רשות החדשנות מכריזה על זכיית השותפות בין התעשייה האווירית וחברת בקרמוס טכנולוגיות במכרז להקמת מעבדה ראשונה מסוגה בישראל, בהשקעה כוללת של 113 מיליון שקל, שצפויה להפוך את ישראל למובילה עולמית בחקר תכנון ופיתוח חיישנים חכמים לאבחון רפואי, שתלים חכמים שינטרו את מצבנו הרפואי, ישקמו את הסביבה ויפיקו אנרגיה ממקורות ביולוגים. כל זאת בעזרת מעבדה המאפשרת שילוב ייחודי של ביולוגיה, הנדסה ובינה מלאכותית.

מדובר במהלך אסטרטגי ופורץ דרך שמטרתו להציב את ישראל במרכז העשייה הטכנולוגית הגלובלית. המעבדה החדשה תעניק שירותי מו"פ ייחודיים לסקטורים רבים, תאפשר לחוקרים ולחברות ישראליות להתחרות בשוק הבינלאומי ותשמש כמנוע צמיחה משמעותי לתעשיית הביו-טכנולוגיה המקומית.

מעבדת הביו-שבבים/התקנים תאפשר לחברות ישראליות גישה לתשתיות טכנולוגיות מהמובילות בעולם ותספק להן שירותי מו"פ מתקדמים, כולל תכנון, ייצור סדרות קטנות ותיקוף של אבות טיפוס. הטכנולוגיות שיפותחו במעבדה צפויות להאיץ תהליכי פיתוח תרופות, דיאגנוסטיקה וניטור, ולהפוך את תהליכי הייצור הביולוגיים לזולים, מדויקים ונגישים יותר.

ביו-שבבים וביו-התקנים הינם כלים מרכזיים המאפשרים בין השאר האצה דרמטית של תהליכי פיתוח לאיתור, זיהוי וניטור באנשים, חי, צומח, מים, אוויר וקרקע. היכולת להניע תאים בודדים בתוך שבב ביולוגי, בתהליך הנקרא מיקרו-פלואידיקה, לבצע בהם תהליכים ביולוגיים בנפחים מיקרוסקופיים ולמדוד בהם שינויים ברמת רגישות מולקולרית, באמצעות ננו-טכנולוגיה למעשה "מקפלת" לתוך שבב קטן מה שנהוג לעשות מזה עשרות שנים באמצעות מעבדות ביולוגיות התופסות חדרים וציוד גדולים ויקרים.

תחום ה Bio-Convergence,  המנוהל במסגרת התכנית הלאומית ל-BC של פורום תל"מ, משלב טכנולוגיות מתחום הביולוגיה עם טכנולוגיות מעולמות ההנדסה השונים, התוכנה והחישוביות. זהו תחום חדש אשר צפוי לגדול בקצב מואץ ולתפוס מקום חשוב ברפואה, סביבה, אנרגיה, חקלאות, מזון, ביטחון וסקטורים אחרים.

דוגמאות לסוג הפיתוחים שניתן יהיה לפתח במעבדה

1. טיהור מים מזוהמים: התקנים חכמים שישלבו חיידקים מתקדמים לניקוי מים תוך הפקת אנרגיה חשמלית מתהליך הנשימה התאית שלהם.
2. ניטור זיהום אוויר: ביו-שבבים שיזהו רעלנים באוויר ברמות מולקולריות, יתריעו בזמן אמת ויסייעו בשיקום האוויר בסביבה עירונית ותעשייתית.
3. שיקום סביבה ימית: התקנים ביולוגיים שיפרקו פסולת אורגנית ופלסטיק באוקיינוסים, יטהרו מים ויפיקו אנרגיה במקביל.
4. אבחון מהיר במחלות מדבקות: שבב חכם שיוכל לאבחן תוך דקות מחלות ויראליות או בקטריאליות מתוך דגימות קטנות, וייתן המלצה מיידית לטיפול מותאם אישית.
5. מערכות ביולוגיות אוטונומיות לביטחון: התקנים שיזהו חומרי נפץ או חומרים מסוכנים במעברי גבול ויתאימו תגובות מנטרלות.
6. יצור מזון חכם: טכנולוגיות ביולוגיות שיסייעו בגידול מזון בתנאים קשים, תוך הפחתת בזבוז ותוך שמירה על הערכים התזונתיים.
7. שיקום נזקי חומרים כימיים: חיישנים המותאמים לזיהוי ושיקום אזורים מזוהמים מחומרים רעילים, במים או בקרקע, באמצעות תגובות ביולוגיות מדויקות.
8. מערכות זיהוי מוקדמות בבריאות הציבור: חיישנים עירוניים שיזהו התפרצות מוקדמת של מחלות מדבקות וימנעו מגפות.

