הסיכויים והסיכונים שבפעולת האולטרסאונד
חוקרי הטכניון פיתחו הסבר ייחודי למנגנון ההשפעה של אולטרסאונד על התא החי; ממברנות התא קולטות אנרגיה מהאולטרסאונד ומתנפחות ומתכווצות במהלך הפעלתו
אולטרסאונד משמש באופן נרחב במכשירי הדמיה. בעשורים האחרונים מתגבר השימוש בו גם לצורכי טיפול וריפוי בגלל היותו לא חודרני וניתן למיקוד, אך במרבית היישומים (בעוצמות בינוניות ונמוכות) קיימת אי בהירות בסיסית בנוגע למנגנון הריפוי והאינטרקציה עם התא החי. בשנה האחרונה פיתחו חוקרי הטכניון מודל ייחודי המסביר כיצד משפיעים גלי האולטרסאונד על התא החי. החוקרים טוענים כי הממברנות בתא קולטות אנרגיה מכנית מגל הלחץ האולטרסוני, ומתנפחות ומתכווצות במהלך הפעלתו. המודל פורסם בכתב העת של האקדמיה האמריקנית למדעים ((PNAS.
"המודל שפיתחנו מנבא שהממברנה התאית מסוגלת לספוג אנרגיה מכנית משדה האולטרסאונד ולתרגם אותה להתנפחויות והתכווצויות של החלל הפנים ממברני", מסביר פרופסור איתן קימל מהפקולטה להנדסה ביו רפואית בטכניון. "פיתחנו מודל שבכוחו להסביר את המנגנון של האינטראקציה בין אולטרסאונד לרקמה ביולוגית. המודל משלב את הפיזיקה והדינמיקה של בועות עם ביומכניקה של התא ומאפשר להעריך את ההתנהגות הדינמית של הממברנה, העשויה משתי שכבות חד מולקולריות של שומן".
לפני 15 שנים חשף פרופסור קימל, כשהנחה את ד"ר ויקטור פרנקל בעבודת הדוקטורט שלו, דגי זהב מורדמים לאולטרסאונד בעוצמה נמוכה וכבר אז הראה במיקרוסקופ אלקטרוני את ההתנפחות הזו של הממברנות בתאים בעור הדג. אולם רק עתה הוא הצליח להבין את פשרה, באמצעות המודל שפיתח, ביחד עם פרופסור שי שהם וד"ר בוריס קרסוביצקי. הפרופסורים קימל ושהם משתפים פעולה במחקר התגובה של תאי עצב לאולטרסאונד ומתמקדים בממברנת תא העצב.
"בעולם האולטרסאונד רווח ההסבר כי בעת הפעלת מכשיר האולטרסאונד נוצרות בועות גז קטנות (קוויטציה, Cavitation) אשר מתפוצצות כנגד פני השטח והן שאחראיות לשינויים בתאים וברקמה", אומר פרופסור קימל. "ה-FDA (רשות התרופות האמריקנית) קבעה סף לחץ שמתחתיו לא צפויה הופעת בועות ואז גם הניחו שלא נגרמים נזקים. עד כה לא ידעו היכן נוצרות הבועות בגוף אותן ראו בעת הפעלת האולטרסאונד בעוצמה גבוהה. אנו מצאנו את המקור לבועות. במקום שבו יש תאים שאינם כלואים מכל עבר ברקמה צפופה – יהיו בועות. אם נראה בועות בכלי דם, נדע שאלה הם תאי הדם והממברנות שלהם, שהגיבו לאולטרסאונד. ממברנות התא תחת אולטרסאונד נראות כמו שכבת 'פצפצים' באריזות. אבל זו שכבה דינמית שה'פצפצים' שלה מתפשטים ומתכווצים עם פעולת אולטרסאונד".
חוקרי הטכניון מזהים כר נרחב של יישומים רפואיים כמו החדרת תרופות דרך מחסום הדם-מוח, הפעלת עצבים בממשקים עצביים, דיכוי כאב, עידוד צימוח כלי דם, איחוי פצעים ועצמות. מצד שני, ייתכן ויתברר כי צריך יהיה להעריך מחדש את תחומי ההפעלה הבטוחה כדי למזער סיכונים בפעולת האולטרסאונד."כשהממברנה נפתחת ונמתחת – פועלים כוחות על התא העטוף בתוכה, על שלד התא ועל החלבונים שנמצאים בממברנה", אומר פרופסור קימל. "פעולת האולטרסאונד משפיעה על תפקוד חלבוני התא, ועל חדירות הממברנה. בעוצמות מסוימות פעולה זו יכולה לעשות שינויים חיוביים בתא, ובעוצמות אחרות עלולים להיגרם נזקים. לכן אנו ממליצים להמשיך ולחקור בנושא, על פי המודל שפיתחנו".
איורים: דוברות הטכניון
