ננו-ביוטכנולוגיה - מהפכה באיבחון

רכיבים אלקטרוניים בגודל של מולקולות יכולים לאבחן מחלות ולתת פרופיל DNA אישי על פי דרישה.
בהתבוננו במד אלקטרוני, יי קוי, סטודנט לתואר שני במעבדת הכימיה בהרוורד של צ'רלס ליבר, הוא ממתין להוכחה כי הגיע לאבחנה רגישה ביותר. המטרה היתה סרטן הערמונית. הכלי החדש הוא מיקרו-שבב ועליו 10 חוטי סיליקון, כל אחד בעובי של כ 10 ננומטר (חלק הבליון של מטר). הננו-חוטים הללו מכוסים במולקולות ביולוגיות בעלות קרבה ל PSA, חלבון מוכר בקרב גברים בגיל מסויים כמעיד על סרטן הערמונית. אם הניסוי יפעל על פי התכנית, כאשר מולקולות ה PSA יתחברו לננו-חוטים, יופיע שדר חשמלי ברור.
קוי שוטף את השבב בתמיסה המכילה חלבונים של סרטן הערמונית. באופן מיידי נראים שינויים במדיד, המצביעים לא רק על כך שהמכשיר זיהה את החלבון, אלא גם שזיהה שלוש או ארבע מולקולות, באופן מיידי ועם הכנות מינימליות של הדגימה, מעשה שלא נשמע עליו עד כה. השפעות האבחון עצומות. בחינה מוצלחת של סרטן הערמונית צריכה להבחין בין רמות חלבון נורמליות או מוגברות. חיישנים רגישים כמו אלה של ליבר יכולים לזהות את העלייה הקלה ביותר, וכל זאת באמצעות בדיקות זולות וחד פעמיות שחולים יכולים לעשות לבד בין ביקורי הרופאים. "אם הייתי בקבוצת סיכון לסרטן מסויים, לא הייתי רוצה להסתכן ולחכות לכמה תאים סרטניים שיתחילו להשתולל במשך שנה שלמה כי בבדיקה הקודמת פספסו אותם" אומר ליבר.
למרות שהמתקן הננומטרי עדין אב טיפוס, הוא מציין את החזית למאמץ הגובר במעבדות בכל העולם לחבר בין הננו-אלקטרוניקה והביולוגיה וליצור תחום חדש הנקרא ננו-ביו-טכנולוגיה. התחום המשולב הזה יוצר מגוון כלים, החל במגוון חיישנים זעירים שיכולים לזהות מולקולות ביולוגיות מסויימות ועד למערכות מיקרוסקופיות בסיליקון שיכולות לקרוא שרשראות נפרדות של DNA, ויכולות לפתוח חלון חדש לגבי מולקולות ביולוגיות.
ההשלכות על הרפואה מגוונות. בנוסף לזיהוי המיידי של הסממנים הראשונים של המחלה, או זיהוי של נבג בודד של אנתרקס, מכשירים אלה יכולים לאבחן בצורה מהירה וקלה יותר גם מחלות מורכבות ומסובכות. למשל, הם יכולים להזהיר כבר בסימנים הראשונים על התקף לב, שכרטיס הביקור שלו כולל שינויים קלים בתמהיל של כמה עשרות חלבונים. לחילופין, שבב יחיד יכול לתת אבחון כולל מטיפת דם אחת.
עבור חוקרי התרופות, ננוביוטכנולוגיה מייצרת גאדג'טים שמשמעותם כלים חדשים לגילוי ולהערכה של תרופות חדשות בצורה מהירה יותר, בחינה של מיליוני תרופות שונות על מועמדים בכל זמן נתון. חלק מהמטרות ייושם בשנים הקרובות, אבל הננוביוטכנאי יוכל להחליף חלק מהמכשירים במעבדה בשבבים זולים ומדויקים כבר בשנתיים הקרובות.
המוצרים הראשונים, שבבים שמותאמים לזיהוי מחלה או אשכול של הפרעות גנטיות, כבר מפותחים בכתריסר חברות נונו-סטרט אפ. לארי בוק, מנכ"ל חברת ננוסיס הממוקמת בפאלו אלטו, בקליפורניה, צופה שהחברה שלו תשווק את החיישן הכימי בטווח של שלוש שנים, ראשית למטרות מחקר, ומאוחר יותר כבדיקה עצמית זולה בבית לסרטן הערמונית ואולי גם לזיהוי מוקדם של סרטנים אחרים. "אנשים מדברים על פלאי הננוביוטכנולוגיה, אבל לא מאמינים שמדובר במשהו שיכול לקרות לפני עשרים שנה מהיום" אומר צ'אד מרקין, כימאי וראש המכון לננוטכנולוגיה באוניברסיטת נורת'ווסטרן. "אבל זה לגמרי לא נכון לגבי כל מה שכרוך באבחונים. אפשר יהיה לראות מוצרים בשוק כבר בעוד שנתיים."