא מאפשר להם לזהות נזק רקמתי, ולהזעיק למקום תאים נוספים של מערכת החיסון, על מנת לייצר דלקת שתילחם בנזק. אך עד היום מעולם לא נצפה מסלול האינפלמסום בפיברובלסטים (תאי הסיב)."

 

כדי לאשש את הממצא המפתיע חשפו החוקרים פיברובלסטים משד בריא למגוון חומרים המאותתים על נזק רקמתי, ביניהם נוזל שנלקח מגידול סרטני. בכל המקרים הגיבו הפיברובלסטים וביטאו חלבונים המעידים על מסלול אינפלמסום. בדיקה נוספת הראתה יצירת אינפלמסום בפיברובלסטים גם בתגובה לפצע בעור.

 

"הבנו שגילינו פעולה חדשה של פיברובלסטים, שלא הייתה מוכרת עד כה: הם יודעים לגלות נזק רקמתי, ויוצרים מסלול דלקתי שקורא לתאי מערכת החיסון להגיע למקום בהמוניהם," אומרת פרופ' ארז. "במקרה של סרטן השד, סביבת הגידול מתאפיינת במוות תאי נרחב, ובנזק משמעותי לרקמות התשתית. הפיברובלסטים קולטים את האותות המולקולריים המגיעים מהרקמות הפגועות, ומייצרים סביבן תהליך דלקתי. כעת ביקשנו לבדוק אם וכיצד משרתת הדלקת דווקא את הסרטן, או במילים אחרות: האם מדובר במנגנון שבאמצעותו 'מרמה' הגידול הסרטני את התאים התקינים ומגייס אותם לטובתו?"

 

חסימת הצינור התקשורתי שהסרטן ניצל לטובתו

כדי לבחון זאת שבו החוקרים למודל העכברי לסרטן השד, ובאמצעות הנדסה גנטית חסמו את ייצור חלבוני המסלול הדלקתי בפיברובלסטים. הממצאים היו ברורים: חסימת המנגנון הדלקתי הביאה לעיכוב בהתפתחות הגידול, ובמקרים של סרטן גרורתי אף פחת מספר הגרורות. "מכאן ניתן להסיק שהמנגנון הדלקתי אכן תומך בהתפתחות הסרטן, ויותר מכך, שהוא מסייע בשלט רחוק להתפתחות גרורות באיברים אחרים," אומרת פרופ' ארז.

 

איך זה קורה? ראשית, לדבריה, הגידול עצמו משתמש בגורמי גדילה שמגיעים למקום כדי לסייע באיחוי הרקמה הפגועה; ושנית, המנגנון הדלקתי הופך את כלי הדם לחדירים יותר על מנת לאפשר לתאים רבים ככל האפשר של מערכת החיסון להגיע במהירות למקום הפגוע (זו הסיבה לנפיחות ולאדמימות שכולנו מזהים כדלקת); תאי הסרטן מנצלים את כלי הדם החדירים כדי לחדור בקלות לזרם הדם, לנדוד ולהתיישב באיברים אחרים.

 

"במחקר שלנו גילינו מנגנון בלתי מוכר בפיברובלסטים בכלל ובפיברובלסטים של השד בפרט: בדומה לתאי מערכת החיסון, גם הם מסוגלים לגלות נזק רקמתי ולהפעיל מסלול דלקתי שמגייס תאים של מערכת החיסון למקום הפגוע," מסכמת פרופ' ארז. "עוד מצאנו שתגובה תקינה זו מגויסת על ידי הגידול הסרטני בשד, כדי לתמוך בהתפתחותו, ולשלוח גרורות לאיברים אחרים (במחקר זה התמקדנו בריאות, ובמחקר המשך אנו בוחנים את השפעת המנגנון שגילינו על התפתחות גרורות בעצמות)."

 

"אנחנו מאמינים כי המנגנון שגילינו מהווה בסיס לגישה חדשה לטיפול בסרטן השד: תרופות עתידיות שיחסמו את המסלול הדלקתי בפיברובלסטים יוכלו להקטין את הגידול ואף למנוע גרורות. טיפול מסוג זה עשוי להינתן לנשים לאחר ניתוח להסרת הגידול בשד, במטרה למנוע חזרה גרורתית של המחלה. כמו כן אנו סבורים שהשיטה עשויה להתאים גם לסוגים אחרים של גידולים סרטניים."

 

צד בחשכה. עטלף מתכונן ללכוד חרק (צילום: בן פאלק)

מחקר

19.12.2019
כוחו של ההמון

האם לעטלף קל יותר לזהות נחיל חרקים או דווקא חרק בודד? מחשבות על ארוחת ערב

  • רפואה ומדעי החיים

העטלפים משתמשים בסונר הטבעי שלהם כדי לצוד ולהתמצא במרחב. מחקר חדש של חוקרים באוניברסיטת תל אביב, בהובלת פרופ' יוסי יובל וד"ר אריאן בונמן מבית הספר לזואולוגיה ומבית הספר סגול למדעי המוח, חושף ממצאים חדשים לגבי האופן שבו הם מזהים וצדים נחילי חרקים. הממצאים עשויים לשפוך אור על התפתחות חוש הסונר אצל עטלפים לפני עשרות מיליוני שנים, ולסייע בפיתוח טכנולוגיות הגנתיות והתקפיות עבור נחילי רחפנים בשימוש ביטחוני עתידי.

 

לבלבל את הסונר

"מרבית העטלפים צדים חרקים ומשתמשים לשם כך בסונר הטבעי שלהם. הם משדרים גלי קול, וההד המוחזר מהחרק מאפשר להם לגלות ולאכן אותו," מסביר פרופ' יובל. "עד היום נערכו מחקרים רבים על הדים המוחזרים מחרקים בודדים, אך לא על נחילי חרקים שבהם מתקבצים יחדיו מאות ולעיתים אלפי פרטים. במחקר שלנו נעזרנו בטכנולוגיה חדשה, כדי לבחון לראשונה את ההדים המוחזרים לעטלף מנחילי חרקים".

