מתי יהיה רחם מלאכותי: המחקרים הבולטים של השנה החולפת

2017 הייתה השנה שבה חשה הקהילה המדעית שהיא נמצאת תחת מתקפה, במיוחד בארה"ב של דונלד טראמפ. הנשיא איים לקצץ בתקציב המדע, לא מיהר למלא משרות בתחום וגם כאשר מינה, היו אלה אנשים שאינם מדענים בעצמם. מעבר לכך, המגבלות שהטיל על כניסת אזרחים משמונה מדינות מוסלמיות עלולות למנוע גם כניסה של מדענים מאותן מדינות, וייתכן שחלק מהחקיקה המתוכננת של טראמפ בתחום החינוך תייקר את הלימודים לתארים מתקדמים באוניברסיטה.

ובכל זאת, עולם המדע בארה"ב ובעולם עדיין תוסס, ונדמה שהוא אף מתקדם בקצב מהיר יותר מבעבר. הסיבה לכך, בין השאר, היא הצטרפות סין לכוח המדעי. לאחר שנים של פעילות מתונה, הפכה סין ב-2017 למעצמת המדע השנייה בגודלה מבחינת השקעה במחקר ופיתוח. היא משקיעה 20% מכלל ההוצאה העולמית על מו"פ, וההשקעה הזאת צומחת בקצב גבוה יותר מאשר בארה"ב ובאירופה, על פי Bruegel, צוות חשיבה אירופי בתחומים כלכליים.

בעבר הקהילה המדעית הייתה סקפטית לגבי המתרחש בסין בתחום הזה, אולם בהדרגה יותר ויותר מאמרים תוצרת סין עוברים ביקורת עמיתים מדוקדקת ונערכים יותר ויותר שיתופי פעולה בין מדענים סינים לאחרים.

בין מזרח למערב, 2017 הייתה השנה שבה הגיעה הבינה המלאכותית מהעתיד להווה, והפכנו מודעים יותר לאלגוריתמים הרובוטיים שמנהלים את חיינו. זו גם הייתה השנה שבה הקנאביס השלים את המהפך התדמיתי שלו מסם (מסוכן או לא) לתרופת פלא שכדאי לחקור. במקביל, ארה"ב ממשיכה לסעור בגלל מגפת ההתמכרות לתרופות אופיאטיות שגובה קורבנות בנפש.

למרות ההתקדמות במדע, יש כמה מגמות שמחזירות אותנו לאחור. בזמן שתרופות חדשניות רבות מאושרות לשיווק ברחבי העולם, לראשונה מאז 1962-1963 נרשמה בארה"ב ירידה בתוחלת החיים במשך שנתיים רצוף. בינתיים בתימן, מגפה מהעבר הרחוק עדיין משתוללת: התפרצות כולרה, החמורה בהיסטוריה, כבר הרגה אלפי אנשים מתוך כמיליון שנדבקו.

בנימה אופטימית יותר, מוצגים כאן כמה גילויים והמצאות יוצאי דופן מהשנה האחרונה, בתקווה שהם מעידים כי למרות הכול, הטוב ביותר עוד לפנינו.

התנגשות כוכבים ניוטרוניים גילתה מאיפה בא הזהב

באוגוסט 2017 הגיעו לכדור הארץ הדי ההתנגשות של שני כוכבי ניוטרונים במרחק 130 מיליון שנות אור מכדור הארץ. 3,674 מדענים מ-953 מכוני מחקר בעולם שיתפו פעולה במדידה של השפעות ההתנגשות ובניתוח הנתונים. האירוע נחשב אחד הנחקרים ביותר אי-פעם.

הנתונים שהתקבלו איששו את ההשערה שרוב המתכות הכבדות בעולמנו, למשל זהב, לא נוצרו בכדור הארץ או בסביבתו אלא הגיעו אליו בעקבות התנגשויות כאלה. כמו כן, הם איששו את תורת היחסות הכללית של אלברט אינשטיין, ותיאוריה של פרופ' צבי פירן מהאוניברסיטה העברית, שטען בעבר כי התנגשויות כאלו הן האחראיות לתופעה בשם "הבזקי גמא".

מבול הנתונים השאיר גם כמה שאלות פתוחות. לדוגמה, מדוע הייתה קרינת הגמא נמוכה מהצפוי, ומה יקרה אם ניתן יהיה לזהות את גלי הכבידה ממש ברגע ההתנגשות? באירוע באוגוסט זוהו הגלים זמן קצר לפני ההתנגשות, וככל שהתקרב מועדה תדר גלי הכבידה עלה. ממש לפני ההתנגשות, גלי הכבידה יצאו מטווח הרגישות לתדר של הגלאי LIGO. לו ניתן היה לקלוט גם גלים אלה, מעריכים החוקרים, ניתן היה לדעת אם החומר שממנו עשויים כוכבי ניוטרונים הוא קשיח או רך. כעת יש תכנית להגביר את הרגישות של הגלאי, אך זה ייקח זמן. נקווה שהוא יהיה מוכן לפעם הבאה.

