Home

ניוזלטר הנדסה ביורפואית

שומע את הבאות

Read full newsletter »  

פרופ' איתן קימל החל להתעניין במערכת השמע ובאוזן הפנימית בגיל 16, כאשר שמע הרצאה ביום הפתוח בטכניון, מפי פרופ' פרנץ אולנדורף, ממקימי הפקולטה להנדסת חשמל בטכניון, אשר דיבר על מכשירי שמיעה. השילוב של ידע והומניזם תפס אותו ומאז חלם על התחום. כך הגיע לעסוק בהנדסה ביורפואית.

לפני 4 שנים, בסמוך ללידתה של נכדתו, ניבה, נודע למשפחתו כי לנכדה צפויה להיות בעיית שמיעה. ואכן עד גיל שנה שמיעתה היתדרדרה ונפגעה קשות. באותה תקופה הבשיל מחקר תאורטי על ערור עצבי בעזרת אולטרסאונד, שנערך בשיתוף בין איתן ופרופ' שי שהם והמשתלם לדוקטורט מיכאל (מישה) פלקסין (בהנחייה של השניים). ואז "כמו בהזמנה" הגיעו תוצאות נסויים בעכברים שנעשו באוניברסיטת סטנפורד, אשר התאימו להפליא לתחזיות של התאוריה, שהתבססה על מודל קודם לאינטרקציה בין אולטרסאונד ותאים שפיתח איתן. תוך פחות משנה הפכה התאוריה שלהם, בנושא השפעות אולטראסאונד על כיבוי והפעלה של רשתות עצביות, למובילה בעולם. אבל ראשו של איתן היה נתון כבר למע' השמע. איתן האמין כי מודל הממברנה בו עסק בהקשר של אולטרסאונד עשוי להסביר את הפיזיולוגיה של השמיעה, שכן שני התחומים עוסקים בגלי לחץ ובתגובה תאית וממברנלית.  אך האתגר התברר כמורכב מאוד. מודל הממברנה של איתן הראה כי ממברנת התא היא הראשונה להגיב לשינויי לחץ של אולטראסאונד. איתן חיפש מבנה דומה במע' השמע, דמוי ממברנה אך קל בהרבה לערור. אחרי הכל, הלחצים שהאוזן הפנימית קולטת קטנים פי ביליון ויותר מלחצי האולטרסאונד. לאחר חודשים של חשיבה וחיפוש מצא כי דופן התא של תאי השערה החיצוניים באוזן הפנימית היא התשובה. "מסתבר שמדובר במבנה מדהים בתחכומו", מסביר איתן, "אשר מורכב מיריעות ממברנות עם קפלים, המאפשרות מעבר ממצב של יציבות זמנית לאי יציבות". המנגנון לא היה ברור, עד שבאחת מפגישותיו של איתן עם פרופ' אדווין רובל, מגדולי החוקרים של האוזן הפנימית, סיפר לו רובל על חתיכת הפאזל החסרה- מולקולת הפרסטין, אשר התגלתה לפני כ – 15 שנים ומהווה את המנוע המולקולרי של מערכת השמע. הפרסטין הוא חלבון המצוי בשפע בממברנת תאי השערה והוא אחראי על ההגברה הקוכליארית באוזן הפנימית. כיווץ הפרסטין מאפשר מעבר חוזר מאי יציבות ליציבות זמנית ודריכה של הממברנה לקראת הקפיצה הבאה.

 פרופ' קימל בילה שעות ארוכות בבניית המודל של תא השערה החיצוני והרבה להתייעץ עם הדוקטורנטים שלו, מישה פלקסין ועינת שפירא, שניהם אגב מתוכנית הננוטכנולוגיה. "עינת, שעושה דוקטורט על הבטים אחרים של הממברנה, נדלקה על הנושא, קראה עשרות מאמרים בתחום והפכה את הפתרונות האינטואיטיביים שלי למדע מבוסס על מנגנונים מוכרים ומשוואות ידועות", מספר איתן.

 "בבוקר אחד הפתיעה ואמרה לי 'המשוואה שפיתחת עבור הממברנה זהה למשוואת לנגוין למערכת לא יציבה בחלקה בעלת שני מצבים יציבים... '. לאחר מכן "נעלמה" לשבועיים ובדיעבד התברר כי “מרדה” בהוראתי שלא להמשיך לעבוד על מודל תא השערה החיצוני ולחזור לנושא המחקר העיקרי שלה. מסתבר שזה היה משתלם", מוסיף איתן. "בזמן העלמותה פיתחה סימולציות מתמטיות אשר הדגימו ביצועים של מערכת מאוד מיוחדת, המתמודדת עם אות חלש בהרבה מהרעש ומגבירה אותו באופן סלקטיבי, כך שיהיה חזק יותר מהרעש ובעצם ממירה את אות הלחץ לתנועה. כך זוהתה יחידה ננוטכנולוגית המהווה מנוע מולקולרי שנשלט באמצעות סאונד או אולטראסאונד. יחידה זו מופעלת ע"י תדר מסוים, נשלטת חיצונית ואינה דורשת מקור אנרגיה מלבד האות האקוסטי עצמו", מסביר איתן עם ניצוץ בעיניו. על מנוע מולקולרי זה נרשם פטנט והוא יכול לשמש ביו היתר למכשיר שמיעה חדשני. כן פורסם מאמר במהדורה הראשונה של העיתוןin Medicine  Physics.

 לפני כשנה וחצי, במהלך הכנס השנתי להנדסה ביורפואית שהתקיים בחיפה, הכיר איתן את רפי רמברנד, אשר מתעסק ב- Otoacoustic emission - סאונד המשודר מהאוזן הפנימית החוצה ומוסבר היטב ע"י המודל של איתן. רמברנד, אב לבן אוטיסט, טוען כי ניתן לזהות אוטיזם עפ"י דפוס החזר השמע. למטרה זו תוכנן מכשיר לקליטת האותות, אשר נבנה על ידי סטודנטים מתוכנית ה-ME בהנדסה ביורפואית בשרונה ת"א. ניסויים במכשיר, לצד השיחות עם רמברנד, חיזקו את טענתו של איתן, הגורסת כי עצבוב תאי השערה ניתן למדידה מוחית באופן פשוט (ואף אינו דורש (MRI. גילוי זה עשוי להוות כלי אבחון מהימן ופורץ דרך ברפואה, עבור מגוון הפרעות ופתולוגיות.

 

Read full newsletter »