 

החוקרים פיתחו אלגוריתם שאיפשר להם ליצור במחשב סימולציות תלת-ממד אקוסטיות של נחילי חרקים, ולמדוד את ההד המוחזר מהנחיל, תוך שינוי מספר החרקים בנחיל והמרחקים בין החרקים. בנוסף, כדי לאמת את ממצאיהם, הקליטו החוקרים הדים המוחזרים מנחילים בטבע ומדגמים של חרקים במעבדה.

 

"הממצא הראשון, שאינו מפתיע, הוא שנחיל ניתן לגילוי ממרחק גדול בהרבה בהשוואה לחרק בודד," אומר פרופ' יובל. "עם זאת הופתענו לגלות שעבור נחיל כלשהו, ההד דווקא נחלש מכיוונים מסוימים, אפילו בהשוואה להד המוחזר מחרק בודד. ההסבר לכך טמון בתופעה של התאבכות הורסת – כאשר גלי קול בעלי אמפליטודות מנוגדות נפגשים ומבטלים זה את זה". המאמר התפרסם לאחרונה בכתב העת PLOS Computational Biology.

 

ללמוד מההיסטוריה כדי להשליך על העתיד

"הממצאים שלנו משליכים על מספר נושאים מעניינים," מסכם פרופ' יובל. "ראשית, הם עשויים להעניק לנו תובנות חדשות בנוגע לאבולוציה המוקדמת של הסונר: ייתכן שהעטלפים הקדומים, שחיו לפני 50 מיליון שנה והיו מצוידים בסונר פרימיטיבי יחסית, שאינו מסוגל לזהות חרקים בודדים, הצליחו למצוא מזון על ידי איתור נחילים שלמים.

 

שנית, הממצאים מסבירים את הימצאותם של חרקים זעירים בגללים של עטלפים בני זמננו, גם כשברור שגודלם אינו מאפשר גילוי של חרק בודד על ידי הסונר. ושלישית, הם מספקים הסבר חדש לעובדה ידועה - שעטלפים משדרים גלי קול במגוון תדרים שונים. ייתכן שתכונה זו נועדה למנוע את תופעת ההתאבכות, שעלולה להחליש את האות המוחזר מנחילי חרקים".

 

ד"ר בונמן מוסיף כי האלגוריתמים שפותחו עבור המחקר עשויים להתאים גם לנחילי רחפנים המשמשים לצרכים ביטחוניים, ולסייע בפיתוח יישומים לגילוי רחפנים של האויב, או לחלופין להסתרת רחפנים 'שלנו' ממכ"מי האויב.

 

מתחקים אחר הדי נחילי חרקים. פרופ' יובל וד"ר בונמן

מחקר

03.12.2019
עושים סדר בבלגן

חוקרים באוניברסיטת תל אביב מצאו פתרון לבעיה שגם מחשבי-העל לא יכלו לה: מדידת אנטרופיה – רמת אי-הסדר במערכות מורכבות

  • רפואה ומדעי החיים

חישוב האנטרופיה – רמת אי-הסדר של מערכות מורכבות, היא בעיה שמעסיקה מדענים בכל העולם כבר שנים, וגם מחשבי-העל המתקדמים התקשו בפתרונה.

 

"אנטרופיה מוגדרת כרמת אי-הסדר של מערכות בטבע," מסביר פרופ' בק-ברקאי מבית הספר לפיזיקה של אוניברסיטת תל אביב. "לדוגמה, לגביש, שבו כל אטום נמצא במקומו, יש אנטרופיה נמוכה; לעומת זאת לגז, שבו האטומים משוטטים באופן אקראי בחלל, יש אנטרופיה גבוהה. האנטרופיה היא מדד חשוב מאוד במחקר על מערכות מסוגים שונים - החל במולקולות מורכבות של חלבונים, וכלה בחומרים חדשים שאנו מפתחים למגוון צרכים. אך שיטות המחקר המקובלות היום, המסתמכות על סימולציות מחשב של תהליכים פיזיקליים, אינן מסוגלות לספק ביעילות מדד אמין לאנטרופיה. זאת מכיוון שככל שהמערכת מורכבת יותר, כמו למשל מולקולת חלבון, יש לה מספר אינסופי של מצבים אפשריים במרחב, וגם מחשב-על מתקדם יתקשה לחשב את כולם ולקבוע בסימולציה את רמת הסדר במערכת. בעיה זו מעסיקה את טובי המדענים כבר שנים רבות, אך עד כה לא נמצא לה פתרון יעיל ומספק."

 

איך מחשבים אי-סדר?

כעת, חוקרים ממעבדתו של פרופ' בק-ברקאי מצאו מענה פורץ דרך, יעיל ונגיש לסוגיה הקשה, ופיתחו שיטה פורצת דרך לחישוב האנטרופיה. את המחקר הוביל הדוקטורנט רם אבינרי ממעבדתו של פרופ' בק-ברקאי. המאמר התפרסם לאחרונה בכתב העת Physical Review Letters.

 

החוקרים הבחינו כי המשוואה המשמשת לקביעת אנטרופיה בפיזיקה זהה למשוואת אנטרופיה מתורת האינפורמציה, שיש לה תפקיד מרכזי בתוכנות נפוצות לכיווץ נתונים כגון ZIP, המצויות בכל מחשב וטלפון חכם. "אלגוריתם זה מהווה חסם עליון שקובע לאיזה גודל ניתן לכווץ את הקובץ הרלוונטי," אומר פרופ' בק-ברקאי. "למעשה בעידן הדיגיטלי כל המסמכים, מתמונות ומצגות ועד מסמכי WORD, עוברים כיווץ כדי שיתפסו פחות מקום במחשב או למטרת משלוח דרך האינטרנט. האלגוריתם לכיווץ נתונים סורק את הקובץ, וכשהוא מזהה דפוסים שכבר הופיעו קודם לכן, הוא אינו כותב אותם מחדש אלא מייצר הפניה לאזכור הקודם. בדרך זו הוא חוסך מקום והקובץ קטן. ככל שיש בקובץ חזרות רבות יותר, כך הוא בעצם מסודר יותר, ואז הקובץ המכווץ קטן יותר, וגם מדד האנטרופיה של המידע נמוך יותר."

