אותות ומופתים

innovation logo

אותות ומופתים

העתיד נמצא בדברים הקטנים

שילוב דיסציפלינות וטכנולוגיות ביו-אלקטרוניקה ובינה מלאכותית המשפר פיתוחים חדשניים, ביניהם שתל מלאכותי שמשפר את הראייה ומדבקה אלקטרונית שמאתרת מחלות עצביות לפני שהן מתפתחות. פיתוחים שישפיעו לטובה על בריאותם של מיליוני אנשים בעולם

חברת X-trodes אמנם הוקמה רק לפני שנה, אך הפיתוח הטכנולוגי המרכזי שלה – מערכות חכמות לניטור פעילות מוחית - ילווה אותנו עוד שנים ארוכות ויסייע באיתור מוקדם של חולים במחלות עצביות. "מדובר בטכנולוגיה בצורת מדבקה, המאפשרת לנטר ולמדוד את פעילות השרירים והמוח של מטופלים, בזמן השינה למשל או בזמן שהם מנהלים את חייהם כרגיל", מסבירה פרופ' יעל חנין, ה-CTO של החברה ומי שהובילה את הפיתוח עם שותפים נוספים במעבדות המחקר של אוניברסיטת תל אביב. "המדבקה מכילה אלקטרודות מיוחדות המעבירות סיגנלים באופן דו-כיווני אל מערכת העצבים או השרירים, וממנה. המידע הזה נרשם ומנוטר על ידי הצוות המטפל במטרה לאתר מוקדם מחלות עצביות שונות".

פרופ' חנין היתה עד לאחרונה מנהלת המרכז לננו-מדע וננו-טכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב, והיא עומדת בראש קבוצת מחקר בתחום ההנדסה העצבית, המתמקדת בפיתוח ננו-התקנים אלקטרוניים, בעיקר אלה המתממשקים עם תאי מוח. "לפני שנים ספורות התחלנו לחקור ולעבוד על מערכות המיועדות לחישה עצבית בעיקר של פעילות שרירים וניטור אלקטרו-פיזיולוגי", מתארת פרופ' חנין. "קיבלנו רישיון מאוניברסיטת תל אביב למסחר את הטכנולוגיה, וכיום אנו עובדים על שלושה מוצרים מרכזיים: מערכת אבלוציה (הערכה) עבור מפתחים, מוצר בתחום הספורט ומוצר בתחום השינה לאבחון נוירולוגי.

"המדבקה פסיבית והיא מתחברת לרכיב אלקטרוני שמגביר את הסיגנל החשמלי המגיע מהגוף, אוגר ומשדר אותו החוצה למחשב. המערכת עצמה בנויה משלושה אלמנטים: המדבקה הרכה בעלת פסי הכסף להולכה ואלקטרודות פחמן הקולטות סיגנלים ועושות סטימולציה חשמלית, הרכיב המיקרו-אלקטרוני שמגביר את הסיגנלים ויכול להעבירם לאפליקציה; והדאטה המצטברת שהופכת לתשובה רלוונטית בנושא הרפואי".

אהרון אהרון מנכ"ל רשות החדשנות: "העולם מתקדם לכיוון של תעשייה מבוססת נתונים ותחום הרפואה הולך להיות אחד הצרכנים המרכזיים שלו. משבר מגיפת הקורונה חידד את הצורך באיסוף ושימוש חכם במאגרי נתונים סביבתיים ורפואיים שיאפשר חיזוי של התפרצויות חדשות. למשל ניטור רציף של נגיפים באמצעות סנסורים היברידיים ביולוגיים-הנדסיים ושילוב עם ניתוח נתונים חכם מבוסס בינה מלאכותית, יאפשר זיהוי והתרעה בזמן אמת על התפרצויות באזורים גאוגרפיים ספציפיים ותגובה מהירה ומוקדמת של מערכת הבריאות".

