בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו
 

אתם מחוברים לאתר דרך IP ארגוני, להתחברות דרך המינוי האישי

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

לקרוא ללא הגבלה, רק עם מינוי דיגיטלי בהארץ  

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

הסוכר שיציל אתכם מהתקף לב

חוקרים מנסים לרתום את הגלוקוז, המהווה מקור אנרגיה לתאי הגוף, ולהפיק ממנו חשמל להפעלת שתלים צורכי אנרגיה דוגמת קוצבי לב

10תגובות

ב-1958 נערך הניתוח הראשון להשתלת קוצב לב. מאז ועד היום מדענים ורופאים מחפשים דרכים שונות לספק לשתלים מסוג זה את האנרגיה חשמלית הדרושה להפעלתם. ברבות השנים נבחנו סוללות אלקטרוכימיות, סוללות הנטענות באמצעות השראה חשמלית ואפילו סוללת פלוטוניום רדיואקטיבית. קוצבים רדיואקטיביים עדיין צצים מפעם לפעם בחדרי מתים ובבתי חולים, והקושי להיפטר מהם מעסיק את הוועדה לאנרגיה אטומית של ארצות-הברית.

כיום מופעלים מרבית הקוצבים באמצעות סוללות ליתיום שאינן ניתנות לטעינה. הסוללות מפעילות שתלים קרדיולוגיים ונוירולוגיים רבים והן בעלות תוחלת חיים של 10-7 שנים. פרק הזמן הזה הוא מספיק, שכן בפרק זמן זה ממילא צריך להחליף לדגם חדיש יותר של קוצב.

עובדה זו לא הניאה חוקרים ממציאת פתרון שלם יותר בדמות מקור אנרגיה קבוע שאינו מצריך טעינה חיצונית. בימים אלה, מתקרבים מספר חוקרים לפיתרון הרצוי על-ידי רתימה של גלוקוז, סוכר טבעי נפוץ הידוע גם כ-"סוכר ענבים" ואשר משמש כמקור אנרגיה ראשי לרוב התאים בגוף.

פבל וולברג

רעיונות שונים אחרים נוסו במשך השנים. דוגמא אחת מתבססת על ניצול האנרגיה הקינטית של תנועת הגוף, בדומה להפעלת שעוני יד. על פניו, די בהתמרת האנרגיה הקינטית גם עבור שתלים וקוצבים. גם הבדלי הטמפרטורה בין הגוף לאוויר יוצרים צמד תרמי שיכול ליצור הפרש מתחים המוביל לייצור חשמל. מכשיר שכווון בהתאמה לתדרים יכול לקלוט גלי רדיו מהסביבה, להמיר אותם לחשמל ולמעשה לשמש כמקור אנרגיה זמין עבור המכשירים.

הגם שפתרונות אלה הוכיחו עצמם כישימים בתנאי מעבדה, הם לוקים באותה המגבלה: פעילות בלתי-רציפה. חולי-לב שאינם מודעים לכך, עשויים לייצר רק מעט אנרגיה קינטית. ישיבה בחדר חם, מורידה למשל את הפרש המתח החשמלי המתקבל מצמדים תרמיים. בנוסף, למרות תפוצתם הרחבה של גלי רדיו, הם אינם נמצאים בכל מקום. לפיכך, כשזה נוגע לשתל שנועד לשמור על חיי-אדם, מגבלה כזאת מהווה חסרון רציני.

חשמל בדם

שתל הפועל על גלוקוז יוכל לפתור בעיות מעין אלה. בגוף אספקה תמידית של גלוקוז, העובר דרך מערכת הדם. למכשיר שידע לנצל את חד-הסוכר, תהיה גישה קבועה למקור אנרגיה והוא יוכל להיות מושתל כמעט בכל מקום בגוף.

צוות מחקר בראשותו של ד"ר סמיר סינגהאל ממכון המחקר DRC באלבמה, הצליח לבודד שני אנזימים האחראים לפירוק חד-הסוכר בתא החי. בעזרת צינוריות פחמן זעירה, האנזימים הוצבו על אלקטרודות של סוללה והפיקו חשמל על-ידי שחרור אלקטרונים מגלוקוז. לעת עתה, הצליח הצוות לתעל רק שני אלקטרונים מתוך 24 המצויים במולקולת גלוקוז יחידה, אך עם התקדמות הטכנולוגיה המספר צפוי לעלות.