 

לאחר שהבחינו בקשר בין האלגוריתם לכיווץ נתונים לבין משוואת האנטרופיה, הזינו החוקרים תוצאות של סימולציות מחשב פיזיקליות של מערכות מורכבות לתוכנות כיווץ מוכרות, המצויות היום בחינם בכל מחשב וטלפון חכם. התוכנות יצרו מהנתונים קבצים מכווצים, והחוקרים מצאו כי ניתן לתרגם את גודל הקובץ המתקבל למדד מדויק של אנטרופיה. כך הם יצרו לראשונה כלי נוח ויעיל לכימות האנטרופיה של מערכות מורכבות ביותר – ממערכות מגנטיות ועד למולקולות חלבון.

 

"חשיבותה של השיטה שלנו היא בפשטותה ובנגישותה," מסכם פרופ' בק-ברקאי. "מדובר בבשורה של ממש לחוקרים בתחומים רבים – מביולוגיה וכימיה ועד פיזיקה, מדע החומרים וננוטכנולוגיה. לראשונה יכול כל חוקר לכמת את האנטרופיה של מערכות מורכבות בקלות וביעילות, על המחשב האישי ואף על הטלפון הנייד שלו. לבעיה שהעסיקה את טובי המוחות נמצא כעת פתרון אמין ונוח, בעל יישומים פוטנציאליים רבים. כך לדוגמה ניתן באמצעות השיטה החדשה לזהות חלבונים בעלי צורת קיפול חריגה הגורמת למחלה; לחקור תהליכים של הרכבה עצמית הקשורים לייצור חומרים חדשניים; ולאפשר הבנה טובה יותר של תהליכים פיזיקליים מורכבים שעומדים בחזית הטכנולוגיה העתידית."

 

 

מחקר

26.11.2019
הקשר בין אוטיזם ואלצהיימר והטיפול שיילחם בשניהם

טיפול בתרופה ניסיונית עשוי למנוע את השפעתן השלילית של מוטציות גנטיות המאפיינות אוטיזם ואלצהיימר

  • רפואה ומדעי החיים

"עם התפתחות הטכנולוגיה של ריצוף DNA, אותרו בשנים האחרונות מוטציות רבות במאות גנים בילדים עם אוטיזם ומוגבלות שכלית התפתחותית. מדובר במוטציות אקראיות שלא הועברו בתורשה מההורים, אלא התרחשו בתאי הגזע של העובר, במהלך התחלקות התא. בילדים, מוטציה אחת בגן חשוב יכולה לגרום לאוטיזם ולפיגור שכלי." מסבירה פרופ' אילנה גוזס, מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר ומבית הספר סגול למדעי המוח. "בשלב הראשון ביקשנו לבדוק האם גם בתאים במוחם של חולי אלצהיימר מופיעות מוטציות, והאם קיימת חפיפה בין המוטציות המאפיינות אלצהיימר ואוטיזם."

 

כעת, קבוצת החוקרים בהובלת פרופ' גוזס מצאה חפיפה גבוהה בין מאות מוטציות המאפיינות ילדים עם אוטיזם ומוגבלות שכלית התפתחותית, לבין מוטציות במוחם של חולי אלצהיימר. החוקרים התמקדו במיוחד במוטציות בגן ADNP, שיש לו תפקיד חשוב בהתפתחות המוח ובהגנה על מבנה תאי העצב במוח. הם מצאו כי טיפול באמצעות מקטע מקוצר של החלבון ADNP, הקרוי NAP, עשוי להגן על המוח מפני השפעת המוטציות, ולסייע לחולי אלצהיימר ולאוטיסטים.

 

חפיפה משמעותית

החוקרים בחנו דגימות שנלקחו מאזור פקעת ההרחה במוחם של חולי אלצהיימר, לאחר מותם. ריצוף ה-RNA של הגנום בדגימות פקעת ההרחה העלה מאות מוטציות. בנוסף בדקו החוקרים נתונים מכמה מאגרי מידע אינטרנטיים, ומצאו גם כאן מוטציות באלפי גנים במוחם של חולי אלצהיימר – הרבה יותר (בממוצע לנבדק) מאשר במוח בריא. הם השוו את ממצאיהם לממצאים ממחקרים על מוטציות הקשורות לאוטיזם. "מצאנו חפיפה משמעותית: כ-40% מהמוטציות בגנים מחוללי מחלות שזיהינו בפקעת ההרחה של חולי אלצהיימר אותרו גם בילדים עם אוטיזם ומוגבלות שכלית," אומרת פרופ' גוזס.

 

הגן הבעייתי והבסיס לתרופה

כעת עברו החוקרים לבדיקה מעמיקה של גן ספציפי - הגן ADNP, האחראי בין היתר לתסמונת ADNP שגורמת לאוטיזם ולמוגבלות שכלית, וידוע כי הוא קשור גם למחלת האלצהיימר. "החלבון ADNP, המיוצר על ידי הגן ADNP, התגלה במעבדה שלי לפני כ-20 שנה, ומאז ערכנו עליו מחקרים רבים," אומרת פרופ' גוזס. "במהלך השנים התברר כי ל-ADNP יש תפקיד מרכזי בהתפתחות המוח בעובר, וכי פעולתו קשורה לחלבון Tau, הנקשר לשלד תאי העצב במוח ומייצב את מבנה התא, וידוע כי הוא נפגע אצל חולי אלצהיימר. בעבר הפקנו מהחלבון ADNP מקטע מקוצר בשם NAP, המשמש בסיס לתרופה ניסיונית לאוטיזם. במחקר הנוכחי מצאנו מספר מוטציות חדשות בגן ADNP במוחם של חולי אלצהיימר. כמו כן גילינו שככל שעולה מספר המוטציות ב-ADNP במוחם של החולים, עולה גם הפתולוגיה של החלבון Tau."

 

הגנה על שלד תאי העצב

בשלב הבא נעזרו החוקרים בהנדסה גנטית כדי להחדיר ADNP עם 2 מוטציות שמקצרות את החלבון, וכן Tau מסומן בצבע זוהר, לתאי מודל של תאי עצב מוחיים. בדיקת צביעת ה-Tau בתאים החיים העלתה כי המוטציה ב-ADNP גרמה לפגיעה בהיקשרות ה-Tau לשלד תא העצב, וכתוצאה מכך להיחלשות של שלד התא. עם זאת נמצא כי טיפול בתרופה הניסיונית NAP (הידועה גם בשם 201CP) הגן על מבנה שלד תאי העצב מפני ההשפעה המזיקה, והשלד נותר יציב ותקין.