גילה גמליאל, שרת החדשנות, המדע והטכנולוגיה: "המעבדה הלאומית לביו-שבבים וביו-התקנים היא ביטוי למחויבותה של ממשלת ישראל ליצור תשתית לאומית שתאפשר לחברות ישראליות להוביל את הקדמה המדעית-טכנולוגית העולמית. זהו מהלך אסטרטגי שישלב את היתרון היחסי של ישראל בתחומי ההיי-טק והביוטכנולוגיה, ויפתח הזדמנויות חדשות בתחומי הרפואה המותאמת אישית, החקלאות המתקדמת והאנרגיה הירוקה. המעבדה החדשה פותחת פרק חדש בסיפור המדעי, פרק שבו ביולוגיה, הנדסה ובינה מלאכותית ישתלבו ליצירת פתרונות פורצי דרך שבכוחם לשנות את העולם והאנושות כולה".

ד"ר אלון סטופל, יו"ר רשות החדשנות: "המעבדה הלאומית לביו-שבבים וביו-התקנים מבטאת את המחויבות וההבנה שלנו  שטכנולוגיות מפציעות המשלבות אינטגרציה בין דיסציפלינות מובילות לפריצות מעטפת של יכולות והישגים. השילוב הייחודי בין מחקר ופיתוח בתחומי הביולוגיה, ההנדסה והבינה המלאכותית יאפשר לישראל להוביל בפיתוח פתרונות יצירתיים לאתגרים גלובליים, תוך שימוש בביו קונברג'נס ככלי להעצמת יכולותיה של האקדמיה והתעשייה המקומית. מעבדה זו אינה רק פרויקט טכנולוגי – היא אבן דרך בדרך לבניית עתיד של חדשנות פורצת דרך, שמייצרת השפעה ברמה לאומית ובינלאומית כאחד."

דרור בין, מנכ"ל רשות החדשנות: " מדובר במהלך שיחזק את מעמדה של ישראל בעולם! כחלק מהחזון הרחב שבתוכנית הלאומית לביו-קונברג'נס תתרום המעבדה החדשה לביסוס מעמדה של ישראל כמובילה עולמית בתחום. שותפות זו תספק לחברות ישראליות את הכלים הטכנולוגיים והתשתיות הדרושות כדי להוביל כאן בארץ פרויקטים של ביו-שבבים/התקנים – לרפואה, אנרגיה וחקלאות – מרעיון למציאות וללא תלות בשירותים יקרים בחו"ל. המעבדה צפויה לשמש כמרכז ידע, מחקר ופיתוח שימשוך לישראל השקעות זרות, שיתופי פעולה בינלאומיים וכישרונות חדשים. המעבדה החדשה אינה רק השקעה בתשתית – היא השקעה בעתיד ומסמלת את

מחויבות רשות החדשנות להמשך צמיחת וגיוון ההיי-טק הישראלי, גם מול תחרות הולכת וגוברת בזירה הבינלאומית".

על אף שתחום זה מיוחס בעיקר לתחום הרפואי , אנו עדים יותר ויותר למחקר מסייע בביו התקנים לתחומי אנרגיה, סביבה, מים, חקלאות ובטחון. לדוגמא, התקנים להפקת אנרגיה ממקור ביולוגי ממירות אנרגיה ביולוגית לאנרגיה חשמלית או תרמית. או במילים פשוטות, יהיה קל וזול יותר בעזרת התקן ביולוגי חכם להפיק חשמל מפסולת. התקנים יפיצו חיידקים המפרקים את החומר האורגני בתהליך של נשימה תאית תוך שהם משחררים אלקטרונים ליצירת זרם חשמלי  ולטהר מים מזוהמים תוך כדי ייצור חשמל.

לאחר הליך תחרותי ומורכב, זכתה השותפות בין התעשייה האווירית לבין בקרמוס טכנולוגיות להוביל את הקמת המעבדה: התעשייה האווירית מובילה עולמית בפיתוח טכנולוגיות מתקדמות במגוון רחב של תחומים ומספקת שנים רבות מערכות חדשניות ללקוחות ביותר מ- 100 מדינות. לחברה יכולות מוכחות בין השאר בהדפסת תלת-ממד, חומרים מתקדמים, למידת מכונה, סימולציה ואינטגרציה של מערכות רב-תחומיות

חברת בקרמוס טכנולוגיות הממוקמת בקיסריההוקמה בשנת 1998 ומספקת פתרונות מתקדמים לזיווד (Advanced Packaging) של שבבים ורכיבי אופטיקה. החברה מפעילה מערך חדרים נקיים וציוד הרכבת שבבים וכן מספקת שירותי תכן, ייצור, חקרי כשל וייעוץ בתחום הרכבת שבבים, התקנים ורכיבים אופטיים ואחרים. לחברת בקרמוס צוות מומחים שצברו ניסיון רב מול מאות חברות בארץ ובעולם, לרבות חברות מו"פ בתחום הביו-קונברג'נס.

