אינטגרציה זו מאפשרת ניתוח מדויק של מולקולות ביולוגיות; ובכך היא משנה את שדה הביוטכנולוגיה והאבחון הרפואי. במילים אחרות, על-ידי אוטומציה ומזעור של ניתוחים מולקולריים, ש”ב מאפשרים בדיקה וזיהוי מהירים ביותר של קשת רחבה של מולקולות ביולוגיות, כולל דנ”א, חלבונים וישויות ביולוגיות אחרות.

הופעת הש”ב היא ביטוי של מהפכת הביוקונברג’נס (Bioconvergence), במסגרתה, השילוב שבין תחום הביולוגיה עם שדות טכנולוגיים אחרים, דוגמת מדע-המחשב והנדסה, פותח גבולות חדשים במחקר וביישום. גישה מהפכנית זו רלוונטית במיוחד להתמודדות עם האתגרים המגוונים של שינויי אקלים. במסגרת זו, ל-ש”ב תפקיד מיוחד בהתמודדות עם שינויי האקלים בשל יכולתם לבצע ניתוחים רגישים, בתפוקה גבוהה וביעילות חסרת תקדים. יכולת זו חיונית לניטור שינויים סביבתיים, למעקב אחר התפשטות מחלות רגישות לשינויים אקלימיים אקלים, להערכת המגוון הביולוגי ובריאות המערכות האקולוגיות, לשיפור יכולת קיבוע פחמן דו-חמצני ולקידום חקלאות עמידה לשינויי אקלים.

מטרת מחקר זה היא לעמוד על היישומים המגוונים של טכנולוגיית ש”ב להתמודדות עם שינויי אקלים; ולהדגיש את תפקידם המרכזי במאמצי אִפחוּת (Mitigation) והסתגלות (Adaptation) נוכחיים ועתידיים. הסקירה נפתחת בהצגה של טכנולוגיית ש”ב ויישומיה השונים, החלק המרכזי של הסקירה עוסק בניתוח מגוון שימושים של ש”ב לצורך התמודדות עם שינויי האקלים בענפים שונים בהם ניטור סביבה, חקלאות, ניהול משאבי מים, אנרגיה ושיקום מערכות אקולוגיות. לאחר מכן, מוצג ניתוח שוק, בדגש על הזדמנויות, חסמים והאקלים הרגולטורי המשפיע על התחום ובסוף הסקירה מוצגות רשימות החברות בתחום.

ניתן לסווג את סוגי הש”ב בהתבסס על מרכיביהם התפעוליים:

ניתן לחלק את תפקוד השבבים הביולוגיים למספר שלבים מרכזיים:

1. הכנת אזור המבוא והדגימה – הכנת הדגימה הביולוגית לדרישות השבב והכנסתו לשבב.
2. אינטראקציית בדיקה – יעד – היקשרות בין מערך הבדיקות שעל השבב לדגימה.
3. איתור – זיהוי וכימות האינטראקציות (שיטות איתור נפוצות: זיהוי אופטי, חשמלי וקולורימטרי).
4. עיבוד אותות – עיבוד וניתוח האותות הגולמיים הנוצרים על ידי מערכת האיתור, והמרתם לנתונים.
5. ניתוח ופרשנות הנתונים – עיבוד הנתונים לצורך הסקת מסקנות מהדגימה.

ש”ב מורכבים ממספר רכיבים מרכזיים, המאפשרים את הפונקציונליות שלהם. רכיבים אלו עשויים להשתנות בהתאם לסוג הספציפי והיישום של השבב, אך בדרך כלל הם כוללים את הדברים הבאים:

• מצע – חומר הבסיס עליו בנוי השבב. מצעים נפוצים כוללים זכוכית, סיליקון או פולימרים שונים.
• מערך בדיקה – זהו הלב של השבב, שבו מולקולות ביולוגיות ספציפיות (Probes) מקובעות על המצע בצורה מאורגנת מאוד. בדיקות אלו מקיימות אינטראקציה עם אנליטי (Analytes) המטרה (למשל: דנ”א, חלבונים, תאים) בדגימה.
• תעלות מיקרו-נוזליות – קיימים ש”ב אשר משלבים תעלות מיקרו-נוזליות המאפשרות מניפולציה והובלה מדויקת של נפחים קטנים מאוד של דגימות נוזל על-פני השבב.
• מערכת זיהוי  – רכיב זה חיוני לתרגום האינטראקציות הביולוגיות בשבב לאותות קריאים. מערכות זיהוי עשויות להיות, בין היתר, אופטיות (למשל, פלואורסצנטיות, כימילומינסנציה), חשמליות (למשל, עכבה, שינויי מוליכות), או מבוססות על ספקטרומטריית מסה.
• יחידת עיבוד וניתוח אותות –חלק זה כולל את החומרה והתוכנה הדרושים לעיבוד האותות שזוהו על-ידי השבב. רכיב זה כולל לעתים קרובות אלגוריתמים מורכבים וכלי ניתוח נתונים כדי לפרש את האותות ולחלץ מידע משמעותי, כגון נוכחות או ריכוז של ביומולקולות ספציפיות בדגימה.
• אזור מבוא הדגימה (Sample Introduction Area) – אזור השבב המיועד להחדרת הדגימה הביולוגית לאנליזה.
• בקרה אלקטרונית  – עבור ביו-שבבים המשלבים רכיבים אלקטרוניים, כגון אלו המשמשים בשיטות זיהוי חשמלי, יש צורך במכשירי בקרה כדי לנהל את פעולת המכשיר. רכיב זה כולל תת-רכיבים דוגמת מיקרו-מעבדים, מגברים וממירים.