 

לזהות חולי פרקינסון כשהם ישנים

"הפרעות שינה הן אחד המאפיינים המוקדמים המדויקים של הפרעות נוירולוגיות, ואנחנו מאמינים שהמוצר שלנו, המדבקה בשילוב האפליקציה, יכול לסייע לזיהוי מוקדם של פרקינסון, אפילו כמה שנים לפני שהסימפטומים המוטוריים מתחילים להופיע", מסבירה פרופ' חנין.

שנת REM של אנשים בריאים מתאפיינת בירידה מוחלטת של פעילות השרירים, ואילו אצל מרבית חולי הפרקינסון - שנת ה-REM מתאפיינת בפעילות שרירית. תופעה זו נקראת RBD, והדרך היחידה לנטר אותה היא בזמן השינה על ידי בחינה של הפעילות העצבית והשרירים. "תופעה זו אפיזודיאלית ואינה מתרחשת כל לילה", מסבירה פרופ' חנין, "ולכן יש חשיבות לביצוע המדידה ברציפות, במשך כמה ימים, ובתנאים אקולוגיים ככל האפשר. בעזרת המדבקה שפיתחנו, חולים יוכלו לבצע את הניטור בבית או בסיוע בן משפחה, והנתונים יגיעו באמצעות האפליקציה לצוות הרפואי המפקח על הבדיקה. האלטרנטיבה הנפוצה כיום לבדיקות מסוג זה היא מעבדת שינה, שהינה תהליך יקר הדורש השגחה רפואית.

"האפליקציה מיועדת לאנשים הנמצאים בקבוצת סיכון לחלות בפרקינסון במטרה לזהות את תופעת ה-RBD. מבחינתנו, הטכנולוגיה היא רק תחילת הדרך. עלינו לבצע מחקר קליני שמוכיח שהמוצר עובד. נדרשים לכך תקציבים גדולים, וכרגע אנו עובדים בשיתוף פעולה פורה עם המרכז הרפואי איכילוב במטרה לזהות את התופעה. בינתיים מפעילה מנוסה צריכה להגיע אל ביתם של המטופלים ולסייע להם להתחבר למערכת. במקביל, אנו עובדים על הסבת המערכת לתפעול עצמאי". 

לדברי פרופ' חנין, מקובל להשתמש בניטור אלקטרו-פיזיולוגי בתחומי רפואה רבים, אך התהליך, שנעשה במעבדה או בבית חולים, מלווה באלקטרודות עם ג'ל, לחץ או ואקום, שיש להן חסרונות רבים: האלקטרודות נוטות ליפול, מוגבלות בזמן והנתונים המתקבלים לא תמיד מדויקים. "הפיתוח שלנו לא מסב חוסר-נוחות למטופלים והם יכולים להשתמש בו במשך שעות רבות, גם במהלך הלילה. מכיוון שיש מטופלים שישתמשו במוצר שלנו כחלק משגרת החיים – אנו גם נותנים את הדעת על עיצוב ונראות המדבקה", מבהירה פרופ' חנין.

 

השלב הבא - עיבוד רגשות והבעות פנים

גם במוצר שמפתחת X-trodes בתחום הספורט יש חשיבות לפן העיצובי, במטרה ליצור נראות של מעין תכשיט. "אנו עדיין עובדים על הוספת סנסורים למערכת", מוסיפה פרופ' חנין, "אך כרגע מדובר על אלקטרודות המסוגלות להקליט בצורה טובה מאוד תאי שריר, עיניים, לב, עצב וסרעפת. משך שהות המטופל עם המדבקה עדיין נמצא בבדיקת התאמה לפעילות ממושכת או אגרסיבית". פעילות זו זכתה לתמיכה תקציבית של רשות החדשנות.

פיתוח מוצרי החברה התאפשר, לדבריה, הודות לשלושה תחומים שהתפתחו מאוד בשנים האחרונות, ואשר השילוב ביניהם יצר הזדמנות ל-Bio-Convergence אמיתי - אלקטרוניקה מודפסת, מזעור אלקטרוניקה ייעודית לסיגנלים אלקטרו-פיזיולוגיים ובינה מלאכותית. "זוהי התלכדות של טכנולוגיות ולא רק של דיסציפלינות. לישראל יש יתרונות רבים בתחום זה ונוכחות מרשימה בכנסים החשובים ובהתפתחויות המדעיות".

טכנולוגיית המדבקה החכמה שפותחה ב-X-trodes יכולה לשמש לתחומי רפואה שונים. "פסיכיאטריה, פסיכולוגיה, מדעי התנהגות, מנהל עסקים, בעיות מוטוריות, גמגום, אוטיזם ועוד", מפרטת פרופ' חנין. "כבר בתחילת הדרך יצרנו שיתופי פעולה רבים. הבנו שיש עניין גדול לבדוק את הטכנולוגיה ולנסות אותה, וכשהקמנו את החברה החלטנו לבנות ולפתח את המערכת, גם מעבר לפיתוח המוצרים העיקריים של החברה". 

אחד התחומים המעניינים שעדיין נחקרים במעבדות המחקר שבראשות חנין הוא עיבוד הבעות פנים וניטור רגשות. הפיתוח מתמקד, לדבריה, באיתור מדדים אובייקטיבים להגדרת רגשות ועוצמתם בקרב אנשים שונים. "יש מדדים פיזיולוגיים, כמו הזעה והאצת דופק, אך מדדים אלו אינם חד-משמעיים. בעזרת סנסורים שונים, אנחנו מנסים למדוד את הבעות הפנים ולשלב את הנתונים עם ניתוח מדדים פיזיולוגיים נוספים כדי שהמידע הזה יהיה שימושי". 

 

Bio-Convergence – אחד ממנועי הצמיחה של ישראל

במקביל, מכהנת פרופ' חנין כסגנית הנשיא (VP Scientific affairs) בחברת ננו-רטינה, המפתחת שתל רשתית מלאכותית שנועד להחליף את פעולת הקולטנים - תאי העצב ברשתית הקולטים את האור - ומסייע לסובלים מלקויות ראייה. הטכנולוגיה של ננו-רטינה מאפשרת למערכת הראייה של אדם עיוור לתקשר מחדש עם המערכת העצבית של הרשתית והמוח וכך להחזיר לו את ראייתו. 

פיתוח זה נעשה במסגרת ריינבו מדיקל, חברת מחקר, פיתוח והשקעות, המתמחה בטכנולוגיות רפואיות פורצות דרך הפותרות אתגרים רפואיים משמעותיים. "פעילותה הענפה של ריינבו מדיקל מיישמת הלכה למעשה את תפיסת השילוב של ה-Bio-Convergence", מתאר יובל מנדלבאום, המנהל התפעולי של ריינבו מדיקל. "ריינבו היא בית יזמות בו חוקרים ומוצאים פתרונות, מתחומי המכשור הרפואי, למצבים רפואיים ללא מענה. לאחר שלב מציאת הפתרון והוכחת היתכנות ראשונית, אנו מקימים חברות בת המקדמות את הפיכת הרעיון למציאות. כדי לאפשר לחברות הבת להתמקד בפיתוח המוצר ובמחקר קליני, ועל מנת להביא את הפתרון לשוק במהירות המרבית, אנו מסייעים ותומכים בחברות הבת הן פיננסית והן בכל הקשור לפיתוח עסקי, ייעוץ קליני ורגולטורי, ייעוץ משפטי ועסקי, גיוס כספים ובגישה ל-Network הענף שלנו. פעילות המו"פ הפנימית של ריינבו מדיקל מבוססת בעיקר על ההמצאות והיוזמות של יוסי גרוס, שכבר כתובים על שמו קרוב ל-800 פטנטים. מוצרי המכשור הרפואי שמפותחים על ידי ריינבו מדיקל מציעים פתרונות לבעיות גדולות ומשמעותיות, ביניהן אלצהיימר, עיוורון, סוכרת, אי ספיקת לב, יתר לחץ דם, כאבים אורתופדיים ועצביים, אי שליטה בסוגרים ועוד".

