דימות בשירות המדע

עד לאחרונה, יחידת מיקרוסקופיית חלקיקים טעונים (CPM) במכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים סיפק דימות אטומי ברזולוציית על וניתוח של דגימות מתחום מדע חומרים. כעת, הודות לכישוריה של ד"ר איילת אטקינס, נוספה יכולת חדשה של הכנת דגימות ביולוגיות וניתוחן. טכניקות חדשות אלה מאפשרות למכון לשרת גורמים תעשייתיים ומדעיים ולקדם את מדעי הביו-רפואה בתחומים כגון חקר הסרטן, מוליכים למחצה, ושאר יישומים ננוטכנולוגיים.

"מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) הוא מיקרוסקופ מתוחכם המנתח דגימות בעובי של פחות מ 100nm", מסבירה ד"ר איילת אטקינס, המדענית האחראית על הפעלת המכשיר במכון. ה- TEM מכיל אקדח אלקטרונים היורה אלקטרונים על משטח הדגימה, וכך נוצרת קרן מתח גבוה. כאשר הקרן חודרת את הדגימה, האלקטרונים מתחברים עם הדגימה ונוצרת תמונה דו מימדית בשחור לבן וברזולוציה גבוהה. הדוגמה תלויה על רשת או מן סבך שאותה מגדילים וממקדים במכשיר דימות כגון מסך פלורסצנטי, חיישן או מצלמה.

אטקינס מציינת ש"צילום" התמונות של חלקיקים ברזולוציית על מתבצע בזכות קוצר הגלים האלקטרוניים בחומר (המכונים גלי דה-ברויי). "אנחנו יכולים לזהות פרטים זעירים ממש, למשל טור יחיד של אטומים, הקטן פי אלפים ממיקרוסקופ אור. אנו מסוגלים לנתח דגימות כימיות וביולוגיות כגון וירוסים או תאים סרטניים, ולבחון את ההרכב הפנימי של החומר, ההתגבשויות שלו, והתכונות המגנטיות שלו", היא מסבירה.

יחידת ה CPM מספק שירותים למדעני בר אילן ומוסדות אחרים, לחברות פרטיות ולבתי חולים בישראל. אחד הפרויקטים עליו עובד צוות היחידה כיום גילוי הוא מחלת כליות. "אנו בוחנים מרבצים על רקמת הכליות וביכולתנו למדוד את עובי הרקמה ולזהות סוגים שונים של מחלות כליה בחולים", מסבירה אטקינס.

ד"ר אטקינס נולדה במילפורד, מסצ'וסטס, ועלתה לארץ לפני 25 שנים. היא עובדת ביחידת ה CPM מאז ינואר 2017, לאחר שצברה ניסיון ספציפי בתחום במהלך לימודי הדוקטורט והפוסט דוקטורט. היא השלימה את הדוקטורט שלה באוניברסיטה העברית ובמכון וייצמן, שם חקרה את המאפיינים החומריים של עצמות הדגים חסרות תאים. "עצמות חסרות תאים, הקיימות אצל רוב סוגי הדגים, לא מכילות אוסטיאוציטים. כאשר חיברנו חיישני הספק לעצמות דגים אלה גילינו שיש להם מנגנון שמפצה על המחסור באוסטיאוציטים, ומגיב בצורה פלסטית ואדפטיבית לתנאי הספק שונים. הרעיון היה להשתמש במנגנון זה לטיפול באנשים הסובלים ממחלות בעצמות", אומרת אטקינס.

את הפוסט דוקטורט שלה השלימה אטקינס באוניברסיטת טורנטו, שם היא חקרה את ההשפעה של הצטברות מיקרו - נזקים על חוליות גרורתיות, במטרה להשתמש באמצעים מניעתיים על חולים הסובלים מסרטן העצמות על ידי שיפור יכולת חיזוי השברים והערכת חוזק העצם.

"לאחרונה ניתחנו דגימות שסיפקה פרופ' רונית שריד, ראש מעבדה במכון, באמצעות שימוש ב TEM לאפיון של פעילות וירוס ההרפס. זה חלק ממחקר שפרופ' שריד עורכת על KSHV (וירוס הרפס קפוסי), (איור 1) שידוע כאחד הגורמים לסרטן. מטרת המחקר היא להבין את הפעילות והרגולציה של גנים וירליים ספציפיים ואת החלבונים שהם מייצרים ואשר יתכן שמעורבים בפתוגנטיקה של KSHV", מסבירה אטקינס.

אטקינס עובדת על פרויקט נוסף אותו מוביל פרופ' חיים כהן מהפקולטה למדעי החיים בבר אילן, החוקר את מנגנוני ההזדקנות והשפעתם על מורפולוגיית השריר. על מנת להבין טוב יותר את הפעילות המולקולרית במהלך ההזדקנות, הצוות בוחן הגבלת קלוריות וחלבוני סירוטואינים כשני גורמים שהוכחו כמשפיעים ישירות על הארכת תוחלת החיים ועיכוב מחלות זיקנה כגון סרטן וסוכרת. (איור 2).

יש לכם עיני נץ?

טכניקה נוספת המשמשת בביולוגיה מבנית וניתוח חלקיקים כימיים היא TEM קריוגני. בשיטה זו מקררים את הדגימות לטמפרטורות קריוגניות של בין °170 -°180C, הגורמות לעצירת תנועת החלקיקים ומונע מהם להתגבש.

SEM היא שיטה נוספת המאפשרת לצפות בדגימות גדולות יותר ולנתח מספר דגימות בו זמנית. "ה SEM מייצרת תמונות באשליית תלת מימד, בהן ניתן להשתמש לבחינת מאפיינים טופוגרפיים, מורפולוגיים, כימיים, גבישיים וגרעיניים", מסבירה אטקינס.

ESEM (מיקרוסקופ אלקטרוני לסריקה אלקטרונית) הוא סוג של SEM המשמש לניסויי שדה כגון ריאקציות עם האטמוספירה והשפעות האקלים. פרויקט מחקרי מרתק ב - ESEM נערך בימים אלה על ידי הצוות של ד"ר יוסי מנדל מהפקולטה למדעי החיים וחוקר במכון. הצוות מפתח שתל רשתית-עין היברידי המשקם את הראייה אצל אנשים הסובלים מניוון מקולרי. השתל מכיל נוירונים חיים שעדיין מתפקדים, בשילוב עם מערך אלקטרודות המדמה את מבנה הרשתית הטבעית," (איור 3) מסבירה אטקינס.