ד"ר סינגהאל השתיל אבטיפוס קטן של השתל בחיפושיות חיות. כשהן מצויידות בשבב שגודלו כמטבע פני, הפיקו החיפושיות הביוניות במשך שבועיים למעלה מ-20 מיקרו ואט.

זו אומנם רק חמישית מהכמות הנדרשת להפעלת קוצב לב, אך לדברי סינגהאל, גרסה של השתל שתותאם לגוף אנושי תייצר די הספק. אלא שהפתרון אינו לגמרי מושלם. לעיתים קורה ששתלים וגופים זרים בגוף מתכסים רקמה ביולוגית וחלבונים במסגרת תופעה שנקראת אילוח מיקרוביאלי (Biofouling). תופעה זו עשויה להפוך את השתל שמפתח סינגהאל לבלתי-שמיש כעבור מספר חודשים בלבד. סיבה נוספת לדאגה טמונה בנטייה של האנזימים לקרוס עם הזמן. בהיבט זה, המשמעות של קריסת אנזימים היא איבוד חשמל.

ויקיפדיה

ראול שארפשקאר, מהנדס חשמל מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), טוען כי מצא פתרון מוצלח לשתי הבעיות. במאמר שפורסם ב- Public Library of Science, מתארים שארפשקאר ועמיתיו למחקר פיתוח סוללת גלוקוז שתתבסס על קטליזטור עמיד מטיטניום. חסרונה המרכזי של השיטה טמון בכך שהטיטניום הוא זרז פחות יעיל מאשר אנזימים.

הצוות המדעי של שארפשקאר הצליח לעומת זאת להציג פיתרון מקורי לבעיית האילוח: בכוונת החוקרים להשתיל את הסוללה בנוזל המוח והשדרה (CSF) המקיף את חלל המוח. למרות שהנוזל מכיל רק כמחצית מריכוז הגלוקוז בהשוואה למחזור הדם, אין בו חלבונים או תאים שיכולים לזהם גופים זרים המושתלים באזורים אחרים של הגוף, מה שעשוי להאריך מאוד את חיי המכשיר.

גישות מחקר נוספות בחנו מין מיוחד של חיידקים שמסוגלים להמיר את האלקטרונים המועברים למולקולות של ברזל כתוצאה מחמצון גלוקוז. כעת מנסים החוקרים לנתב את בית הגידול של החיידקים לאנודה של תא חשמלי. עם הפרדה נכונה ממערכת החיסון של הגוף, ניתן יהיה להסב מושבת חיידקים כזו להמרה של אלקטרונים בחומרים מזינים ממערכת הדם. הבקטריות יוכלו לחדש את האנזימים של עצמן, כך שעקרונית, מערכת כזו תוכל לפעול לזמן בלתי-מוגבל. אלא שרעיון ההשתלה של מושבת חיידקים בגוף עשוי לגרור לא מעט סיבוכים וכן יהיה עליו לעמוד קודם בתקנים של משרד הבריאות – וכמובן עמידה במבחן דעת הקהל.

מחקר אחר מנסה לרתום למשימה כמה מהתאים של הגוף עצמו. הרעיון לקוח מטיפול מיושן בשריר לב פגום באמצעות תרפיה תאית (cardiomyoplasty), המתבסס על הפרדה של רקמת שריר בלתי-פעילה ועטיפת שריר הלב לשם חיזוק כוח השאיבה של הדם. כיום ניתן להסב רקמת שריר למחולל המשתמש בכוח מכאני לייצור חשמל. מערך כזה יוכל לייצר חשמל בכמות מספקת להנעה של כל שתל, כולל לב-מלאכותי.

צפיפות האנרגיה בסוללות ליתיום עברה דרך ארוכה בעשורים האחרונים, אולם התהליך הכימי עליו הן מתבססות לא יכול להשתוות למקור אנרגיה שיספק חילוף החומרים בגלוקוז. כמות האנרגיה הכימית האצורה בגרם אחד של גלוקוז שווה כמעט למחצית האנרגיה המתקבלת מגרם של דלק (petrol) - חומר בעירה עתיר אנרגיה. עם מעט פיתוח, סוכר יכול להתגלות כפיתרון מתוק מאוד להפעלת הדור הבא של השתלים.



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות
*#
בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו