טכנולוגיה שפותחה בטכניון תגן על דרכי הנשימה של פגים הזקוקים להנשמה

טכנולוגיה חדשה שפותחה בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון תגן על דרכי הנשימה של פגים הזקוקים להנשמה וצפויה להפחית את הפגיעה הנגרמת למונשמים. דו"ח המחקר בנושא הזה התפרסם אתמול (ד') ב-Interface Journal of The Royal Society. את העבודה ביצע הדוקטורנט אלירם נוף, ופרופ' ג'וזואה שניטמן ופרופ' דני וייסמן, מנהל יחידת היילודים במרכז הרפואי כרמל בחיפה.

יותר מ-10% מהתינוקות בעולם נולדים בטרם עת. תינוקות אלה בכלל, ופגים בפרט, מוגבלים בתפקודם בהיבטים שונים מאחר שהמערכות בגופם לא הספיקו להתפתח כראוי. אחת  מהן היא מערכת הנשימה המגיעה לתפקוד מלא רק בשלב מאוחר בהתפתחות העוברית. זו הסיבה שלידה מוקדמת מאופיינת במקרים רבים במצוקה נשימתית, בין השאר בשל העדר חומר שומני ייחודי, סורפקטנט (surfactant), המונע את קריסת נאדיות הריאה ומקל על הנשימה.

הדוקטורנט אלירם נוף (משמאל) ופרופ' ג'וזואה שניטמן. התאמת נתוני ההנשמה לתצורת הזרימה במערכת הנשימה של התינוק עשויה למנוע את נזקים לפג. צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון

הרפואה המודרנית יודעת להתמודד עם בעיה זו ולהציל את הפגים, בעיקר במתן סורפקטנט חיצוני המשולב בהנשמה באמצעות מנשם – מכונת הנשמה המזרימה אוויר לקנה הנשימה של התינוק או הפג דרך צינור המוחדר דרך הפה. אולם במתכונתו הנוכחית, השימוש במנשם איננו חף מבעיות.

אחת מתופעות הלוואי האפשריות של הנשמת פגים היא פגיעה ברקמות הריאה. בפעולת ההנשמה אין סטנדרטיזציה, שכן כל תינוק מצריך התאמה אישית של נתוני ההנשמה המלאכותית: אחוז החמצן באוויר המוחדר, נפח האוויר, הלחץ, הקצב ועוד. הרופאים עושים כמיטב יכולתם כדי להתאים נתונים אלה לצורכי התינוק ולצמצם את הפגיעה בו, אולם עדיין תינוקות רבים נפגעים בתהליך הזה שהוא כה חיוני להצלת חייהם.

הטכנולוגיה שפותחה בטכניון הושגה לאחר פעילות מחקרית ממושכת ברמת המודל המתמטי ועל בסיס זה נוצר מודל פיזי מסיליקון, המדמה בתלת מימד ובגודל אמיתי את דרכי הנשימה העליונות בגופו של הפג.

החוקרים דיווחו כי הופתעו לגלות תופעה שאיננה מוזכרת כלל בספרות הרפואית: סילון אוויר ביציאה מהצינור המוחדר לפיו של הפג. "עד כה ידעו שהצינור עלול לפצוע ישירות את הרקמה העדינה, אך לא התייחסו כלל להשפעת זרימת האוויר", אמר נוף. "במחקר הנוכחי נתגלה לראשונה שבשל מיקומו מפעיל הסילון הזה כוחות חיכוך חזקים על רקמת האפיתל - שכבת התאים שמצפה את דרכי הנשימה העליונות. כוחות אלה עלולים לגרום נזקים ובהם דלקת, המהווים סיכון ממשי לפג".

את הממצא האמור בחנו החוקרים במודל הסיליקון וגילו שאכן, הסילון מפעיל על רקמת הריאה לחץ שעלול לגרום לה נזק משמעותי. במחקר המשך מתכוון הצוות לזרוע על הרקמה תאים ביולוגיים חיים ולבחון את השפעתו של הסילון עליהם.

מתוך הממצאים שנצברו עד כה הסיקו החוקרים המלצות באשר לנתוני ההנשמה הרצויים. להערכתם, התאמת נתוני ההנשמה לתצורת הזרימה במערכת הנשימה של התינוק עשויה למנוע את הנזקים המתוארים ולשפר את סיכויי תינוקות לפתח מערכת נשימה תקינה. מסקנות אלו תואמות את המגמה הכוללת במחלקת הפגים במרכז הרפואי רמב"ם, שהיא צמצום הפולשנות בטיפול והפחתת השימוש בהנשמה פולשנית, ככל האפשר.

ד"ר לירון בורנשטיין, רופאה בכירה במחלקה לטיפול נמרץ ילודים ופגים ברמב"ם, אמרה: "עם ההתקדמות ברפואה מצליחים כיום לטפל בפגים צעירים יותר ובתחלואות מורכבות יותר. עם זאת, התחלואה הנשימתית עדיין מהווה גורם משמעותי בתמותה ובתחלואת פגים. הטכנולוגיה המוצגת במאמר שפורסם עתה - יצירת מודל של אזור ספציפי בריאה וחקר הכוחות שמפעיל על הרקמה סילון האוויר הנוצר בהנשמה פולשנית - יכולה לקדם אותנו בהבנת המנגנונים המובילים לנזקי ההנשמה שאנו רוצים למנוע ובפיתוח טכניקות הנשמה עדינות יותר, שמתאימות לאוכלוסיית הפגים".

פרופ' ג'וזואה שניטמן, יליד צרפת, גדל בארה"ב ובשוויץ. בקיץ 2010, עם דוקטורט מ-ETH ציריך, עלה לישראל והצטרף לסגל הטכניון. הוא זכה כבר בפרסים רבים ובהם פרס החוקר הצעיר (עד גיל 40) מטעם האגודה הבינלאומית לאירוסולים ברפואה (ISAM). כיום הוא עומד בראש המעבדה לביו-זורמים בפקולטה להנדסה ביו-רפואית. פרופ' שניטמן פיתח את כלי האבחון הראשון המאפשר מעקב כמותי אחר הדינמיקה של חלקיקים במערכת הנשימה - "ריאה על שבב" (acinus-on-chip) הרלוונטית להערכת סיכונים בריאותיים (זיהום וכיו"ב) וגם להערכה ולתכנון של תרופות למערכת הנשימה.

אלירם נוף עלה לישראל מארה"ב בגיל 18 מארה"ב כדי להתגייס לצה"ל. בתום שירותו הצבאי השלים תואר ראשון ושני במסלול מהיר בפקולטה להנדסת מכונות באוניברסיטת בן גוריון. את התואר השני עשה בהנחיית פרופ' אורן שדות ופרופ' גבי בן-דור במעבדה לחקר גלי הלם וחקר השפעות של זרימה על-קולית. לקראת הדוקטורט החליט ליישם את הידע שרכש בתחום הזרימה לצרכי עולם הרפואה וכך נוצר הקשר עם פרופ' שניטמן, המנחה אותו בעבודת הדוקטורט.