פרסומת

פרס נובל בפיזיולוגיה או ברפואה לשנת 2025 יוענק למרי ברונקוב (Brunkow) מהמכון לביולוגיה של מערכות במדינת וושינגטון בארה"ב, לפרד רמסדל (Ramsdell) מחברת סונומה (Sonoma Biotherapeutics) בקליפורניה ולשימון סקגוצ'י (Sakaguchi) מאוניברסיטת אוסקה ביפן על תרומתם לגילוי מנגנוני בקרה של מערכת החיסון, שבאמצעותם מערכת החיסון נמנעת מלתקוף את רקמות הגוף [1.1,1.2].

מערכת החיסון שלנו היא מכונה מופלאה, שמסוגלת לאתר ולתקוף שלל מחוללי מחלה. זרוע חשובה במערכת החיסון היא תאי T, שיכולים לאתר ולחסל תאי גוף לא תקינים, למשל תאים שמודבקים בנגיף או שעברו התמרה סרטנית. כל תא T מצויד בקולטן ייחודי שמסוגל להתחבר למטרה ייעודית המוצגת על גבי התאים בגוף. יש מספר כמעט אין־סופי של מטרות כאלו, ולרוע המזל, גם תאי הגוף הבריאים עלולים להיות מזוהים ומותקפים על ידי תאי T. אז איך מערכת החיסון מרסנת את תאי ה־T כך שלא יתקפו מטרות עצמיות?

תאי ה־T נקראים על שם בלוטת התימוס, האיבר שבו הם מתבגרים. בזמן שהותם בתימוס הם עוברים מעין מבחן שמהלכו אם הם נקשרים לתאים שמציגים מרכיבים עצמיים – הם "נכשלים", מנופים ועוברים תהליך של השמדה עצמית (אפופטוזיס), ואם הם לא נקשרים – הם ממשיכים בתהליך ההתמיינות. כך למעשה מנוטרלים תאי T שביכולתם לתקוף את הגוף עצמו. אבל המנגנון אינו מושלם, ולעיתים תאים שמזהים מטרות עצמיות חומקים מהשמדה. אלא שלגוף יש עוד דרכים לבקר את פעילות תאי T גם לאחר הבשלתם ופיזורם בגוף, וכאן נכנסים זוכי הפרס לתמונה.

שימון סקגוצ'י חקר עכברים שבלוטת התימוס שלהם הוסרה בשלב צעיר בחייהם. כצפוי, מערכת החיסון שלהם השתוללה והם סבלו ממחלות אוטואימוניות רבות. הוא ראה שכשהזריקו להם תאי T שמקורם בעכברים בעלי מטען גנטי זהה עם בלוטת תימוס תקינה, מצבם של העכברים המנותחים השתפר והם סבלו פחות מתגובות אוטואימוניות. בהמשך, סקגוצ'י ועמיתיו [1.3] זיהו קבוצה מסוימת של תאי T שעוזרת למנוע את התגובה האוטואימונית בעכברים – תאי T רגולטוריים (Tregs), שמייצרים חלבונים בשם  CD4 ו־CD25. חוקרים הראו שהתאים האלו מסוגלים למתן תגובות של תאי T אחרים, אך עדיין ההבנה שלנו את התאים האלו הייתה חסרה. כאן נכנסים לתמונה העכברים בעלי הקשקשים (scurfy mice), שנוצרו בטעות בשנות הארבעים של המאה העשרים בפרויקט מנהטן לפיתוח פצצת האטום (כן, זה קרה במציאות, זו לא הזיה של ה־GPT).

תוך כדי המחקר על נזקי קרינה בפרויקט מנהטן [1.4], התברר כי זן של עכברים שנחשפו לקרינה פיתחו מוטציה בעייתית למדי – הנקבות היו בריאות, אך אצל מחצית מהזכרים מערכת החיסון תקפה את הגוף, מה שהתבטא כתגובות אוטואימוניות, וביניהן קשקשים על העור, והן הובילו למות העכברים שבועות ספורים מהלידה. החוקרים הבינו שהגן האחראי למחלה יושב על כרומוזום X, שממנו יש לנקבות שני עותקים ולזכרים רק אחד, אבל לא היה ברור מהו מנגנון המחלה. 

שנים רבות אחר כך הצטרפו לסיפור מרי ברונקוב ופרד רמסדל, שחקרו מחלות אוטואימוניות בחברת Celltech Chiroscience והתעניינו בעכברים המיוחדים האלו. הם הצליחו לאתר את הגן שהמוטציה בו אחראית למחלה [1.5] וזכה לשם Foxp3. בתקופה שבה ברונקוב ורמסדל חקרו את העכברים איתור מוטציה בגן לא ידוע היה תהליך מורכב מאוד, הרבה לפני טכניקות הריצוף הגנומי הקיימות בימינו. ברונקוב, רמסדל ועמיתיהם זיהו גם שמחלה אוטואימונית קטלנית בשם IPEX, שפוגעת בבנים צעירים היא המקבילה בבני אדם למחלת העכברים בעלי הקשקשים [1.6], וקורית גם היא עקב תקלה בגן FOXP3. 

לאחר הגילוי של הגן Foxp3 בעכברים, הראתה קבוצת המחקר של סקגוצ'י שהגן מתבטא בתאי T רגולטוריים, ושהעברת הגן באמצעות נגיפים לתאי T רגילים גורמת להם להתמיין מחדש כתאי T רגולטוריים [1.7]. באותו הזמן, ברונקוב ורמסדל הראו שתאי T רגולטוריים חסרים בעכברים בעלי הקשקשים, וקבוצת מחקר נוספת הדגימה שפגיעה בגן הזה גורמת לתסמונת אוטואימונית דומה לזו של העכברים בעלי הקשקשים. 

מחקריהם של שלושת זוכי הפרס חשפו מרכיב חשוב במערכת החיסון שלנו: תאי T רגולטוריים, שמסייעים בבקרת התגובה החיסונית ברחבי הגוף (התגובה החיסונית ההיקפית), ובהיעדרם מתרחשת תסמונת אוטואימונית קשה ורב־מערכתית. המחקרים אף פיצחו את המנגנון הגנטי (Foxp3) שאחראי להתמיינות התאים הרגולטוריים. מחקרים אלו סוללים דרך לטיפולים עתידיים למחלות אוטואימוניות או לדחיית איברים לאחר השתלה על ידי הפעלת תאי T רגולטוריים שמסייעים לצמצם את התגובה החיסונית ההרסנית. וכמו כן לטיפולים נגד סרטן על ידי הפחתת הפעילות של תאי T רגולטוריים שמגינים על תאי הגידול ממתקפת מערכת החיסון. למעשה, בימים אלו רשומים למעלה ממאתיים מחקרים קליניים הקשורים בהתערבויות במנגנוני תאי T רגולטוריים [1.8,1.9], לרבות סרטן, אסתמה, מחלות מעי דלקתיות ואפילו למניעת הידרדרות של תפקוד חולי טרשת אמיוטרופית צידית (ALS). לתגליות שהובילו לזכייה בנובל יש פוטנציאל גדול לשיפור בריאות האדם ולטיפול במחלות קשות. 

מאת אורן אוסטר

עריכה: גליה הלוי שדה

פרס נובל בפיזיקה לשנת 2025 יוענק לג׳ון קלארק (Clarke) מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, למישל דבורה (Devoret) מאוניברסיטת ייל ומאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ולג׳ון מרטיניס (Martinis) מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה. לפני כארבעים שנה, שלושת הזוכים הראו בניסוי כיצד תופעת המִנְהוּר הקוונטי מתרחשת באופן מאקרוסקופי. בכך הם הניחו את היסודות לטכנולוגיות קוונטיות מתקדמות של ימינו [2.1,2.2].

מהו מנהור קוונטי? דמיינו לכם אתלט אשר מתחרה בקפיצה לגובה. הוא מגיע לחומה שגובהה חמישה מטרים, וברור שאינו יכול לעבור אותה, כי היא גבוהה מדי עבורו. ההסבר הפיזיקלי הוא שהאנרגיה הקינטית ששרירי רגליו של האתלט מקנים לו אינה מספקת; היא לא יכולה להיות מותמרת לאנרגיה הפוטנציאלית הרבה הדרושה לו כדי לעבור את החומה.

הפיזיקה הקוונטית מספרת לנו סיפור שונה ומרתק על חלקיקים: גם כאשר אין להם מספיק אנרגיה כדי להתגבר על מחסום הפוטנציאל, הם עדיין יכולים לעבור לצידה השני של החומה! חלקיקים בעלי אנרגיה נמוכה אינם "מדלגים" מעל החומה, אלא עוברים דרכה – ומופיעים מעברה השני.

דוגמה ידועה מהטבע היא התפרקות גרעינית מסוג אלפא, שבה חלקיקים הכלואים בגרעין "קופצים" מדי פעם מעבר למחסום הפוטנציאל ומשתחררים מהגרעין.

היה נהוג לחשוב שמנהור הוא תופעה מיקרוסקופית בלבד. החוקרים שזכו בפרס נובל בפיזיקה הצליחו להדגים בניסוי כי תופעת המנהור הקוונטי מתקיימת גם ברמה מאקרוסקופית – כלומר היא יכולה להתרחש במעגל חשמלי שלם, לא רק בתוך אטום בודד. 

החוקרים יצרו מעגל חשמלי המבוסס על מוליכי־על (superconductors), שבו קבוצה גדולה של אלקטרונים מתנהגת כיחידה קוונטית קולקטיבית, בעלת פונקציית גל אחת משותפת של זוגות קופר (זוגות אלקטרונים קשורים). במעגל שולבה שכבה דקה מאוד של חומר מבודד שיצרה 'צומת ג’וזפסון' – זוג אלקטרודות מוליכות־על וביניהן מחסום פוטנציאל דקיק [2.3]. בסדרת הניסויים שערכו קלארק, דבורה ומרטיניס הראו החוקרים כי פונקציית הגל הקולקטיבית של החלקיקים במעגל חשמלי מסוגלת ״לקפוץ״ מעל מחסום פוטנציאל, ובכך ליצור מתח חשמלי הנמדד בוולטים [2.4,2.5].

פריצת הדרך הזו הניחה את היסודות ליצירת קיוביטים – יחידות החישוב של מחשבים קוונטים – המבוססים על מוליכי־על. בקיוביטים אלו מצבי הזרם במעגל מייצגים את שני המצבים הבסיסיים של הביט הקוונטי, והם יכולים להתקיים גם בסופרפוזיציה ביניהם. העיקרון שהודגם ונמדד בשנות השמונים של המאה הקודמת משמש כיום בסיס לטכנולוגיות קוונטיות מתקדמות, ובהן חיישנים קוונטיים רגישים במיוחד, שעונים קוונטיים מדויקים ומחשבים קוונטיים [2.6] של חברות מובילות כגון Google ו־IBM.

מאת עדי ארמוני ומאיה צור

עריכה: סמדר רבן

פרס נובל בכימיה לשנת 2025 יוענק לסוסומו קיטגאווה (Kitagawa) מאוניברסיטת קיוטו ביפן, לריצ'רד רובסון (Robson) מאוניברסיטת מלבורן באוסטרליה ולעומר יאגי (Yaghi, במקור: ياغي בערבית) מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי. הפרס יוענק להם על תרומתם לפיתוח כלובים אורגנו־מתכתיים (metal-organic frameworks; MOFs) שלהם מגוון שימושים רחב במיוחד החל מלכידת גזים ועד לזירוז תגובות כימיות [3.1,3.2].

כלובים אורגנו־מתכתיים – metal-organic frameworks, או בקיצור MOFs – הם סוג מיוחד של פולימרים בעלי ארכיטקטורה ברמה המולקולרית, שניתן לדמותם לשלד של בניין: הם מורכבים מאשכולות של יוני מתכת – המקבילים ל"אבני היסוד" של הבניין – המחוברים ביניהם במולקולות אורגניות, שהן ה"קורות" או עמודי התווך בבניין המיקרוסקופי. שילוב זה יוצר מבנה גבישי מסודר, המורכב משרשראות וביניהן נקבוביות וחללים גדולים (כלובים) – מעין ספוג מיקרוסקופי ששטח הפנים שלו עצום, הודות לנקבובית גבוהה במיוחד. חללים אלו, שניתן לקבוע את ממדיהם ותכונותיהם, מאפשרים ל־MOFs ללכוד, לאחסן או לסנן דרכם גזים וחומרים כימיים שונים, לזרז תגובות כימיות ואף להוליך חשמל – הכול בהתאם לצורך ולייעוד הספציפי של החומר [3.3].

ראשיתו של הפיתוח פורץ הדרך הייתה בשנת 1989, כאשר ריצ'רד רובסון שילב יוני נחושת חיוביים עם מולקולה אורגנית בעלת ארבע זרועות שבקצותיהן קבוצת ניטריל (⁻CN) – קבוצה כימית הנמשכת ליוני נחושת ונקשרת אליהם. התוצאה הייתה מבנה גבישי דמוי יהלום ובו אין־ספור חללים [3.4]. רובסון זיהה את הפוטנציאל הגלום במבנים מסוג זה, אך המבנה הספציפי שיצר היה בלתי יציב והתפרק בקלות. 