אנחנו עתיקים מכפי שחשבנו

תחום המחקר החדש והחם בחקר האבולוציה הוא ריצוף גנטי של ממצאים פרה-היסטוריים, המאפשר ללמוד על האופן שבו התפתחו מינים שונים של חי, כולל בני אדם, וגם להבין מי היה קרוב משפחה של מי. אולם ב-2017 הייתה תגלית בתחום האבולוציה דווקא מהז'אנר הישן, שאינו מחייב ניתוח דנ"א: חוקרים מצאו עצמות אדם במרוקו, שתארוך שלהן מוביל למסקנה כי בני האדם קיימים יותר זמן מכפי שחשבנו. הרבה יותר זמן.

עד היום העצמות הקדומות ביותר שאותרו נמצאו באתיופיה, מלפני 195 אלף שנה. העצמות ממרוקו, שתוארכו בשיטות שונות, הן בנות כ-300 אלף שנה. לא רק התארוך מפתיע, גם המיקום של העצמות. התפיסה הרווחת הייתה שבני האדם הראשונים נוצרו והתפתחו באתיופיה, וכעת ההערכה היא שהם התפזרו כבר בראשית ימיהם, לפני 300 אלף שנה, ברחבי אפריקה. באותה תקופה היבשת הייתה ירוקה ורטובה, ולא התאפיינה במדבר, המקשה היום על מעבר ברגל בין אזורים בצפון היבשת.

גולגולת השלד שנמצא היא בעלת לסת ושיניים דומים לאלה של הומו סאפיינס, אולם המצח דומה קצת יותר לזה של אבותינו הקדמונים. החוקרים מגדירים אותו בכל זאת הומו סאפינס, כלומר אדם, אך טוענים שארגון המוח שלו היה מעט שונה. "זו הגרסה הקדומה ביותר שלנו", הם אומרים. יש מי שחולקים על כך וטוענים כי מדובר בקרוב משפחה מסוג חדש, אך לא בבן אדם. כך או כך, הוויכוח מאפשר לצדדים לדון גם בשאלה מה מגדיר את בני האדם: האם זה מבנה המוח? מבנה הלסת? אולי אולי בכלל מרכיב בדנ"א?

לידה מרחם מלאכותי: קודם כבשים, אחר כך בני אדם?

ב-2017 נולדו שישה עוברים בדרך ייחודית: הם הוצאו מרחם אמם בגיל צעיר מכדי לשרוד באופן עצמאי, והמשיכו להתפתח ברחם מפלסטיק. מדובר בעוברי כבשה, אך ההישג הזה מקרב אותנו ליום שבו אולי יוכלו גם עוברים בני אנוש, שנפלטו מהרחם או שהיה צורך לחלצם ממנו בשלב מוקדם מדי של ההיריון, להמשיך להתפתח ברחם מלאכותי. החוקרים שביצעו את הניסוי סבורים שזה יכול לקרות אפילו בתוך שלוש שנים.

הרחם המלאכותי מיועד לעוברים צעירים מדי אפילו לאינקובטור. כל הכבשים בניסוי הוצאו מרחם אמם בגיל המקביל ל-23 שבועות היריון אצל עוברים אנושיים. רק כדי לסבר את האוזן, סיכויי ההישרדות של עוברי אדם הנולדים בשבוע 23 הוא 15% בלבד. אם עובר נולד בשבוע ה-24 סיכוייו לשרוד כבר קופצים ל-55% ובשבוע ה-26 - 80%. אלה נתונים שהולכים ומשתפרים כל הזמן, אולם חלק מהפגים ששורדים סובלים מליקויים קוגניטיביים ובריאותיים שונים בהמשך.

הניסוי בכבשים נעשה בבית החולים לילדים בפילדלפיה. העוברים הונחו בתוך שק עם נוזלים המדמים את הרכב נוזלי השפיר של הכבשה, וכל אחד מהשקים כלל מערכת הזרמת דם אל תוך ומתוך חבל הטבור. כשהדם יצא מהעובר, הוא עבר טיהור והועשר בחמצן, כמו שקורה בגוף האם. בעבר בוצעו כמה ניסיונות מסוג זה, אך בניסוי זה לראשונה ההזרמה תוזמנה על פי קצב הלב הטבעי של העובר.