לניסיון הרב והמוכח של התעשייה האווירית ובקרמוס בתחום הטכנולוגיה וההנדסה מצטרפות היכולות של עמיתים וקבלני משנה מישראל ומהעולם מתחומי הביולוגיה וביניהם Fraunhofer IGB, Ginkgo Bioworks, . ובנוסף, NVIDIA מתחום החישוביות והבינה המלאכותית, NY CREATES מתחום ייצור השבבים ואחרים.

הפוסט רשות החדשנות תשקיע 75 מיליון שקל בהקמת מעבדת מחקר ופיתוח לביו-התקנים וביו-שבבים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

מדענים שמבקשים לפתח בדיקות לזיהוי נגיפים, או תרופות או חיסון נגד נגיף, נדרשים, בראש ובראשונה, להכיר את מבנה הנגיף הנחקר. אלא שכמובן, כאשר מדובר בנגיפים אלימים, העבודה עם נגיפים אמיתיים כרוכה בסיכון לא מבוטל. פרופ' רועי בר-זיו, מדענית הסגל ד"ר שירלי שולמן דאובה, תלמיד המחקר (אז) ד"ר אוהד וונשק ותלמיד המחקר יפתח דיבון במחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית במכון ויצמן למדע מתארים כיצד התמודדו עם האתגר בדרך מקורית. הם יצרו תאים מלאכותיים – מעין גומות מיקרומטריות – ש"נחצבו" בשבב סיליקון. בקרקעית ה"גומות" של התאים המלאכותיים, קיבעו המדענים גדילי די-אן-אי צפופים. בהיקף ה"תאים", מיקמו מעין "מרבדים" של קולטנים שקושרים את החלבונים שהמערכת מפיקה. בתחילת התהליך הזרימו המדענים אל התאים המלאכותיים תמיסה שהכילה את המולקולות והאנזימים ש"קוראים" את המידע הגנטי שבגדילי הדי-אן-אי ומייצרים לפיהם חלבונים. בשלב הבא – שמתרחש ללא התערבות אנושית – הקולטנים שהמדענים מיקמו בהיקף התאים המלאכותיים, קושרים את אחד מחלבוני הנגיף שנוצר בתא. בהמשך, שאר חלבוני הנגיף משתלבים אלה באלה ויוצרים יחד את המבנים שהמדענים ביקשו ליצור – במקרה זה, חלקים קטנים של נגיפים מסוג מיוחד, התוקף חיידקים ("בקטריופאג'ים"). ממצאי המחקר מתפרסמים היום ב-Nature Nanotechnology.

"גילינו", אומר פרופ' בר-זיו, "שאנחנו יכולים לשלוט בתהליכי ההרכבה, ביעילות שלהם ובתוצרים שיורכבו בתאים המלאכותיים שלנו – באמצעות תכנון ועיצוב מוקפד של המבנה הגיאומטרי של ה'תאים' האלה. בנוסף, שינויים במיקומים של הגנים והמקבצים השונים שלהם קובעים, למעשה, אילו חלבונים התא ייצר, ובהמשך, מה הוא ירכיב וייצור מהם". מוסיף ד"ר וונשק: "העובדה שמדובר ב'תאים מלאכותיים מיקרומטריים', מאפשרת לנו למקם מספר עצום של תאים מלאכותיים על שבב אחד, ובאמצעות עיצוב שונה, לגרום לכך שבאותה 'הרצה' תאים שונים יבצעו מטלות שונות".

תכונות אלה של המערכת שפיתחו מדעני המכון והיכולת ליצור בעת ובעונה אחת הרבה מאוד חלקים קטנים ושונים של נגיפים עשויות לאפשר למדענים, בכל העולם, ליצור ולבחון תרופות וחיסונים שונים נגדו. "ניסויים אלה", אומר דיבון, "שיתבססו על חלקים סינתטיים – ולא על מרכיבים של הנגיף האמיתי – יתבצעו ברמת בטיחות גבוהה במיוחד". "יישום עתידי אפשרי נוסף של המערכת הזאת", מוסיפה ד"ר שולמן-דאובה, "הוא ביצוע של אלפי בדיקות רפואיות בעת ובעונה אחת, באופן מהיר ויעיל".