בין השנים 1992 ל־2003 גילו החוקרים יאגי וקיטגאווה, כל אחד בנפרד, כמה תגליות משמעותיות ששיפרו את יציבותם של המבנים מסוג זה. קיטגאווה הראה כי גזים יכולים לזרום בחופשיות אל תוך הכלובים והחוצה מהם, וחזה כי ניתן יהיה לפתח גרסאות גמישות שלהם [3.5]. יאגי יצר כלובים אורגנו־מתכתיים יציבים במיוחד, והראה שניתן לשנותם ולהתאים את תכונותיהם לפי דרישה: בעזרת תכנון מוקדם ועיצוב מדויק של אבני הבניין המרכיבות את המבנים, ניתן להשיג ספיגה סלקטיביות או יעילה יותר של חומרים מסוימים, לאפשר הולכה חשמלית, ועוד. למעשה, יאגי נחשב לחלוץ בפיתוח של חומרים רשתיים (reticular materials) – קבוצה הכוללת כלובים אורגנו־מתכתיים, כלובים אורגנו־קוולנטיים וכלובים זיוליט־אימידזוליטים [3.6].

בעקבות התגליות פורצות הדרך של רובסון, קיטגאווה ויאגי, כימאים ברחבי העולם ייצרו עשרות אלפי סוגים של MOFs למטרות שונות – מהפקת מים מן האוויר היבש במדבריות, ועד ללכידת גזים רעילים במפעלים מזהמים ולהפחתת פליטות פחמן באמצעות לכידת פחמן דו־חמצני מהאטמוספרה. ל־MOFs מגוון רחב של שימושים נוספים, ובהם זירוז תגובות כימיות, מערכות לכליאה והובלה של תרופות בגוף, וכן שימוש כמוליכים למחצה בתעשיית האלקטרוניקה. יש להם גם פוטנציאל בתחום האנרגיה הירוקה, הודות לאפשרות להשתמש בהם כאלקטרודות של סוללות ליתיום וכאמצעי לאגירת מימן באופן בטוח. דוגמאות ספורות אלו ממחישות את הפוטנציאל העצום של הכלובים האורגנו־מתכתיים לשימוש בכימיה מודרנית ולפתרון כמה מן האתגרים הסביבתיים הגדולים ביותר של האנושות בימינו [3.7,3.8].

המבנה הבסיסי של כלובים אורגנו־מתכתיים | Naser, et al., Coatings, 2023

מאת שי אבישר

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות

[1.1] ההודעה לעיתונות על הנובל לפיזיולוגיה או רפואה לשנת 2025 מתוך אתר הפרס
[1.2] הסבר מדעי על הנובל בפיזיולוגיה או רפואה מתוך אתר הפרס
[1.3] המחקר של סקגוצ'י שבו זיהה לראשונה את תאי ה־T הרגולטוריים
[1.4] על ההיסטוריה של העכברים בעלי הקשקשים
[1.5] המחקר שבו ברונקוב ורמסדל גילו את הגן Foxp3
[1.6] המחקר שבו התגלה שהמחלה IPEX נגרמת בגלל מוטציה בגן האנושי FOXP3
[1.7] המחקר של סקגוצ'י שבו Foxp3 נקבע כגורם להתמיינות תאי T רגולטוריים
[1.8] ניסוי קליני בתאי T רגולטוריים לטיפול ב־ALS
[1.9] מחקרים קליניים בתאי T רגולטוריים, אוניברסיטת UCSF
[2.1] ההודעה לעיתונות על הנובל לפיזיקה לשנת 2025 מתוך אתר הפרס
[2.2] הסבר מדעי על הנובל בפיזיקה מתוך אתר הפרס
[2.3] סדרת המאמרים על הניסויים שזיכו את קלארק, דבורה ומרטיניס בפרס: 1, 2, 3
[2.4] פוסט על מוליכות על ומנהור (חלק 1)
[2.5] פוסט על מוליכות על ומנהור (חלק 2)
[2.6] פוסט על מחשוב קוונטי
[3.1] ההודעה לעיתונות על הנובל לכימיה לשנת 2025 מתוך אתר הפרס
[3.2] הסבר מדעי על הנובל בכימיה מתוך אתר הפרס
[3.3] הסבר על MOFs
[3.4]  המאמר של רובסון שתיאר את המבנה דמוי היהלום שיצר מיוני נחושת וקבוצות CN
[3.5] מאמר של קיטגאווה שהדגים ספיגת גזים ב־MOFs
[3.6] המאמר של יאגי על הסלקטיביות ויכולת הספיגה של MOFs
[3.7] מאמר סקירה קצר על MOFs
[3.8] מאמר סקירה מעמיק על MOFs והיישומים המגוונים שלהם