הכבשים שרדו ברחם במשך ארבעה שבועות, עד שהשלימו תקופת היריון מלאה. בשלב זה חלקם הומתו לצורך המחקר אך אחרים "נולדו" מתוך רחם הפלסטיק, ולא נמצאו הבדלים משמעותיים בינם לבין כבשים שנולדו לאחר היריון רגיל. המבוגר בין הכבשים האלה הוא היום בן שנה.

ניתן רק לדמיין את העתיד, שבו יש אופציה להיריון מלא ללא רחם. הדבר יאפשר לנשים הלוקות במחלות מידבקות שעלולות לעבור לעובר ללדת וכן לאפשר ניתוח וטיפול רפואי בעוברים הזקוקים לכך.

ללא ספק, אפשרות כזאת טומנת בחובה שינויים חברתיים דרמטיים. היום האופציה ללדת ללא רחם דורשת לשכור שירותים יקרים ולפעמים גם בעייתיים מוסרית של פונדקאית, וזו אופציה שרחוקה מלהיות זמינה לכל אחד. רחם מלאכותי יכול לאפשר יותר בקלות הריון למשפחות שאין בהן אישה פוריה, הוא יכול לשנות את התפיסות לגבי תפקיד האם במשפחה ולשנות את אופי הקשר בין ההורים לעובר: מצד אחד הוא לא יהיה נוכח בחייהם בתקופת ההיריון ויגדל במעבדה, ומצד אחר הם יוכלו לראות את פניו ואת כל פרטי גופו כבר בשלבים הראשונים של ההתפתחות.

שינוי כזה עשוי לחולל שינוי בתפיסות הנוגעות לשאלה מהי ראשית החיים. להיריון המתקיים כולו מחוץ לגוף יש השלכות אתיות-פילוסופיות רבות, אולם בשלב הראשון, כגשר בין שבוע 23 לשבוע 27, המשמעות שלו היא בעיקר רפואית.

העריכה הגנטית קופצת מדרגה

כאשר פוענח הגנום האנושי ה"נורמלי", בשנת 2000, חוקרים העריכו שבעתיד הקרוב יוכלו להשוות כל גנום "לא נורמלי" לנורמלי, לאתר את הגורמים לכל מחלה שיש בה רכיב גנטי ואז לטפל במחלות הללו על ידי עריכה גנטית.

עם השנים התברר שהעניין הרבה יותר מסובך, מאחר שרוב המחלות נובעות מאינטראקציה בין הסביבה למגוון רחב של גנים הנמצאים גם הם באינטראקציה מבלבלת אלה עם אלה.

ב-2017 תפס התחום תאוצה. אחד ההישגים הדרמטיים היה טיפול בתינוקות הסובלים ממחלת שרירים מולדת בשם SMA1, באמצעות הוספת גן לתאי העצב בחוט השדרה שלהם. ההישג היה כפול משום שהגן הוסף מעבר ל"מחסום הדם-מוח" המפריד את זרם הדם בגוף מהרקמה העצבית של המוח וחוט השדרה.

הגן הועבר באמצעות וירוס בלתי מזיק בשם AAV. עד היום קיבלו את הטיפול רק כ-12 תינוקות. אצל כולם, מלבד אחד, תפקוד השרירים השתפר באופן משמעותי. תינוקות הסובלים מ-SMA ואינם מטופלים כלל, לרוב נפטרים עד גיל שנתיים. נראה שבקבוצת הניסוי, התוצאות טובות יותר גם מבחינה זו.

הטיפול הזה אינו התרופה ל-SMA שנכנסה לאחרונה לסל הבריאות, אחרי מאבק תקשורתי ממושך של הורי החולים, אלא טיפול בפיתוח של חברת AveXis שנמצא רק בתחילת הניסויים הקליניים שלו. אם הניסויים יצליחו, הטיפול יוכל להתאים למחלות רבות נוספות.

התרופה ל-SMA אינה היחידה בחזית המהפכה של הטיפול הגנטי. בדצמבר פורסם כי ה-FDA יאשר לראשונה טיפול בעיוורון, המבוסס על עריכה גנטית של פגם מולד. במקרה הזה, המשימה הייתה פשוטה יותר כי היה צורך להזריק את התרופה לעין בלבד, ובכל זאת מרשים שחוקרים הצליחו להוסיף חתיכת דנ"א שהייתה חסרה בגוף. בשני המקרים לא נרשמו עד כה תופעות לוואי חמורות.