לדברי מנדלבאום "הקבוצה מגייסת אנשים מולטי-דיסציפלינריים המגיעים מעולמות ההנדסה, הביולוגיה, הפיזיקה והתוכנה, המשלבים מומחיות בננו-טכנולוגיה, הנדסת חומרים, הנדסה גנטית, נוירו-ביולוגיה ועוד כדי ליצור שלם הגדול מסך חלקיו ולמצוא פתרונות רב תחומיים שקשה עד בלתי אפשרי להעלות על הדעת כאשר מגיעים מתוך תחום ידע יחיד. זה בדיוק הרעיון שעומד מאחורי עליית תחום ה- Bio-Convergence, ולא בכדי רשות החדשנות תייגה אותו כאחד ממנועי הצמיחה העתידיים של ישראל, היות והוא מהווה מגרש עם יתרון תחרותי לישראל המשלב וממנף את החוזקות המשמעותיות ביותר של התעשייה הישראלית ובהן ההנדסה, הביג דאטה והבינה המלאכותית, לצד תחומי מדעי החיים הפורחים בארץ בעשרים השנים האחרונות ותחום המכשור הרפואי שצמיחתו מאפיינת את העשור האחרון".

 

פיתוח רשתית מלאכותית שתחזיר את הראייה 

חברת ננו-רטינה היא אחת מחברות הבת של ריינבו מדיקל. החברה פיתחה שתל מזערי בעל צריכת אנרגיה מינימלית הבנוי מכמה שכבות של צ'יפים, כולל שכבת תאים פוטו-וולטאים המאפשרת קבלת אנרגיה ממקור אור חיצוני. השתל מיועד לאנשים הסובלים מסוגים שונים של התנוונות (דגנרציה) של הרשתית (רטינה). בשתל שפיתחה החברה יש מעין מצלמה דיגיטלית, המקבלת את הקלט הוויזואלי מבחוץ ומתמירה אותו לסיגנלים חשמליים. מאות אלקטרודות בוקעות מהשתל וחודרות לתוך הרטינה ובכך עוקפות את רשת הפוטו-רצפטורים המנוונת ומעצבבות את שכבת הנוירונים הבאה ברשתית. כך בננו-רטינה עוקפים את השכבה המנוונת ומעבירים למערכת הראייה ולמוח סיגנלים חשמליים שמתפרשים לחולה כתמונה.

"בשלב זה, החברה מתמקדת בשתי מחלות דגנרטיביות –Retinitis Pigmentosa  ו-AMD", אומר מנדלבאום. "מדובר במחלות הגורמות לחולים לאבד בהדרגה את הראייה, עד לאובדנה המוחלט. הנתונים כיום מצביעים על כך שמיליוני אנשים בעולם לוקים במחלות אלה, אשר יכולות להביא אנשים צעירים ומבוגרים למצב של עיוורון מוחלט תוך שנים ספורות."

"הפיתוח של ננו-רטינה נכנס לשלב קליני, ולאחרונה השתילו את השתל בחולים ראשונים, עם תוצאות יוצאות מהכלל. ימים ספורים לאחר ההשתלה חולים שקודם לכן היו עיוורים לחלוטין הצליחו לראות ולזהות עצמים בסביבתם ויכולת הראייה רק תלך ותשתפר ככל שתהליך האימון ושיקום הראייה יימשך. אין המשמעות שהראייה שלהם תהיה כמו זו של אדם רגיל, אך כשעוברים מחושך מוחלט אל היכולת לזהות דלת או פנים של אדם שמדבר איתך – זה הישג גדול ומרגש", הוא מתאר.