 

פרופ' גוזס מציינת כי ממצאים אלה מעידים שמנגנון פעולה תקין של ADNP דרוש להיקשרות תקינה של Tau לשלד התא, ואילו מוטציות ב-ADNP משבשות את המנגנון. החזרת המקטע NAP מזרזת את קישור החלבון Tau לשלד התא, ובכך מגינה על התא מפני השפעתן המזיקה של מוטציות ב-ADNP.

 

אופק חדש לטיפול באלצהיימר ובאוטיזם

"המחקר שלנו פותח אופק חדש למחקר ולטיפול במחלת אלצהיימר ובאוטיזם," מסכמת פרופ' גוזס. "עד היום התמקדו חוקרי אלצהיימר בעיקר במצבורי העמילואידים שנוצרים במוחם של חולי אלצהיימר. המחקר שלנו מפנה את תשומת הלב לכיוון אחר – מוטציות שמשפיעות על החלבון Tau, ובכך גורמות לפגיעה במבנה של תאי העצב במוח. יותר מכך, התרופה הניסיונית שאנחנו מפתחים עשויה לסייע לחולי אלצהיימר וגם לאוטיסטים עם מוטציות הדומות לאלה של מחלת האלצהיימר."

 

חשוב לציין: החברה הישראלית קורוניס נוירוסיינס מחזיקה בזיכיון לפיתוח התרופה 201CP, המבוססת על המקטע NAP, מחברת רמות שליד אוניברסיטת תל אביב. החברה מפתחת תרופה ניסיונית לאוטיזם מסוג תסמונת ADNP, שנגרמת על ידי מוטציה אקראית בגן ADNP. הפיתוח נעשה תחת התוויה של תרופת יתום ממנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA).

 

במחקר השתתפו הדוקטורנטים ינינה איבשקו פחימה, אדוה הדר (סופרות ראשונות), איריס גריג, אוקסנה קפיטנסקי וגדעון כרמון ממעבדתה של פרופ' גוזס, פרופ' דוד גורביץ מבית הספר לרפואה באוניברסיטת תל אביב  (מדריך משותף של אדוה הדר), מיכאל גרשוביץ ממכון ויצמן למדע, ומעבדות בצ'כיה, בספרד, בבלגיה ובאנגליה. המאמר פורסם לאחרונה  בכתב העת Molecular Psychiatry.

 

מחקר

25.11.2019
שיטה חדשה לדגימת רקמות עשויה לחסוך כאב וסיכון בביופסיות חוזרות

השיטה החדשנית מתבססת על טכניקה שמגדילה את חדירות התאים באמצעות שדה חשמלי

  • רפואה ומדעי החיים

דגימת רקמות בכלל ורקמות מגידולים סרטניים ומסביבתם בפרט היא הליך נפוץ ברפואה, ויש לה חשיבות מיוחדת ברפואה מותאמת אישית. הדגימות משמשות לאבחון ולאיפיון מבני ומולקולרי, במטרה לזהות את סוג הגידול ולצפות מראש את תגובתו לטיפולים שונים. כיום מבוצעות הדגימות בעיקר באמצעות ביופסיה – חיתוך והוצאה של פיסת רקמה, אך לשיטה זו יש מספר חסרונות: היא גורמת לפציעה ולדימום ואף לדלקת וכאב במקום הביופסיה, וחשוב מכך, הדגימה שנלקחת בדרך זו היא מקומית, ואינה מספקת מיפוי מקיף על הגידול כולו.

 

חוקרים באוניברסיטת תל אביב, בהובלת פרופ' אלכס גולברג מבית הספר ללימודי הסביבה, ובשיתוף עם קבוצתו של פרופ' זהר יכיני מהמרכז הבינתחומי הרצליה ומהטכניון, פיתחו שיטה חדשנית לדגימת רקמות, שמרחיבה את המידע שמופק מההליך, ובנוסף עשויה לחסוך מהחולים את הכאב והסיכון שבביופסיות חוזרות בגישה המסורתית.

 

דגימת נוזלים תוך תאיים

השיטה החדשנית מסתמכת על הטכניקה הפיזיקלית של אלקטרופורציה, שבה משתמשים בשדה חשמלי כדי להגדיל את החדירות של קרום התא, במטרה לדגום נוזלים תוך תאיים בלבד, בניגוד לרקמה שלמה. "עד היום שימשה טכנולוגיה זו בעיקר להחדרת מולקולות (כמו DNA או תרופות) לתוך התא, למשל בהליכים של הנדסה גנטית, או למיצוי מולקולות מצמחים בתעשיית המזון." מסביר פרופ' גולברג. במחקר השתתפה החוקרת יוליה שביריוב ממעבדתו של פרופ' גולברג. המאמר התפרסם לאחרונה בכתב העת Scientific Reports.

 

החוקרים נטלו דגימות מכליה ומכבד של עכברים בריאים ומסרטן כבד אנושי שהושתל בעכברים, וחשפו את הרקמות לשילוב של פולסים חשמליים – 50 פולסים קצרים במתח גבוה של 500 וולט ו-50 פולסים ארוכים במתח נמוך של 50 וולט. ההליך הפיק מהרקמה נוזל, שממנו הופקו לאחר מכן מולקולות של חלבונים ו-RNA. איפיון החלבונים שמוצו מהרקמות העלה כי הפרופיל המולקולרי של הדגימות שנמדדו בדרך זו דומה לפרופילים המוכרים מהספרות המדעית, שהדרך להשגתו היתה ביופסיה שלמה של הרקמה, ומספק מידע אמין ומדויק יחסית על הרקמות הנבדקות.