ב-2017 אושרו גם שתי תרופות לסרטן המבוססות על הנדסה גנטית: התרופות של קייט פארמה ושל נוברטיס. שתיהן מבוססות על טכנולוגיית CAR-T, שבה מוציאים תאי חיסון מהדם של חולים, מבצעים בהם הנדסה גנטית ומשיבים אותם לחולה. תרופות אלה אמנם זכו לכבוד כתרפיה הגנטית הראשונה בעולם שאושרה לשיווק, אולם הטיפולים ב-SMA ובעיוורון ייחודיים בכך שהם בוצעו בתוך גוף האדם.

המימן שהפך למתכת ואז נעלם

"אתם מביטים כעת על חומר שמעולם לא היה קיים קודם לכן ביקום", כך הציג לעולם פרופ' איזאק סילברה מאוניברסיטת הרווארד את המימן המתכתי שיצר במעבדה שלו. זה קרה בינואר. השמחה הייתה רבה, והתוכניות למחקר של הדגימה ולשימוש בה היו דרמטיות. אבל לא עבר חודש, והדגימה נעלמה.

הדרמה שבהצגת המימן המתכתי טמונה בכך שמימן הוא אמנם מוצק בטמפרטורות נמוכות, אך הוא חסר תכונות של מתכת - הוא אינו מחזיר אור ואינו מוליך חשמל. היסודות לאירוע שהוצג השנה הונחו ב-1935. כבר אז שיערו שהפעלת לחץ חזק מאוד על מימן עשויה לגרום לכך שיהפוך למתכת אך איש לא ידע כיצד לעשות זאת.

פרופ' סילברה ושותפו למחקר, פרופ' רנג'ה דיאס, מחצו מימן גזי במאצעות שני יהלומים, ואז העבירו אותו למצב נוזלי באמצעות קירור לטמפרטורה של מינוס 252 מעלות. אחר כך הם מעכו את התוצאה הנוזלית עוד קצת באמצעות היהלום. בשלב הזה החלו להופיע השינויים - בלחץ של 4 מיליון אטמוספירות, המימן הפך משקוף לשחור. בלחץ של 4.95 מיליון אטמוספירות, המימן החל להחזיר 90% מהאור שהגיע אליו, כלומר הוא הפך מתכתי. לשם השוואה, הלחץ במרכז כדור הארץ הוא 3.3-3.6 מיליון אטמוספירות.

ניסיונות קודמים למחוץ מימן בטכנולוגיה הזאת הובילו לשבירת היהלומים. סילברה ודיאס העריכו שהבעיה הייתה פגמים קטנים ביהלום ולכן הם השתמשו בטכנולוגיית "חריטת יונים ריאקטיבית", שנועדה להסיר את הפגמים הזעירים ביותר מהיהלומים. לאחר מכן הם ציפו אותם באלומינה (סוג של תחמוצת אלומינית) כדי שהמימן לא יוכל לפעפע לתוך היהלום.

מעבר לניסוי המדעי המרתק, מימן מתכתי עשוי להיות שימושי מאוד. הוא יכול להיות מוליך-על שימושי, וניתן לאגור באמצעותו מידע. ייתכן שהוא יחליף את המגנטים המשמשים היום במכשירי MRI, והוא עשוי לאפשר עילוי מגנטי של רכבות מהירות בזכות תכונות המוליכות שלו. כמו כן, מימן מתכתי עשוי להיות דלק טילים מעולה (היום דלק טילים מבוסס על מימן נוזלי או על חמצן נוזלי). זו אחת הסיבות לכך שנאס"א מימנה חלק מהמחקר של סילברה ודיאס.

אבל כל היישומים האלה תלויים בכך שהדגימה תישאר מתכתית גם לאחר שלחץ היהלום נפסק. החוקרים משערים שהאופי המתכתי יישמר, בדיוק כמו שהיהלום עצמו שומר על הצור שקיבל לאחר שנמחץ. ובכן, אין דרך טובה לגלות זאת יותר מאשר לבדוק, אלא שדגימת המימן המתכתי במעבדתו של סילברה הייתה קטנה ביותר, בגודל של כמה מיקרומטרים, ויום אחד היא פשוט נעלמה.

איך זה קרה? החוקרים רצו למדוד אותה כדי לדעת אם היא מוצקה או נוזלית, אם היא מוליכה, לפני שיבדקו אם היא שורדת גם לא בתנאי לחץ. במסגרת הבדיקות, הם כיוונו אליה לייזר, ולפתע אחד היהלומים שהחזיק את הדגימה הפך לאבק והדגימה לא נראתה יותר.

"כיוון שהדגימה זעירה כל כך, אנחנו לא יודעים אם היא פשוט חזרה להיות מימן או שהיא עדיין אבודה במקום כלשהו בחדר", אומרים החוקרים.