מהו איבר על שבב?
איבר על שבב הוא התקן זעיר, לרוב בגודל של כרטיס אשראי או קטן ממנו, הבנוי מערוצים מיקרוסקופיים שבתוכם
זורמים נוזלים המדמים דם, לימפה או נוזלי גוף אחרים.
בתוך הערוצים משולבים תאים אנושיים מסוגים שונים, המסודרים בארכיטקטורה המדמה רקמה או איבר מסוים,
כגון ריאה, כבד, לב, מעי, כליה או מוח.
באמצעות בקרה מדויקת על זרימה, לחצים, ריכוזי חמצן, טמפרטורה וסיגנלים ביוכימיים, ניתן לגרום לתאים להתנהג
בדומה להתנהגותם בגוף.
ייחודו של איבר על שבב הוא ביכולתו לשלב תפקוד מכני וביולוגי בו־זמנית.
לדוגמה, שבב ריאה יכול לדמות גם את מחסום האפיתל וגם את תנועת ההתכווצות וההתרחבות של נשימה.
בכך נוצר מודל ניסויי שאינו רק “צלחת עם תאים”, אלא מערכת חיה, מגיבה ומתפתחת.
איבר על שבב מייצג שינוי פרדיגמה בדרך שבה אנו חוקרים ביולוגיה, מפתחים תרופות ומבינים מחלות.
הוא משלב דיוק הנדסי עם מורכבות ביולוגית, ומציע אלטרנטיבה מתקדמת, אתית ויעילה יותר למודלים מסורתיים.
עבור חברות, מוסדות ומפתחים, מדובר בכלי אסטרטגי שיכול לקצר זמני פיתוח, להפחית סיכונים ולהוביל לפריצות דרך רפואיות.
שימושים של איבר על שבב
אחד השימושים החשובים ביותר של איבר על שבב הוא פיתוח תרופות.
המערכת מאפשרת לבחון רעילות, יעילות ומנגנוני פעולה של תרופות חדשות בסביבה המדמה איבר אנושי אמיתי,
עוד לפני ניסויים קליניים.
הדבר מצמצם משמעותית כשלונות בשלבים מתקדמים של הפיתוח, שחלקם נובעים מהפער בין מודלים של בעלי חיים
לפיזיולוגיה האנושית.
תחום נוסף הוא רפואה מותאמת אישית. ניתן לקחת תאים ממטופל מסוים, לגדל אותם על שבב, ולבדוק כיצד תרופות שונות
משפיעות עליהם.
כך ניתן לבחור טיפול אופטימלי לאותו אדם, במיוחד בתחומים כמו אונקולוגיה ומחלות נדירות.
איבר על שבב משמש גם ככלי מחקרי להבנת מנגנוני מחלה.
למשל, ניתן ליצור מודל של מעי דלקתי, מחסום דם־מוח פגום או פיברוזיס ריאתי, ולחקור כיצד המחלה מתפתחת
וכיצד ניתן לעכב אותה.
בנוסף, הטכנולוגיה תורמת לצמצום ניסויים בבעלי חיים, יעד אתי ורגולטורי משמעותי בעולם המדעי, ומאפשרת מחקר יעיל,
זול ומהיר יותר בטווח הארוך.
סוגים של איבר על שבב
Lung-on-a-Chip – חיקוי נשימה, מתיחה מחזורית ומחסום אוויר-דם.
Liver-on-a-Chip – מטבוליזם, אנזימי CYP, רעילות תרופתית.
Heart-on-a-Chip – התכווצויות, אלקטרופיזיולוגיה וקרדיוטוקסיות.
Kidney-on-a-Chip – סינון, ספיגה חוזרת וזרימה טובולרית.
Gut-on-a-Chip – פריסטלטיקה, מיקרוביום ומחסום אפיתליאלי.
Brain-on-a-Chip – BBB, רשתות נוירונים ואותות חשמליים.
Multi-Organ / Body-on-a-Chip – אינטגרציה מערכתית.
תהליך הפיתוח של איבר על שבב
פיתוח איבר על שבב הוא תהליך רב־תחומי המשלב הנדסת מיקרו, ביולוגיה תאית, חומרים מתקדמים, אלקטרוניקה
ובינה מלאכותית.
השלב הראשון הוא אפיון ביולוגי, כלומר הבנת המבנה והתפקוד של האיבר שאותו מבקשים לחקות.
בשלב זה מוגדרים סוגי התאים, סידורם המרחבי, תנאי הסביבה הדרושים להם והאינטראקציות ביניהם.