 

"במחקר שלנו פיתחנו שיטה חדשנית לנטילת דגימות מולקולריות מרקמות, על ידי חשיפתן לשדות חשמליים," מסכם פרופ' גולברג. "מיצוי מולקולות עם פולסים חשמלים מאפשר זיהוי רקמות סרטניות לעומת רקמות רגילות". לגישה שלנו יש מספר יתרונות על שיטות הביופסיה המקובלות: היא אינה פוגעת ברקמה עצמה – פגיעה שעלולה לייצר דלקת ואף לעודד היווצרות גרורות; היא יכולה לזהות הימצאות של גידול סרטני באיבר מסוים גם כשמקומו המדויק של הגידול אינו ידוע; והיא יכולה לאפשר דגימה ממקומות שונים ומיפוי מקיף של הרקמה או הגידול. הממצאים שלנו עשויים לשמש בסיס לפיתוח גישה חדשה לנטילת דגימות לאיפיון גידולים סרטניים בבני אדם, שתסייע מאוד לרפואה המותאמת אישית."

ד"ר רחלי שריג

מחקר

11.11.2019
חושפים שיניים

חוקרים מצאו שיניים של אדם מודרני ואדם ניאנדרטלי מלפני כ-40,000 שנה, במערת מנות בגליל

  • רפואה ומדעי החיים

אפשר ללמוד הרבה משיניים, ולאו דווקא אם הבעלים שלהן הקפיד לצחצח אותן ולבקר אצל השיננית באופן קבוע. בחפירה פרה-היסטורית במערת מנות שבגליל, מצא צוות חוקרים משותף של אוניברסיטת תל אביב ורשות העתיקות שש שיניים אנושיות. להפתעתם, הם גילו שמדובר בשיניים של אנשים שחיו במקום בתקופות שונות. הממצאים תומכים בהשערה שלפני עשרות אלפי שנים התרחשה הגירה מאירופה לארץ ישראל, שהובילה לעידן חדש בהתפתחות התרבותית של אזורנו.

 

המהגרים האירופאים הקדומים

ד"ר רחלי שריג מבית הספר לרפואת שיניים ע"ש מוריס וגבריאלה גולדשלגר, וממרכז דן דוד לחקר תולדות האדם של הפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר ושל מוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט, מצאה בשיתוף עם ד"ר עומרי ברזילי, ראש תחום מחקר והתמחויות הארכיאולוגיה ברשות העתיקות, שש שיניים אנושיות במערת מנות שבגליל המערבי.

 

השיניים, שנמצאו בשכבות המזוהות עם התרבות האורניאקית שמוצאה באירופה, מהוות עדות אנתרופולוגית ראשונה לאוכלוסיית בני אדם, שהיגרה מאירופה לארץ ישראל לפני כ-40,000 שנה. מאמר המחקר התפרסם לאחרונה בכתב העת Journal of Human Evolution.

 

האדם הניאנדרטלי נטמע באדם המודרני

המערה נחקרת כבר כעשור, על ידי ד"ר ברזילי, פרופ' ישראל הרשקוביץ ממרכז דן דוד באוניברסיטת תל אביב, ופרופ' עפר מרדר מאוניברסיטת בן-גוריון שבנגב, במטרה להתחקות אחרי התפתחות האדם המודרני בארץ ישראל. ניתוח דנטלי של השיניים שנמצאו קבע, כי הן שייכות לבני אדם מתקופות שונות: לאדם המודרני ולאדם הניאנדרטלי.

 

"לממצא שלנו יש חשיבות רבה בזיהוי תושבי המערה לפני עשרות אלפי שנים," אומרת ד"ר שריג, שמסבירה בפודקאסט על הקשר המפתיע בין אנתרופלוגיה ורפואת שיניים, ועל התגליות המפתיעות על טבע האדם, שנחשפות בזכות שילוב שני התחומים. "שיניים נשמרות טוב יותר מעצמות, כי הן עשויות מאמייל, שהוא החומר העמיד ביותר בגוף. חשוב מכך: במבנה, בצורה ובטופוגרפיה (הבליטות על פני השטח) של השן יש מרכיב גנטי חזק, המאפשר לשייך שיניים לאוכלוסיות ספציפיות. במחקר הנוכחי התבססנו על צורתן החיצונית והפנימית של השיניים, כדי לאפיין ולשייך אותן. בארבע מהשיניים ביצענו בדיקות מעמיקות במעבדה: סריקות מיקרו-CT ואנליזות תלת-ממדיות".

 

התוצאות שהתקבלו הפתיעו את החוקרים: שן אחת הראתה קשר מובהק למין הומו סאפיינס - האדם המודרני; שן אחרת הראתה תכונות אופייניות לאדם הניאנדרטלי; ושתי שיניים הראו שילוב נדיר של תכונות ניאנדרטליות ומודרניות.

 

החוקרים מציינים כי שילוב כזה נמצא עד היום רק באוכלוסיות אירופאיות מראשית התקופה הפליאוליתית העליונה, שהתרחשה לפני כ-40,000 שנה. לאחרונה הוכח השילוב גם גנטית, והוא מרמז כי האדם הניאנדרטלי נטמע באדם המודרני באירופה. "המחקר פורץ הדרך מביא לראשונה את סיפורה של אוכלוסייה האחראית לאחת מהמהפכות התרבותיות החשובות בתולדות האדם", מציין פרופ' הרשקוביץ.

 

מסביר ד"ר ברזילי: "השיניים נמצאו בשכבות ארכיאולוגיות המשויכות לתרבות האורניאקית. מדובר בתרבות עשירה ומפותחת, המזוהה עם סוף עידן הניאנדרטליים באירופה, ומסמלת עידן חדש בהתפתחות התרבותית של האדם המודרני. בהתבסס על מחקרים גנטיים חדשים, שהראו שבמזרח אירופה הנאנדרטליים נטמעו אל תוך האוכלוסייה האורניאקית המקומית, אנו נוטים לפרש את הימצאותן של תכונות ניאנדרטליות בשיניים שנמצאו במערת מנות, כעדות נוספת לכך שמקורה של התרבות האורניאקית באזור מזרח הים התיכון הוא מאירופה. ייתכן שאוכלוסיות אלה ביקשו להתרחק מתנאי האקלים הקיצוניים ששררו בארצות מוצאן באותה עת - שיאה של תקופת הקרח האחרונה".