תרמו למחקר מדענים ממכון מקס-פלאנק בפוטסדם שבגרמניה ומאוניברסיטת מינסוטה שבארה"ב.

למגזין המדעי

למאמר המדעי (PDF)

s41565-020-0720-7

הפוסט מדעני מכון ויצמן יצרו תאים מלאכותיים, על-גבי שבב והצליחו להרכיב בהם חלקים סינתטיים של נגיף הופיע לראשונה ב-Chiportal.

יצרנית התרופות אבוט הודיעה כי מינהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) נתן לה אישור לשימוש חירום (EUA) לערכת בדיקה מהירה לגילוי נגיף הקורונה החדש (COVID-19), המספקת תוצאות חיוביות תוך פחות מחמש דקות ותוצאות שליליות תוך 13 דקות. הבדיקה תפעל על פלטפורמת ID NOW של החברה המבוססת על שבבים ביולוגיים ותספק תוצאות מהירות במגוון רחב של הגדרות בריאות כגון משרדי רופאים, מרפאות דחופות ומחלקות מיון בבתי חולים.

פלטפורמת ה- ID NOW היא קופסה קטנה, קלה (כ-3 קילוגרם) וניידת (בגודל של טוסטר קטן), שבה מתבצע שימוש בטכנולוגיה מולקולרית (שבבים ביולוגיים), ליישומים רפואיים רבים עוד לפני הקורונה לטענת החברה. ID NOW היא כבר פלטפורמת בדיקות הבדיקות והטיפול המולקולריים הזמינה הנפוצה ביותר בארה"ב כיום.

רוברט פורד, נשיא ומנהל התפעול הראשי, אמר: "מגיפת COVID-19 תילחם בחזיתות מרובות. מבחן מולקולרי נייד שמציע תוצאות תוך דקות מוסיף למגוון הרחב של פתרונות אבחון הדרושים למאבק בנגיף זה. " "בעזרת בדיקות מהירות אלה יכולים ספקי שירותי הבריאות לבצע בדיקות נקודתיות מולקולריות מחוץ לארבעת הקירות המסורתיים של בית החולים באיזורי התפרצות המחלה.

אבוט תעמיד השבוע את בדיקות ה- ID NOW COVID-19 לרשות ספקי שירותי הבריאות הדחופים בארצות הברית, שם מותקנים רוב מכשירי ה- ID NOW הנמצאים בשימוש כיום. החברה עובדת עם הממשל לפריסת בדיקות לאזורים שבהם הם יכולים להשפיע ביותר. הערכה החדשה מתווספת לפלטפורמת Abb ID NOU COVID-19 המיועדת למעבדות בתי חולים ואשר הושקע אך לפני שבוע . בעזרת שתי הפלפטורמות מקווה אבוט לאפשר עריכת כחמישה מיליון בדיקות בחודש.

כיום נדרשות 24-72 שעות לבצע את הבדיקות

בעוד לקיחת הדגימה היא קלה (משטח מהאף ומהחלק האחורי של הגרון), יותר מסובך לקבוע האם התאים נגועים בנגיף . הדרך הנהוגה כרגע היא באמצעות בדיקת נוכחותו של החומר הגנטי של הנגיף (RNA). מתחילים בהפיכת ה-RNA ל-DNA. בשלב הבא משכפלים את ה-DNA שהתקבל מיליוני פעמים עד שמגיעים לכמות שניתנת למדידה במכשיר יעודי. אם מוצאים בדגימה חומר גנטי נגיפי, התשובה לשאלה האם הנבדק נושא את הנגיף היא חיובית.

תוצאות הבדיקה מתקבלות אחרי 24-72 שעות. הן נחשבות מדויקות ואמינות אבל כאמור גם הזמן הוא גורם שצריך לקחת בחשבון, וכן את המגבלה שהטכנולוגיות הקיימות עד כה מטילות על מספר הבדיקות האפשרי.

ראו גם:

• זיהוי קורונה ב-15 דקות
• משבר הקורונה: דיווח מיוחד ל- Chiportal מסין : סין חוזרת לשגרה אך לא מפסיקה לסייע למדינות אחרות
• צעד אחד לפני התפשטות הנגיף

הפוסט בדיקות קורונה בחמש דקות במקום 24 שעות הופיע לראשונה ב-Chiportal.

באוניברסיטת  ת"א התקיים ביום שלישי השבוע מפגש מעניין במסגרת סדנת תל אביב למדע, טכנולוגיה ובטחון ע"ש פרופ' יובל נאמן, ואשר עסק ברובוטיקה וסנסורים. אחת ההרצאות המענינות עסקה בשבבים ביולוגיים.

פרופ' יוסי שחם מאוני' ת"א שהיה עד לא מזמן ראש המרכז לננוטכנולוגיה דיבר על חיישנים ביולוגיים. החידוש הגדול בסנסורים ביולוגיים המשולבים עם מיקרוטכנולוגיות וננוטכנולוגיות לצורך חישה של רעלים באוויר ובחמים ולחישה של אמצעי לחימה. היתרון של שבבים אלו הוא רגישות, המנעות מגילוי בידי האויב, מהירות, דיוק, חזרתיות, יכולת לשכפל, ניתנים לכיול ועוד.

"יש בישראל תעשיה לא קטנה בתחום החיישנים הביולוגים, במיוחד בתי תכנון." אומר פרופ' שחם. "זאת מכיוון יש ממשק בין תחום הסנסורים הביולוגיים ובין המיקרו אלקטרוניקה. שבב ביולוגי הוא בעצם פיסה של כמה מילימטרים רבועים עליה מפוזרים אנזימים מסוגים שונים לגילוי רעלים, חלבונים, סוכר או חומרים כימיים אחרים לפי הצורך. השבבים הבילוגיים הללו מונחים בתוך שבבים רגילים ומעבירים דרכם את המידע למחשבים. הגלאים הביולוגים או שהם מאתרים חומרים ביולוגיים או שמשתמשים בביולוגיה בעצמם."

לדברי פרופ' שחם,

הרעיון הוא לשלב את מה שהחוקרים במדעי החיים ובביולוגיה ביחד עם ננוטכנולוגיה אפשר כמובן להוסיף זכרון, CPU, משדר, מקלט ובסופו של דבר לארוז אותם בתוך שבב של מילימטר על מילימטר ושזה יעלה פחות מדולר כך שאחרי שגומרים להשתמש בחיישנים הללו יכולים לזרוק אותם, או להמנע מהצורך באיסופם שלעיתים הוא גם יקר.

"הקונספט של שילוב בין אלקטרוניקה לביולוגיה  עוקב אחר הפיתוחים בתחום המיקרו והננוטכנולוגיה. בשנות החמישים פותח הטרנזיסטור ובשנות השמונים המחשב האישי. במקביל פותחו גם גלאים ובין היתר סיבים אופטיים בשנות השמונים ב-84 פותחו הביו-חיישנים האלקטרוניים הראשונים. מסוף האלף הקודם מתחילים להשתמש בחיישנים ביולוגים וכמובן משלבים אותם על פלטפורמות של מיקרו אלקטרוניקה. בשנת 2007 השוק של הביוחיישנים עבר את ה-10 מיליארד דולר, והוא צומח ב-10%. די אם נזכיר חברות כמו ג'ננטק המשתמשות בשבבים אלה לצורך מיפוי גנטי, ועוד." אומר פרופ' שחם.

ההתקדמויות בתחומים הללו נותנים לחוקרים שיטות חדשות לחשוף את התהליכים הביוכימיים המרתחשים בתוך התאים, כשהמטרה היא להבין ולטפל במחלות אנושיות. בו בזמן, תעשית המוליכם למחצה משפרת את המיזעור. המיזוג בין שתי השדות הללו בשנים האחרונות איפשר לביוטכנולוגים להתחיל לארוז את החיישנים שבעבר היו מאוד מגושמים לתוך מרחבים קטנים יותר ויותר. הביו שבבים הללו הם למעשה מעבדות ממוזערות שיכולת לבצע מאות או אלפי ריאקציות ביו-כימיות בו זמנית. ביו-שבבים מאפשרים לחוקרים לבצע כמויות גדולות של ניתוחים כימיים וביוכימיים למגוון יישומים כגון גילוי חיידקים המשמשמים לטרור ביולוגי.

"צריך לזכור שחיישן, גם ביולוגי, הוא חלק מהמערכת וצריך להתאים אותו למערכת ולתנאי השטח. כך למשל לא ניקח חיישן שמשדר כל שניה המון נתונים כי אז ניתקע עם כמה טרבייטים של מידע שאי אפשר יהיה לעבד. " אומר שחם.

הפוסט שבבים ביולוגיים – הקשר בין תעשיית השבבים לבין הביוטכנולוגיה הופיע לראשונה ב-Chiportal.