יתרונות	חסרונות
תפוקה גבוהה: ש”ב יכולים לנתח אלפי דגימות בו-זמנית, ולהאיץ באופן משמעותי מחקר ואבחון.	עלות: פיתוח וייצור ראשוני של ש”ב עשוי להיות יקר, למרות שהעלויות עשויות לרדת עם ייצור המוני והתקדמות טכנולוגית.
מיזעור: גודל קומפקטי מאפשר ניתוח של נפחי דגימות זעירים, ומפחית את הצורך בכמויות גדולות של ריאגנטים ודגימות – דבר חשוב במיוחד עבור דגימות נדירות או יקרות.	מורכבות: תכנון וייצור שבבים ביולוגיים דורשים טכנולוגיה מתוחכמת ומומחיות במגוון דיסציפלינות, מה שהופך אותם למורכבים לייצור.
מהירות: יכולות העיבוד והניתוח המהירים של ש”ב מספקות תוצאות מיידיות, דבר חיוני באבחון קליני ובמחקרים דחופים.	עומס נתונים: כמות הנתונים העצומה הנוצרת על-ידי ש”ב יוצרת אתגרים ודורשת כלים מתוחכמים לניתוח הנתונים ומומחיות בפרשנותם.
רגישות וספציפיות: שבבים ביולוגיים מספקים זיהוי רגיש וספציפי ביותר של ביומולקולות, מה שהופך אותם לבעלי ערך רב עבור אבחון מדויק ומחקרי בסיס.	סטנדרטיזציה: שונוּת בתהליכי הייצור ובפרוטוקולים של ש”ב עלולה להוביל לבעיות בשחזור ובהשוואה של תוצאות בפלטפורמות או במעבדות שונות.
יכולת ריבוי: היכולת לבדוק מטרות מרובות בניסוי יחיד משפרת את יעילות ומספקת נתונים מקיפים ממבחן בודד.	יציבות וחיי מדף: שבבים המכילים רכיבים ביולוגיים כגון אנזימים או נוגדנים, עלולים להיות בעלי יציבות מוגבלת וחיי מדף קצרים יותר בהשוואה לשיטות אנליטיות אחרות.
אוטומציה: תהליכי ש”ב רבים ניתנים לאוטומציה, מה שמפחית טעויות אנוש ומגדיל את עקביות התוצאות.	מדרגיות: בעוד שש”ב מאפשרים ניתוח בתפוקה גבוהה במקרים בודדים, הרחבה למחקרי אוכלוסייה בקנה מידה גדול או לייצור מסחרי עדיין מהווה אתגר.
גמישות: ש”ב יכולים להיות מותאמים למגוון רחב של יישומים, מאבחון רפואי ועד לניטור סביבתי, מה שהופך אותם להולמים צרכים מחקריים וקליניים מגוונים.	מגבלות טכניות: סוגים מסוימים של ניתוחים עשויים להיות מוגבלים על-ידי התכונות הפיזיקליות והכימיות של חומרי הש”ב או שיטות הזיהוי הננקטות.
קידום רפואה מותאמת אישית: ש”ב מאפשרים ניתוח של פרופילים גנטיים אישיים, ותורמים לפיתוח תוכניות טיפול המותאמות למבנה הגנטי הייחודי של כל אדם.	חששות אתיים ופרטיות: השימוש בש”ב, במיוחד ביישומים רפואיים, מעלה רגישויות הנוגעות לבדיקות גנטיות, לאבטחת מידע אישי ולפוטנציאל לשימוש לרעה במידע גנטי.

• פרופיילינג, גנומיקה של ביטוי גנטי – במחקר גנומי, ש”ב מקלים על ריצוף וניתוח מהירים, ומאפיינים וריאציות גנטיות, ריצוף זה מאפשר איתור סמנים ביולוגיים גנומיים וחלבוניים המצביעים על מצבים ביולוגיים שונים. יישומים אפשריים של יכולת זו כוללים זיהוי פתוגנים וחישה ביולוגית.
• פרוטאומיקה – יישום נוסף של הש”ב הוא לכידת חלבונים ספציפיים מתוך דגימה ביולוגית. שיטה המאפשרת למידה על מבנה ותפקוד החלבונים ועל האינטראקציות ביניהם.
• מחקר פרמצבטי וניטור סביבתי – ש”ב מאפשרים ניתוח ברזולוציה גבוהה של תהליכים תאיים מורכבים כגון מסלולי העברת אותות בין חלבונים, רשתות עצביות והתמיינות תאי גזע. אלו שימושיים במיוחד בתהליך מחקר ופיתוח תרופות ובפיתוח אמצעים לניטור הסביבה.

לטכנולוגיית ה-ש”ב פוטנציאל משמעותי לתרום למאבק בשינויי האקלים, בהיבטי אִפחוּת (Mitigation) והסתגלות (Adaptation)  כאחד. פרק זה מציג את היישומים המרכזיים של ש”ב בהקשרי אקלים: ניטור סביבתי, חקלאות בת קיימא, ניהול משאבי מים, קידום אנרגיה מתחדשת ושימור מגוון ביולוגי.

ניטור סביבתי

ניטור סביבתי חיוני להבנה ולניהול השפעות שינויי האקלים. ש“ב יכולים לחולל מהפכה בתחום על-ידי אפשרות לזיהוי רגיש, ספציפי ובתפוקה גבוהה של מזהמים סביבתיים, גזי-חממה ואינדיקטורים אקלימיים אחרים. לדוגמא, ש”ב המיועדים לזהות רצפי דנ”א ספציפיים יכולים לשמש לניטור המגוון הביולוגי ובריאותן של מערכות אקולוגיות – אינדיקטורים מכריעים לזיהוי שינויים סביבתיים. באופן דומה, ש”ב המזהים נוכחות מזהמים ספציפיים במים ובקרקע יכולים לסייע בהערכת ההשפעה הסביבתית של פעילויות תעשייתיות, ולתרום למאמצי שיקום. כך:

• זיהוי חומרים מזהמים וגזי חממה – ש”ב יכולים לזהות נוכחות של חומרים מזהמים וגזי חממה בדגימות סביבתיות, דוגמת אוויר, מים וקרקע; לדוגמא, על-ידי זיהוי רצפים גנטיים ייחודיים וסמנים ביולוגיים, ועל-ידי ניטור השינויים בהרכב הגנטי של מיקרואורגניזמים המעורבים בתהליכי זיהום סביבתי.
• ניטור מגוון ביולוגי ובריאות מערכות אקולוגיות – ש”ב יכולים לסייע בניטור המגוון הביולוגי על-ידי זיהוי מינים שונים במערכות אקולוגיות, כולל מינים נדירים או בסכנת הכחדה. הם יכולים גם לזהות סימני מצוקה ו/או הפרעות במערכות אקולוגיות על-ידי ניתוח הפרופילים הגנטיים של החיים במערכת.
• ניטור מחלות זיהומיות רגישות לאקלים – ש”ב יכולים לזהות גורמים פתוגניים וחיידקיים בסביבות העשויות להיות רגישות לשינויי אקלים, ובכך לסייע בחיזוי התפרצויות של מחלקות זיהומיות והערכת סיכונים בריאותיים אחרים הקשורים לשינויי אקלים.
  

שימור מגוון ביולוגי ומערכות אקולוגיות

ש”ב משמשים ככלי בניטור המגוון הביולוגי והבנת השינויים במערכות אקולוגיות יבשתיות וימיות. הם יכולים לסייע בזיהוי מינים נדירים, במעקב אחר דפוסי הגירה ובהערכה את החיוניות והיציבות של אוכלוסיות בשטחים נרחבים, ובכך הם תומכים במאמצי שימור.

• זיהוי שינויים במערכות אקולוגיות ביערות ובקרקעות – מאפשרים מעקב רגיש אחר שינויים בהרכב מיני החי והצומח ביערות ובמערכות אקולוגיות קרקעיות. הם יכולים לזהות תגובות הדרגתיות לעקות סביבתיות ולהתריע על הידרדרות בבריאות המערכת האקולוגית.
• מעקב אחרי מאמצי שיקום אקולוגי ותהליכי ייעור – ש”ב מסייעים במעקב אחר הצלחת שיקום אקולוגי ומאמצי ייעור ושיקום על ידי זיהוי מיני עצים, הערכת שרידות שתילים וניטור ההשתלבות של עצים נטועים במערכת האקולוגית.
• ניהול בריאות משאבים ימיים – תורמים לאבחון מהיר של מחלות בבעלי חיים ימיים, הן בחוות גידול והן באוכלוסיות טבעיות. לדוגמא, ש”ב מהווים כלי מעקב רגיש להערכת בריאות שוניות אלמוגים, המאפשר זיהוי סוגי אלמוגים, ניטור מושבות האלמוגים ואיתור מחלות ומצבי עקה בשלבים מוקדמים.

חקלאות בת קיימא

חקלאות בת-קיימא מהווה גורם מכריע בצמצום שינויי האקלים על-ידי הפחתת פליטות חקלאיות וקידום שיטות לקיבוע פחמן. ש“ב יכולים לתרום משמעותית לתחום זה על-ידי קידום חקלאות מדייקת, שבה ניתן לבצע ניטור של בריאות הקרקע, תנאי היבול ונוכחות מזיקים בצורה יעילה ומדויקת יותר. לדוגמא, ש”ב יכולים לזהות במהירות פתוגנים צמחיים או חוסר איזון בקרקע, מה שמאפשר התערבויות ממוקדות הממזערות את הצורך בחומרי הדברה ודישון בהיקף רחב. צעד זה תורם להפחתת נֶגֶר חקלאי ופליטת גזי-חממה.

בנוסף, ש”ב מאפשרים ניתוח תגובת מתח בצמח(Plant Stress Response Analysis) . הבנה של תגובות הצמח ללחצים הנגרמים על-ידי שינויי אקלים באמצעות ש“ב, יכולה להוביל לפיתוח זני יבול עמידים יותר, בעלי דרישות מופחתות לתשומות ופוטנציאל גבוה יותר לקיבוע פחמן; מה שבתורו יתרום גם לביטחון תזונתי. בהקשר זה, יש לציין את תפקיד הש”ב בפיתוח מיני בעלי-חיים העמידים לשינויי אקלים. ככל ששינויי האקלים מגבירים את הלחצים על בעלי-חיים, זיהוי ורבייה של פרטים בעלי תכונות רצויות (לדוגמא, סבילות לחום, עמידות למחלות) הופכים הכרחיים. ש”ב יכולים לנתח סמנים גנטיים הקשורים למאפיינים אלה, ובכך לאפשר פיתוח מינים המותאמים טוב יותר לתנאי הסביבה המשתנים.

• חקלאות מדייקת, בריאות קרקע, יבול וגידול בעלי-חיים – ש”ב משמשים בחקלאות מדייקת לניטור בריאות הקרקע, לזיהוי פתוגנים ומזיקים בצמחים ולהערכת בריאותם של בעלי חיים במשקים חקלאיים. מידע זה מסייע בניהול מיטבי של משאבים ובקבלת החלטות מושכלות בנוגע לשיטות גידול בנות-קיימא; לדוגמא, התערבות מוקדמת וטיפול ממוקד במטרה למנוע נזקים ליבולים ולשמור על בריאות הקרקע לטווח ארוך.
• פיתוח זני יבולים וגזעי בעלי-חיים העמידים לשינויי אקלים – ש”ב מאפשרים ניתוח מעמיק של תגובות צמחים ללחצי-אקלים שונים ברמה המולקולרית, על-ידי בחינת שינויים בביטוי הגנים ובפרופילים המטבוליים של הצמחים. בנוסף, ש”ב משמשים לאפיון גנטי של זני-יבולים וגזעי בעלי-חיים, בסיוע לזיהוי תכונות של עמידות לעקות (Stress) סביבתיות כגון יובש, מליחות או טמפרטורות קיצוניות.

ניהול משאבי מים

ש”ב מאפשרים ניטור רציף של איכות מים במקורות שונים, על-ידי זיהוי נוכחות של מזהמים, פתוגניים או אורגניזמים אינדיקטורים לזיהום . הם יכולים לסייע גם בניטור יעילות הסילוק של מזהמים ופתוגניים, ובכך לסייע באופטימיזציה של מערכות טיפול במים.  לכן, ש”ב תורמים להבטחת בטיחות מי השתייה, לניהול יעיל של מתקני טיפול במים, לאופטימיזציה של מערכות טיפול במים, ולתמיכה בניהול בר-קיימא של משאבי-מים על ידי מעקב אחר איכות מים לאורך זמן. לצד זאת:

• ניטור משאבי מים – ש”ב משמשים לניטור מגוון ביולוגי ובריאות המערכות האקולוגיות במקורות מים טבעיים כגון נהרות, אגמים ומפלים. הם מסייעים בזיהוי שינויים בהרכב המינים ובאיתור מוקדם של הפרעות או מצבי עקה במערכות אקווטיות.
• התראה מוקדמת של שינויים במשאבי מים – באמצעות ש”ב ניתן לספק התראה מוקדמת על שינויים פוטנציאליים העלולים להשפיע על זמינות או איכות המים. מידע זה מאפשר נקיטת פעולות מונעות והיערכות לניהול משאבי מים בעתות משבר.

אנרגיה מתחדשת

ש”ב מציעים גישות מולקולריות מתקדמות לייעול הפקת אנרגיה ממקורות מתחדשים, ומאפשרים הבנה מעמיקה יותר של התהליכים הביולוגיים המעורבים בייצור והמרת אנרגיה. כך:

• קיבוע פחמן – קיבוע פחמן הוא אסטרטגיה קריטית בהפחתת רמות פחמן דו-חמצני (CO2) באטמוספירה. ש“ב יכולים למלא תפקיד באופטימיזציה של תהליכים המשפרים את הספיגה הטבעית או המלאכותית של פחמן. לדוגמא, בתחום לכידת הפחמן המיקרוביאלי, ניתן להשתמש ב-ש”ב כדי לנתח קהילות מיקרוביאליות בקרקעות ובאוקיינוסים, ולזהות אורגניזמים יעילים במיוחד בקיבוע פחמן. על-ידי הבנה מעמיקה של מערכות מיקרוביאליות אקולוגיות ברמת הגן (Gene) , ש”ב יכולים לתרום לפיתוח אסטרטגיות ביולוגיות לשיפור כושרם של כיורי פחמן (Carbon Sink) טבעיים המפחיתים את ריכוז גזי החממה.
• קידום מחקר ייצור דלק ביולוגי מבוסס אצות – ש”ב מאפשרים מיפוי גנטי של מגוון מיני אצות ואפיון מסלולים מטבוליים המעורבים בייצור שמנים ופחמימות, לצורך ייעול הפקת דלקים ביולוגיים מאצות. הבנת הבסיס המולקולרי של תהליכי הייצור מסייעת בהנדסת זנים משופרים לתעשיית הדלקים הביולוגיים.
• פיתוח תאי דלק וחומרים מתקדמים לשם ייצורם – טכנולוגיית אנרגיה נקייה – מתמודד עם אתגרים דוגמת עלות גבוהה ועמידות נמוכה של הרכיבים.ש“ב יכולים לתרום לפיתוח חומרים חדשניים ומשופרים לשימוש בתאי-דלק. לדוגמא, ניתן לבצע סריקות רחבות היקף של אנזימים טבעיים כדי לאתר זרזים יעילים וסלקטיביים להתכת מימן, שהיא שלב מפתח בפעולת תאי הדלק. בדומה, ניתן להשתמש ב-ש”ב לחיפוש ממברנות ביולוגיות או פולימרים מכוונים המשפרים את מעבר הפרוטונים והיונים בתאי-הדלק, ובכך תורמים לביצועים משופרים וחיי שירות ארוכים יותר.
• טיפול בפסולת לצורך הפקת אנרגיה –  פסולת אורגנית, דוגמת בוצת שפכים, יכולה לשמש כחומר גלם להפקת גז ביולוגי באמצעות תסיסה אנאירובית. ש”ב מסייעים בניתוח הקהילות המיקרוביאליות המורכבות המעורבות בתהליכי התסיסה האנאירובית. זיהוי החיידקים והארכיאה (“חיידקים קדמוניים”) העיקריים התורמים להפקת המתאן, מאפשר אופטימיזציה של תנאי התהליך ושיפור התפוקה. כמו כן, ניתן לעקוב אחר שינויים במבנה הקהילה המיקרוביאלית בזמן אמת ולבצע התאמות בהתאם. בהקשר זה:
  • פירוק יעיל של ביומסה – ביומסה, כגון שאריות יבולים ופסולת-עץ, מכילה סוכרים מורכבים כמו תאית והמיצלולוז (Hemicellulose) שניתן להמיר לדלקים ביולוגיים. אולם, פירוק הביומסה לרכיבים הבסיסיים שלה הוא תהליך מאתגר. ש”ב יכולים לשמש לגילוי אנזימים חדשים ממיקרואורגניזמים שונים,  בעלי יכולת פירוק יעילה של תאית והמיצלולוז. שילוב מושכל של אנזימים אלה בתהליכי הפקת דלקים ביולוגיים יכול להגביר את היעילות ולהוזיל עלויות.

עם זאת, ליישום טכנולוגיית הש”ב בהתמודדות עם שינויי האקלים יש גם אתגרים. אלו כוללים את העלות הגבוהה והמורכבות שבפיתוח ובהטמעה של ש”ב, הצורך במומחיות ייעודית לניתוח הנתונים ובעיות פוטנציאליות בהרחבת היישומים לקנה-מידה רחב. כמו כן, ניטור ומניפולציות גנטיות מעוררים חששות אתיים ואתגרי פרטיות, המחייבים הנחיות ברורות ומסגרות רגולטוריות מתאימות. נדון באתגרים השונים בפרקים הבאים.

המידע המסופק בפרק זה מבוסס על מספר מחקרי שוק מקיפים (Mordor intelligence, Emergen ,Vantage Grand View Research). היקף הניתוח שלנו מוגבל בעיקר ליישומים רפואיים של טכנולוגיית ש”ב. ככאלה, ייתכן שהתובנות והמסקנות שיתקבלו לא יכללו במלואן את השימושים הפוטנציאליים של שבבי ביו במגזרים אחרים הקשורים להפחתת שינויי אקלים או הסתגלות.

שוק השבבים הביולוגיים העולמי, המוערך בכ-19.08 מיליארד דולר בשנת 2024, צפוי לצמוח בקצב מצרפי שנתי (CAGR) ממוצע של 10.22% בין השנים 2023 ל-2029. גודל השוק צפוי להגיע ל-31.04 מיליארד דולר עד שנת 2029. התחום הופך למוקד עניין מרכזי עבור שחקנים מתפתחים ומבוססים כאחד, נוכח העלייה בהיקף פעילויות המחקר ופיתוח התרופות, הביקוש הגדל לרפואה מותאמת אישית וההתקדמות בדור הבא של ריצוף דנ”א.

​חידושים במוצרי ‘מעבדה-על-שבב’ לצד התפתחויות בטכנולוגיית מיקרו-נוזלים (Next Generation Sequencing – NGS), צפויים גם הם לתמוך משמעותית במגמת הצמיחה העולמית של של התחום.

הכוחות המניעים את צמיחת השוק

שוק ה-ש”ב צפוי להתרחבות משמעותית, המונעת מהביקוש הגדל לבדיקות בנקודת הטיפול.  מגמה זו נתמכת עוד יותר על-ידי פיתוח בדיקות אבחון מתקדמות על-ידי שחקנים מובילים בשוק, במטרה לענות על הצרכים המשתנים של מערכות הבריאות והמחקר.

ההתקדמות הטכנולוגית שיפרה משמעותית את הפונקציונליות של הש”ב בהיבט איסוף נתונים, ניתוח ופרשנות . חידושים מרכזיים כוללים פיתוח מערכי-מיקרו בצפיפות גבוהה וטכנולוגיות ריבוי, המאפשרים ניתוחים מקיפים יותר. שילוב עם ריצוף דנ”א מדור חדש (NGS) מעניק ניתוח גנטי מעמיק. שיפורים אלו מקדמים תחומים כגון חקלאות מדייקת וניטור סביבה.

האופי הדינמי והתחרותי של השוק דוחף ההתקדמות טכנולוגית זו, המובלת על ידי יוזמות מחקר ופיתוח של חברות גלובליות ו-ותיקות, השואפות לחדש ולהרחיב את מגוון מוצריהן. צעדים אסטרטגיים דוגמת מיזוגים, רכישות ושיתופי-פעולה מעצבים את הנוף התחרותי של השוק ומאפשרים את מימוש הפוטנציאל לצמיחתו.

מגמות בכל סגמנט

שוק השבבים הביולוגיים מציג פוטנציאל עצום לצמיחה ולחדשנות, אך הוא מתמודד עם אתגרים רבים ומורכבים. החסמים העיקריים המעכבים אימוץ ומסחור של טכנולוגיות ש”ב כוללים:

• מגבלות טכניות ועיצוביות – הנדסת ש”ב מחייבת התגברות על בעיות עיצוב ואינטגרציה מורכבות, הכרוכות במזעור תהליכי מעבדה רב-שלביים. טיפול בנוזלים, בקרת חום, מגבלות ייצור ושמירה על תפקודיות של חומרים ביולוגיים מהווים מכשולים טכניים משמעותיים המשפיעים על ביצועי השבבים.
• עלויות גבוהות ומגבלות נגישות – טכניקות ייצור מתקדמות וחומרים יקרים תורמים לעלויות הגבוהות של פיתוח וייצור ש”ב. הדבר משפיע לרעה על אימוץ הטכנולוגיה במסגרות רגישות לעלויות ובמוסדות מחקר בעלי משאבים מוגבלים. הפיכת השבבים לכדאיים ונגישים מבחינה כלכלית היא המפתח לתפוצה רחבה, במיוחד באזורים מתפתחים.
• אתגרי עמידה ברגולציה –  ניווט בתהליכי אישור רגולטורי ל-ש”ב הוא מסובך ודורש בדיקות בטיחות ויעילות נרחבות. מורכבות הרגולציה במדינות שונות מהווה מכשול למסחור מוצרים וגישה לשווקים.
• תחרות מצד טכנולוגיות מבוססות –  מגזר ה-ש”ב מתחרה בשיטות מסורתיות, זולות ומוכרות יותר, הנהנות גם מסטטוס רגולטורי מוצק.
• אימוץ הטכנולוגיה מצד המשתמש  – משתמשים רבים מהססים לאמץ גישות חדשות מבוססות ש”ב, על פני שיטות בדיקה קונבנציונליות מוכחות.
• צווארי בקבוק בשרשרת אספקה – תלות ביצרנים בודדים בעלי יכולות ייחודיות בתחום ה-ש”ב, טומנת בחובה סיכוני אספקה.
• מחסומי שיתוף-פעולה  – חשיבה במונחים של קניין רוחני וסכסוכים בין שחקני השוק עלולים לפגוע בחדשנות פתוחה ובשיתופי-פעולה לקידום התחום.

בעמוד הבא מופיע מיפוי שחקנים מרכזיים בתחום ה-ש”ב בחלוקה גיאוגרפית. מיפוי זה מתבסס על החברות הנזכרות בדוחות המחקר שצויינו לעיל, לצד בדיקה במאגר המידע של חברת CrunchBase . למרות שיש להניח שקיימות חברות רבות נוספות, בעיקר חברות צעירות וסטרטאפים, המיפוי מייצג את תמונת המצב בתעשייה, והוא מעלה כמה תובנות:

• פיזור גיאוגרפי – רוב חברות ה-ש“ב ממוקמות בארה“ב, במיוחד בקליפורניה ובמסצ’וסטס, הידועות בתעשיות הביוטכנולוגיה ומדעי החיים החזקות שלהן. נוכחות משמעותית של חברות ש“ב ניכרת באירופה, עם מרכזים בולטים בבריטניה, שוויץ, גרמניה והולנד. ביחס לגודלה, ישראל היא שחקן מרכזי בתחום, לפחות בכל הנוגע למספר הסטרטאפים.
• מגוון מוצרים – כפי שצוין לאורך הסקירה, תעשיית ה-ש”ב מציעה מגוון רחב של מוצרים המשרתים יישומים שונים. עם זאת, חשוב לציין שלא כל החברות מפתחות ביוצ’יפים במובן המצומצם ביותר. בעוד שמוצריהן עשויים להשתמש בטכנולוגיות חיישנים ביולוגיים או מיקרופלואידיקה, הם לא בהכרח כוללים פיתוח של ש“ב. חלק מהחברות ברשימה, כגון Fluidigm Corporation ו-Micronit, מפתחות מוצרים התואמים יותר להגדרה המדויקת של ש”ב, בעוד שאחרות מציעות טכנולוגיות קשורות תחת המטריה הרחבה יותר של התעשייה.
• שחקנים מבוססים וסטארט-אפים – הרשימה כוללת הן חברות ותיקות עם היסטוריה ארוכה, כמו Abbott Laboratories (1888), Roche Diagnostics (1896) ו-Thermo Fisher Scientific (1956), והן סטארטאפים צעירים. זה מצביע על תעשייה דינמית עם תמהיל של שחקנים מנוסים וחדשניים.
• התמקדות ביישומי בריאות –  חברות רבות מתמקדות בפיתוח מוצרי ש”ב ליישומי בריאות, כגון אבחון קליני, רפואה מותאמת אישית וגילוי תרופות.
• שיתופי פעולה ורכישות – תעשיית ה-ש”ב מאופיינת בשיתופי פעולה וברכישות, כאשר חברות מבקשות למנף את המומחיות זו של זו ולהרחיב את מגוון המוצרים שלהן. לדוגמא, Danaher Corporation רכשה את Cepheid, ו-Thermo Fisher Scientific ביצעה מספר רכישות לאורך השנים כדי לחזק את מעמדה בשוק.

החברות מסודרות ברשימות לפי אזורים גיאוגרפים: ארה”ב, אירופה, אסיה וישראל. בכל רשימה מופיעים ראשית בכתב מודגש החברות שעוסקות גם בפיתוח ש”ב המתאימים לצורכי התמודדות עם שינוי האקלים. לאחר מכן סדר החברות הוא אלפביתי.

ארצות הברית:

#	שם החברה	מוצרים מבוססים שבבים ביולוגיים	מיקום
1	Agilent Technologies	מיקרו מערכים, ניתוח גנומי, שבבים כרומטוגרפיים	קליפורניה, ארה”ב
2	Illumina	ריצוף DNA, ניתוח גנטי	קליפורניה, ארה”ב
3	PerkinElmer	מעבדה על שבב, מכשירי איתור	מסצ’וסטס, ארה”ב
4	Thermo Fisher Scientific	ניתוח מידע גנטי, מיקרו-מערכים, הכנת דגימות	מסצ’וסטס, ארה”ב
5	Abbott Laboratories	אבחון בנקודת הטיפול, מבחני זרימה רוחבית	אלינוי, ארה”ב
6	Biochain	מיקרו-מערכים לחקר גנומיקה ופרוטאומיקה	קליפורניה, ארה”ב
7	Bionano Genomics	פלטפורמת מיפוי גנומי	קליפורניה, ארה”ב
8	Bio-Rad Laboratories	מיקרו מערכים, מכשירי PCR, מעבדה על שבב	קליפורניה, ארה”ב
9	Danaher Corporation	אבחון מולקולרי, רכיבים מיקרופלואידיים , איתור מהיר של מחלות וזיהום	וושינגטון קליפורניה, ארה”ב
10	GE Healthcare	מכשירי PCR, ניתוח חלבונים	אלינוי, ארה”ב
11	Personalis	ניתוח גנומי, בדיקות סרטן	קליפורניה, ארה”ב
12	Standard BioTools	פלטפורמות ריצוף, שבבים מיקרופלואידים	קליפורניה, ארה”ב
13	US Biomax	מיקרו-מערכים של רקמות, מיקרו-מערכים של תאים ומיקרו-מערכים של חלבונים למחקר ואבחון	מרילנד, ארה”ב

מדינות אירופאיות שאינן חברות באיחוד האירופי: 

#	שם החברה	מוצרים מבוססים שבבים ביולוגיים	מיקום
1	Oxford Molecular Biosensors Ltd.	חיישנים ביולוגיים לאבחון וניטור סביבתי	בריטניה
2	Oxford Nanopore	מרצפי DNA/RNA ניידים	בריטניה
3	CompagOs	הדפסה ביולוגית תלת-ממדית	שוויץ
4	Randox Laboratories	שבבים ביולוגיים לאבחון קליני ומחקר	בריטניה
5	Roche Diagnostics	אבחון בנקודת הטיפול, מערכות PCR	שוויץ

מדינות אירופאיות – חברות באיחוד האירופי:

#	שם החברה	מוצרים מבוססים שבבים ביולוגיים	מיקום
1	BioMérieux	אבחון מולקולרי, מערכות מיקרופלואידיות	צרפת
2	Merck – KGaA	טיהור מים במעבדה, שירותי מיקרו-מערכים, איבר על שבב	גרמניה
3	Aligned Bio	פלטפורמת חיישנים ביולוגיים ננו-חוטי מתקדמות	שוודיה
4	AYOXXA	ערכות לזיהוי סמנים ביולוגיים באמצעות ש”ב	גרמניה
5	BioSensores S.L	מחקר בטכנולוגיית חיישנים ביולוגים	ספרד
6	BST Bio Sensor Technology	פיתוח חיישנים ביולוגיים רב פעמיים	גרמניה
7	digid – Digital Diagnostics AG	אבחון על ידי הפעלת מעקב וניתוח בזמן אמת של נתונים ביולוגיים	גרמניה
8	DirectSens	חיישנים ביולוגיים	אוסטריה
9	MOAB	תאי גזע ננו-מהונדסים ושירותי פיתוח ביו-ריאקטורים מיקרופלואידיים	איטליה
10	Micronit	MEMS מיקרופלואידים, מעבדה על שבב	הולנד
11	TissUse	מערכות איבר על שבב ותרביות רקמה	גרמניה
12	Qiagen	פיתח ערכות לבדיקות מולקולריות	גרמניה
13	Qurin Diagnostics	מפתחת מכשור דיאגנוסטיקה ביו-רפואי עם ש”ב	הולנד

אסיה:

#	שם החברה	מוצרים מבוססים שבבים ביולוגיים	מיקום
1	Phalanx Biotech	מיקרו-מערכי חלבון, אבחון מולקולרי	טייוואן

ישראל:

#	שם החברה	מוצרים מבוססים שבבים ביולוגיים	מיקום
1	Watersight	מערכת ניטור מים המופעלת על ידי AI	ישראל
2	CardiacSense	חברת בריאות דיגיטלית שפיתחה טכנולוגיית חיישנים לבישים עם הרגישות והספציפיות הנדרשות לאבחון וניטור רפואיים. ההתמקדות הראשונית היא בניטור וזיהוי של פרפור פרוזדורים	ישראל
3	Genopore	טכנולוגיות חישה של Nanopore, בשימוש בגלאי חלבון מבוסס מוליכים למחצה	ישראל
4	ImmunArray	בדיקות מסחריות לשלילת אבחנה של זאבת אדמנתית מערכתית (Systemic Lupus Erythematosus, SLE), ופיתוח מוצרים נוספים לאבחון וניטור מחלות ב-SLE	ישראל
5	JaxBio	JaxBio Technologies היא חברת סטארט-אפ שמטרתה לחולל מהפכה באבחון וניהול הסרטן, על ידי שימוש בבדיקת דם פשוטה לגילוי מוקדם	ישראל
6	Nano Retina	רשתית מלאכותית קטנה במיוחד, קלה להשתלה, שנועדה לשחזר את הראייה	ישראל
7	NanoScent	NanoScent פיתחה את VOCID, פלטפורמה לזיהוי תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) עם חיישנים מוגני-פטנט	ישראל
8	Neteera	ניטור פרמטרים פיזיולוגיים אנושיים ללא מגע ובצורה מתמשכת	ישראל
9	Pre-Cure	טכנולוגיית גידול-על-שבב (tumor-on-a-chip) מתקדמת בהתאמה אישית של מיקרו-נוזלים	ישראל
10	Proactive Diagnostics	Proactive Diagnostics מפתחת את Q-SENS, טכנולוגיית חישה ביולוגית חדשה, מבוססת שבבים, המאפשרת ניתוח רובוסטי הדומה לניתוח המתקבל במעבדה, תוך ביטול הצורך בכל שלבי הסינון או השטיפה	ישראל
11	Qulab Medical	סטארט-אפ בריאות דיגיטלית המפתח מדבקה קטנה, זעיר-פולשנית, המאפשרת גישה לנתונים מטבוליים מתמשכים, ומסייעת לקבלת החלטות בריאותיות מושכלות	ישראל
12	Quris AI	פלטפורמה ביולוגית המשלבת למידת מכונה, המנבאת אילו תרופות פוטנציאליות יפעלו בבטחה בבני אדם, תוך הימנעות מהעלויות הגדולות של ניסויים קליניים כושלים	ישראל
13	Savyon Diagnostics	מפתחת, מייצרת ומשווקת ערכות אבחון לאיתור מחלות זיהומיות	ישראל
14	Teracyte Analytics	דיגיטציה של תהליכים ביולוגיים	ישראל
15	Tissue Dynamics	חברת ביוטכנולוגיה המפתחת ומספקת שירותי בדיקת טוקסיקולוגיה ויעילות לתעשיית התרופות והקוסמטיקה	ישראל
16	Vectorious	V-LAP, המיקרו-מחשב הלבבי הראשון בעולם – המאפשר טיפול מיטבי בחולי מחלות לב, הגדלת איכות חייהם ותוחלת חייהם. השתל הסנסורי V-LAP הוא המכשיר הדיגיטלי האלחוטי חסר-הסוללה הראשון שיכול לתקשר מעומק הגוף	ישראל

---

* כל המובא במאמר זה נכון ליום כתיבתו ובהתאם לנתונים אשר עמדו בפני מחבר המאמר. רשות החדשנות או מי מטעמה אינם נושאים באחריות כלשהי לנכונות אמיתות ו/או דייקנות הנתונים, כולם או חלקם. המאמר מתפרסם כהעשרה לציבור ואין לעשות בו שימוש מסחרי כלשהו, ובכלל זה, לצורך מכירתו, הפצתו/הצגתו.