 

פיסת מידע בפאזל העצום של תולדות האדם

"הממצאים שלנו חשובים במיוחד מכיוון שהם שופכים אור על תקופה עלומה יחסית בתולדות האדם בארץ ישראל," מסכמת ד"ר שריג. "כיום משערים  שהניאנדרטליים נעלמו מהלבנט לפני כ-50 אלף שנה, עם הגעתם של אוכלוסיות אדם מודרני מאפריקה. מציאתם של מאפייני הומו סאפיינס וניאנדרטליים בשיניים מלפני 38 אלף שנה במערת מנות, תומכת בהשערה שהאוכלוסייה שהיגרה לכאן ככל הנראה מאירופה הייתה מעורבת, וייתכן שהביאה עמה את תרבותה באותה עת. בדרך זו מספק המחקר שלנו עוד נקודת זמן ברצף האבולוציוני והתרבותי, עוד פיסת מידע בפאזל העצום שנקרא תולדות האדם".

מחקר

22.10.2019
קופסאות השימורים של האדם הקדמון

ארכיאולוגים מאוניברסיטת תל אביב חשפו לראשונה עדויות כי האדם איחסן מזון לטווח ארוך כבר לפני 400 אלף שנים

  • רוח

נהוג לדמיין את האדם הקדמון כמי שיצא לצוד מדי יום ולאכול את השלל "מהיד לפה". אחרי שגילו שהאדם הקדמון היה הרבה יותר מחושב משחשבנו ואף נהג למחזר כלים, חוקרים מהחוג לארכיאולוגיה של אוניברסיטת תל אביב, בהובלת פרופ' רן ברקאי ופרופ' אבי גופר, חשפו ממצא פרהיסטורי פורץ דרך נוסף: עצמות יחמורים ועליהן סימני חיתוך המעידים כי העצמות נשמרו שלמות ומכוסות בעור למשך תקופה של עד 9 שבועות, ורק בשעת הצורך הופק מהן מח העצם המזין. הממצאים הם עדות קדומה ביותר, אולי הקדומה ביותר המוכרת לנו, לאחסון מתוכנן של מזון על ידי בני אדם קדומים. מקורם במערת קסם שליד ראש העין, בה חיו בני אדם בתקופה שבין 420,000 ל-200,000 אלף שנה לפני זמננו.

 

במחקר השתתפו הארכיאו-זואולוגים ד"ר רות בלסקו מן המכון לאבולוציה של האדם בבורגוס, ופרופ' ג'ורדי רוזל מן המכון הקטלני לאקולוגיה אנושית קדומה ואבולוציה חברתית בטרגונה, ספרד, שביצעו את ניתוח עצמות בעלי החיים מהמערה. המאמר התפרסם בכתב העת Science Advances.

 

"מערת קסם התגלתה ליד ראש העין בשנת 2000, במהלך עבודות להרחבת כביש 5; מאז אנחנו חופרים בה, והיא לא מפסיקה להניב תגליות מרתקות," מספר פרופ' ברקאי. "המערה מהווה מעין קפסולת זמן שהשתמרה במשך כ-200,000 שנה, מתקופה עלומה יחסית בתולדות האדם – בין 420,000 ל-200,000 שנה לפני זמננו. כיום היא נחשבת לאחד האתרים הפרהיסטוריים החשובים בעולם."

 

במחקר הנוכחי נעזרו החוקרים בכלי מחקר מתקדמים כדי לבחון שברי עצמות שנמצאו במערה. פרופ' ברקאי מסביר: "מדובר בעיקר בעצמות של גפיים קדמיות ואחוריות של יחמורים שניצודו בסביבה. אנחנו מניחים שהציידים ביתרו את הציד בשטח, ונשאו אל המערה רק חלקים נבחרים – בעיקר איברים עתירי בשר ושומן, גפיים וגולגולות. כמעט כל עצמות הגפיים נופצו כדי להפיק מהן את מח העצם, שהוא בעל ערך תזונתי גבוה במיוחד. אנחנו מצאנו סימני חיתוך ייחודיים ועמוקים במיוחד בשני הקצוות של העצמות התחתונות בגפיים, שאינם מוכרים משום אתר אחר בעולם. ביקשנו לברר את משמעותם."

 

תכנון לטווח ארוך

לאחר בדיקות רבות במעבדה, הגיעו החוקרים למסקנה שהסימנים הייחודיים נוצרו על ידי כלי צור בתהליך שנועד להפשיט מהעצם עור יבש. "מיד אחרי הציד קל לקלף את העור מהחיה, אך לאחר תקופה, כשהעור כבר יבש, הפעולה הרבה יותר קשה ודורשת מאמץ מיוחד," אומר פרופ' ברקאי. "על סמך סימני החיתוך המסיביים על העצמות העלינו את ההשערה שרגלי היחמורים שניצודו אוחסנו במערה כשהן עדיין מכוסות בעור, במטרה לשמר את מח העצם שבתוכן בצורה הטובה ביותר. רק כעבור זמן מה, לאחר שהעור כבר יבש, הוא קולף מהעצם, והעצם רוסקה על מנת לצרוך את מח העצם." סידרת ניסויים שבוצעו בעצמות איילים בני זמננו הראו כי מח העצם יכול להשתמר במצב ראוי למאכל בתוך גפה מכוסה בעור, לתקופה של עד 9 שבועות, וכי סימני הביתור שביצעו החוקרים במטרה להסיר את העור היבש זהים לאלה שהתגלו במערת קסם".

 

"אפשר לומר שדיירי מערת קסם היו הראשונים בעולם שהשתמשו בגפיים של יחמורים כמו בקופסת שימורים," מסכם פרופ' ברקאי. "הממצאים שלנו הם העדות הקדומה ביותר לטכניקה המשמרת מזון באופן מתוכנן לטווח ארוך. המשמעות היא, שבניגוד להנחה שהייתה מקובלת עד היום, יושבי המערה לא צרכו מיד את כל המזון שצדו, אלא חשבו קדימה, והתלות שלהם בציד יומיומי פחתה. אנחנו סבורים שהיכולת הזאת, לצד השימוש הקדום ביותר באש לצליית בשר, שהתגלה אף הוא במערת קסם, מהווים מענה לשינוי מהותי שהתרחש באותה תקופה: היעלמותם של הפילים מהאזור. קודם לכן היוו הפילים מקור ללא מתחרים של שומן ובשר, וכשהם נעלמו, נדרשו בני האדם למצוא פתרונות אחרים, ולהפיק מזון מספק ואיכותי מבעלי חיים קטנים הרבה יותר - בעיקר יחמורים. ממצאי מערת קסם מעידים על מהפך טכנולוגי ותרבותי משמעותי ביותר בפרק הזמן הזה, ושימור מזון הוא אחד מהשינויים שאפשרו למין האנושי להמשיך לשגשג באזורנו לאורך תקופות ארוכות מאד. ניתן לומר כי מאז ועד היום בני אדם משמרים מזון, וראשיתה של התנהגות חשובה זו במערת קסם לפני כ-420,000 שנים."

 

ד"ר רות בלסקו במהלך ניתוח עצמות בעלי חיים ממערת קסם במעבדות המכון לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל אביב (צילום: ג'ורדי רוזל)

ד"ר רות בלסקו במהלך ניתוח עצמות בעלי חיים ממערת קסם במעבדות המכון לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל אביב (צילום: ג'ורדי רוזל)

 

מחקר

03.10.2019
אחד בשביל כולם: הטיפול האימונותרפי שיתאים לסוגי סרטן רבים

חוקרים הצליחו לפתח פלטפורמה חדשנית לטיפול אימונותרפי, שעשוי להתאים לסוגים רבים של סרטן

  • רפואה ומדעי החיים

אימונותרפיה היא שיטה טיפולית, המבוססת על הפעלת מערכת החיסון של החולה עצמו כדי להילחם בסרטן. לצד התקווה שהיא מעניקה לחולים, שטיפולי הכימותרפיה וההקרנות לא השפיעו עליהם, היא נחשבת עדיין כיעילה עבור מספר מוגבל של גידולים סרטניים, וחולים רבים אחרים אינם מגיבים לטיפול האימונותרפי.

 

חוקרים מהמחלקה לפתולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, בהובלת ד"ר ירון כרמי, ד"ר פלג ריידר והדוקטורנטית דיאנה רסולוניריאנה, חשפו אוכלוסייה נדירה של תאים במערכת החיסון של חולי סרטן, שיכולים להוות פלטפורמה המבוססת על שילוב תאי T ייחודיים עם הנדסה גנטית, לפיתוח טיפול אימונותרפי חדשני, שיתאים לסוגים שונים של סרטן, ויעלה את סיכויי ההחלמה באופן דרסטי. במחקר השתתפו פרופ' רונן ברנר מהמרכז הרפואי וולפסון ופרופ' חיים גוטמן מבית החולים בילינסון, והוא פורסם לאחרונה בכתב העת .Journal of Clinical Investigation

 

שילוב קטלני

"למערכת החיסון יש שתי דרכים לזהות תאים סרטניים ולתקוף אותם", מסביר ד"ר כרמי "האחת - באמצעות תאים המכונים תאיT , שהם בעלי יכולת הרג גבוהה, אך נקשרים באופן חלש לתא הסרטני; והשנייה - באמצעות נוגדנים שנקשרים באופן חזק למוטציות על גבי התא הסרטני, אך מצד שני אינם מביאים להרג יעיל".

 

במסגרת המחקר גילו החוקרים סוג נדיר של תאים שבהם מתקיימות שתי התכונות גם יחד. התאים הייחודיים שהתגלו הינם תאי T של מערכת החיסון, המצויים בתוך הגידול הסרטני עצמו, ומצוידים בקולטנים שאינם אופייניים בדרך כלל לתאים מסוג זה. קולטנים אלה מאפשרים לתאי ה-T המיוחדים להתחבר לנוגדנים שנקשרים לגידול, וכך לזהות את תאי הסרטן ולחסלם.

 

״גילינו שבניגוד לתאי T רגילים (שאינם מסוגלים להיקשר לנוגדנים), תאי ה-T שמצאנו מצוידים בקולטנים המאפשרים להם להיקשר ישירות לנוגדנים, ולחסל תאים סרטניים באופן ישיר," מסביר ד"ר ריידר. "בכך הם מבצעים 'קיצור דרך' משמעותי, שעוקף את ההליך הטבעי המורכב של מערכת החיסון. לפי הממצאים שלנו מדובר באוכלוסייה נדירה של תאים, שמהווה אחוז קטן מתאי הT- שנמצאים בתוך הגידול הסרטני". החוקרים איתרו תאי T נדירים שכאלה בגידולים של עכברים עם מלנומה וסרטן שד, וכן בדוגמאות קליניות של גידולים שהוסרו בניתוחים מחולי סרטן.

 

צוות החוקרים. מימין לשמאל: פלג ריידר, דיאנה רסולוניריאנה וד"ר ירון כרמי

 

התאים המהונדסים יצילו חיים

בשלב הבא נעזרו החוקרים בטכנולוגיה של הנדסה גנטית כדי לחקות את המנגנון שנחשף – במטרה לייצר מספר רב של תאי T הדומים לאותם תאים נדירים, ובכך להפוך את התגלית לטכניקה טיפולית שימושית. הטיפול החדש, שכלל תאי T מהונדסים שנקשרים ישירות לנוגדנים, בשילוב עם נוגדנים שנקשרים לתאי הסרטן, נוסה על עכברים עם מלנומה והצליח לגרום להרס של תאי הסרטן, לעצירת הגידול ולנסיגה משמעותית. בזכות התוצאות סבורים החוקרים שהשיטה עשויה להתאים בעתיד גם לטיפול בסוגים אחרים של סרטן.

 

"המחקר שלנו משלב את שתי הזרועות של מערכת החיסון: יכולת ההרג של תאי ה-T והחיבור החזק לגידול באמצעות נוגדן," מסכם ד"ר כרמי. "בכך יצרנו פלטפורמה אימונותרפית חדשה לטיפול עתידי בסוגים רבים של סרטן. במסגרת השיטה ניתן יהיה לקחת תאי T מהחולה עצמו, להנדס אותם כך שיוכלו להיקשר לנוגדנים, ולהשיבם לחולה ביחד עם נוגדנים ספציפיים המתאימים למחלתו (שרובם מיוצרים כבר היום בתעשייה, כמוצרי מדף מאושרים ובטוחים לשימוש). בדרך זו צפויים התאים המהונדסים שפיתחנו לאפשר טיפול חדשני ונגיש בגידולים ממאירים מסוגים שונים״.

מחקר

03.10.2019
האם פרעה היה המהפכן הטכנולוגי הראשון?

נמצאו ראיות לקפיצה טכנולוגית וחברתית באדום המקראית, לאחר מסעו של פרעה שישק בערבה במאה ה-10 לפנה"ס

  • רוח

מחקר ארכיאולוגי חסר תקדים בהיקפו, בראשות פרופ' ארז בן יוסף מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום ע"ש יעקב מ. אלקוב, ובשיתוף אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, חשף את סיפור צמיחתה של ממלכת אדום המקראית כמעצמה טכנולוגית וחברתית, באמצעות ניתוח מדוקדק של פסולת תעשיית הנחושת בערבה. אחת ההפתעות הגדולות של המחקר: מי שהוביל את אותה התפתחות היה לא אחר מפרעה שישק, שעבר באזור במחצית השנייה של המאה ה-10 לפנה"ס.

 

דברים שמוצאים באשפה

כמעט בכל סדרת בלשים שמכבדת את עצמה, מוצא את עצמו הגיבור הראשי מחטט בפחי הזבל של מושא המעקב שלו, כדי למצוא רמזים וראיות. גם הארכיאולוגים עושים את זה, אלא שבמקרה שלהם מדובר בפסולת ישנה מאוד.

 

החוקרים ניתחו מאות ממצאים, ממכרות הנחושת הקדומים בפינאן שבירדן ובתמנע פה בישראל, על מנת לשחזר את התפתחותה ואת שכלולה של תעשיית ייצור הנחושת, לאורך כ-500 שנים, סביב תחילת האלף הראשון לפני הספירה (1300–800 לפנה"ס).

 

באמצעות בדיקות מיקרוסקופיות וכימיות של סיגי נחושת (שהיא פסולת כבשנים), זיהו החוקרים שינויים טכנולוגיים דרמטיים בטווח קצר. הם הצליחו להראות נפילה סטטיסטית ברורה בכמות הנחושת בסיגים, כלומר זינוק ביעילות תהליך ההפקה. מחקרם התפרסם בכתב העת PLOS ONE.

 

לפעמים אשפה היא אוצר. יותר מ-6 מטר פסולת ייצור נחושת נחפרה בח'ירבת עין נאחאס שבירדן (צילום: פרופ' תום לוי)

 

"יש חוקרים שמנסים לגמד את הפקת הנחושת באזור הערבה בתקופה הזו", מסביר פרופ' בן יוסף. "לטענתם, חי כאן אוסף רופף של שבטים, שהפיקו נחושת באופן ארעי ומזדמן. הממצאים שלנו סותרים את התפיסה הזאת ועולים בקנה אחד עם הסיפור המקראי, לפיו הייתה ממלכה באזור עוד "לִפְנֵי מְלָךְ-מֶלֶךְ, לִבְנֵי יִשְׂרָאֵל' (בראשית ל"ו). את הראיות שמצאנו לתעשיית הנחושת בערבה ניתן לייחס אך ורק לממלכה ריכוזית והיררכית, כלומר לאותה אדום קדומה ומקראית.

 

בהתאם, אופן יישום הטכנולוגיה ושינויים ביעילותה לאורך זמן משקפים תהליכים חברתיים, והתוצאות שלנו מלמדות לראשונה על הזמן ועל האופן בו הופיעה חברה מורכבת, שחלשה על המרחב כולו, וחברה זו מזוהה עם אדום המקראית".

 

ההייטק של העת העתיקה

הנחושת, ששימשה בעת העתיקה להפקת כלים וכלי-נשק, הייתה המשאב היקר ביותר בחברות המזרח הקדום. הפקתה נחשבה לתהליך מורכב, המצריך שלבים שונים ורמות שונות של מומחיות: על חרש הנחושת היה לבנות כבשן חומר בממדים מסוימים מאוד, לספק לכבשן הזה כמות מדויקת של חמצן ופחם, לשמור על טמפרטורה של לא פחות מ-1,200 מעלות צלזיוס, להזרים פנימה כמות קבועה של אוויר ולהוסיף לקדירה תערובת מורכבת של מינרלים.

 

"כמו היום, גם אז היו מומחים שעסקו באופן קבוע ב'מחקר ופיתוח'", אומר פרופ' בן יוסף ומסביר "הישגים טכנולוגיים נשמרו כסוד מקצועי, וניהול התעשייה היה קשור באופן ישיר לאליטה השלטונית".

 

מה לפרעה ולטכנולוגיה?

כאמור, את הזינוק ביעילות תהליך ההפקה של הנחושת מייחסים הארכיאולוגים למסעו הצבאי של פרעה שישק באזור, במחצית השנייה של המאה ה-10 לפנה"ס.

 

"בבת אחת עלתה יעילות תעשיית הנחושת באזור, שמצביעה על עבודה לפי פרוטוקולים מדויקים, שאפשרו ייצור כמות גדולה מאוד של נחושת במינימום אנרגיה", מסכם פרופ' בן יוסף.

 

"המצרים הצליחו לזעזע את אדום באופן שהביא לקפיצה הטכנולוגית. כצרכני נחושת מיובאת, למצרים היה אינטרס מובהק בייעול התעשייה בערבה, ונראה שדרך קשריהם רחוקי-הטווח הם היוו זרז לאימוץ אדומי של חידושים טכנולוגיים מהמרחב כולו. כך למשל, מופיע הגמל לראשונה באזורנו מיד אחרי מסעו של שישק. למעשה, אפשר לומר כי ההתערבות המצרית הפכה את אדום למעצמת הנחושת הגדולה ביותר במזרח הקדום".

 

Postscript First

This is a debugging block

Postscript Second

This is a debugging block

Postscript Third

This is a debugging block

Postscript Fourth

This is a debugging block