בדרך להישג עברה החברה לא מעט אתגרים שדרשו את אותן מיומנויות ומומחיות רב תחומית שמטפחים בקבוצה. הכנסת שתל לעין והצמדתו לרשתית מצריכה הבנה אנטומית מעמיקה ונסיון בעבודה אופתלמולוגית לצד יכולות הנדסיות מורכבות. מחד השתל צריך להיות צמוד לרשתית כדי להעביר את הסיגנל החשמלי אל האזור הרצוי, אך מנגד יש להיזהר שהלחץ על הרשתית, העדינה מאד, לא יהיה גדול מדי ויפגע ברקמה. אתגר נוסף נובע מהסביבה התוך-עינית בה השתל פועל היות ומצד אחד על השתל להיות הרמטי לחלוטין ומצד שני בוקעות ממנו אלקטרודות שעליהן להעביר סיגנל חשמלי ולעצבב את הרשתית.

ננו רטינה זכתה לאורך השנים במענקי מחקר של רשות החדשנות.

 

קשת של הישגים 

חברות ביו-אלקטרוניקס ונוירו-מודלציה נוספות מבית ריינבו מדיקל

BlueWind: פלטפורמת נוירו-מודולציה המבוססת על שתל זעיר ואלחוטי המאפשרת טיפול בבעיות עצביות שונות. לשתל אישור CE לשיווק באירופה לטיפול בבעיית שלפוחית רגיזה ובכאבים כרוניים נוירופתיים. החברה מבצעת מחקר קליני לקבלת אישור שיווק בארה"ב.

Vascular Dynamics: שתל מיניאטורי הממוקם בעורק הצוואר בתהליך זעיר פולשני ופועל להורדת לחץ דם על ידי השפעה מכנית על רצפטורים בעורק המעבירים סיגנל למוח המנחה אם להוריד או להעלות את לחץ הדם. השתל הושתל בלמעלה מ-80 חולי לחץ דם והראה הורדה ממוצעת של למעלה מ-20 מ"מ כספית בלחץ הדם הסיסטולי לאורך שנים.

Enopace: החברה מפתחת נוירו-מודולטור חדשני, המוחדר בהליך זעיר פולשני לאבי העורקים ומגביר את יעילות ותפוקת הלב באנשים הסובלים מאי ספיקת לב. החברה עורכת מחקר קליני במספר מרכזים בעולם.

ChroniSense: פתרון ברמה רפואית לניהול חולים וניטור מרחוק של מדדים קליניים חיוניים הכוללים לחץ דם, SpO2, א,ק,ג, טמפרטורה ועוד. הניטור נעשה באמצעות מכשיר דמוי שעון ומספק מעקב רפואי ברמת בית חולים, המאפשר זיהוי מוקדם ומציל חיים של התדרדרות במצב המטופל.

GluSense: CGM (Continuous Glucose Monitor) זעיר בעל חיישנים ביולוגיים המושתל תחת העור ומנטר באופן רציף ומהימן את רמת הסוכר בדם בקרב חולי סוכרת. המערכת היא היחידה מסוגה שלא מצריכה יחידה חיצונית או מדבקה על העור והיכולה להתקיים בגוף למשך שנים ללא צורך בהחלפה.

BrainBalance: שתל חדשני לטיפול במחלת האלצהיימר. השתל הזעיר פולשני מפעיל שדה חשמלי כיווני התומך בפעולה הטבעית של פינוי חלבון ה- Amyloid Beta מהמוח לנוזל השדרה (CSF). הצטברותו הלא מבוקרת של חלבון זה במוחם של חולי אלצהיימר חשודה כגורם מרכזי למחלה.

DisCure: שתל המטפל במחלת ניוון דיסקים בין חולייתיים (Disc Degeneration Disease), שהיא אחד הגורמים השכיחים ביותר לכאבי גב. השתל עושה זאת על ידי שינוי המטען החשמלי בדיסק, אשר מביא למשיכת נוזל בין-תאי עשיר בנוטריינטים וחמצן לתוך הדיסק, תוך הגדלת נפח הדיסק לגודלו התקין והשבת יכולת בלימת הזעזועים.

rainbow