בהמשך מתבצע תכנון מיקרופלואידי, הכולל יצירת מודל CAD של ערוצי הזרימה, תאי התרבית וממשקי החיבור.
לאחר מכן נבחרים חומרים מתאימים, לרוב פולימרים ביוקומפטיביליים כגון PDMS, או חומרים חדשים בעלי חדירות
מבוקרת וגמישות מכנית.
שלב הייצור כולל מיקרופבריקציה, יציקה, הדפסה תלת־ממדית או שילוב טכנולוגיות, ולאחר מכן הרכבת השבב והטמעת
חיישנים למדידת פרמטרים כגון pH, חמצן, מתח חשמלי או רמות מטבוליטים.
לבסוף מגיע שלב האימות הביולוגי, שבו בודקים שהתאים שומרים על חיוניות, מבנה ותפקוד, ושהמערכת מגיבה לגירויים באופן צפוי.
רק לאחר אימות מוצלח ניתן להתחיל בשימוש מחקרי או תעשייתי.
שירותי פיתוח איבר על שבב של קורל טכנולוגיות
קורל טכנולוגיות מציעה מעטפת שירותים מלאה לפיתוח, יישום ואינטגרציה של מערכות איבר על שבב.
השירותים מתחילים בייעוץ מדעי והנדסי, הכולל הגדרת דרישות ביולוגיות, בחירת מודל איבר מתאים ובניית Roadmap לפיתוח.
בשלב הבא החברה מספקת תכנון מיקרופלואידי מתקדם, כולל סימולציות זרימה, תכנון מכני וחשמלי, ופיתוח אב־טיפוס.
קורל טכנולוגיות משלבת יכולות מיקרופבריקציה, הדפסה תלת־ממדית וחומרים מתקדמים, לצד פיתוח תוכנה לבקרה, איסוף נתונים וניתוח תוצאות.
בנוסף, Coral מתמחה באינטגרציה של בינה מלאכותית לניתוח תגובות ביולוגיות, זיהוי דפוסים ויצירת מודלים חיזויים.
החברה מלווה גם תהליכי רגולציה, כתיבת מסמכי ולידציה, והכנה לשיתופי פעולה עם חברות תרופות, מוסדות אקדמיים ומשקיעים.
שאלות ותשובות בנושא איבר על שבב
עד כמה ניתן לסמוך על איבר על שבב כתחליף לניסויים בבעלי חיים?
כיום איבר על שבב אינו מחליף לחלוטין ניסויים בבעלי חיים, אך הוא מפחית משמעותית את מספרם ומשפר
את איכות הסינון המוקדם של תרופות.
שילוב של מספר איברים על שבב במערכת אחת, המכונה Body-on-a-Chip, מקרב עוד יותר למודל פיזיולוגי כולל.
אילו מגבלות טכנולוגיות קיימות כיום?
האתגרים המרכזיים כוללים שמירה על יציבות ארוכת טווח של תאים, מורכבות ייצור בקנה מידה תעשייתי,
ואינטגרציה של מערכות חישה רבות מבלי לפגוע בתפקוד הביולוגי.
האם ניתן לשלב תאים ממערכת החיסון במודלים?
כן, ואף מדובר בכיוון מחקרי חשוב. שילוב תאי חיסון מאפשר לחקור דלקות, תגובות חיסוניות ויעילות של אימונותרפיות.
כיצד בינה מלאכותית משתלבת בתחום?
AI משמשת לניתוח כמויות עצומות של נתונים מהשבבים, לזיהוי תבניות מורכבות, ולבניית מודלים חיזויים לגבי תגובות לתרופות או התפתחות מחלה.
מהו העתיד של התחום?
הכיוון הוא מערכות רב־איבריות מחוברות, סטנדרטיזציה רגולטורית, ושילוב עמוק יותר של רפואה מותאמת אישית,
כך שכל מטופל יוכל לקבל “שבב אישי” לבדיקת טיפולים.
מראי מקום
Huh, D. et al., “Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip”, Science, 2010.
Bhatia, S.N., Ingber, D.E., “Microfluidic organs-on-chips”, Nature Biotechnology, 2014.
Low, L.A., Tagle, D.A., “Organs-on-chips: Progress, challenges, and future directions”,
Experimental Biology and Medicine, 2017.
Zhang, B. et al., “Advances in organ-on-a-chip engineering”, Nature Reviews Materials, 2018.
Ronaldson-Bouchard, K., Vunjak-Novakovic, G., “Organs-on-a-chip: A fast track for engineered human tissues”,
Cell Stem Cell, 2018.
FDA, “Predictive Toxicology Roadmap”, U.S. Food and Drug Administration, 2022.
