תוצאה בתוך דקה בלבד: חוקרים ישראלים פיתחו בדיקת נשיפה לקורונה

פרופ' גבי סרוסי, סגן למחקר של ראש בית הספר להנדסת חשמל ומחשבים וחבר סגל ביחידה להנדסת אלקטרואופטיקה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב פיתח ביחד עם חוקרים באוניברסיטה בדיקת נשיפה לאיתור נשאי נגיף הקורונה.

הפיתוח, הנקרא "ינשופון", מבטיח את איתור הנגיף תוך דקה וכן רמת דיוק גבוהה ומחיר נמוך בצורה משמעותית מכל שיטה קיימת אחרת. אם תאושר לשימוש נרחב, הבדיקה עשויה לסייע לניטור נשאי הנגיף בכניסה למקומות כגון שדות תעופה, מפעלים וחברות גדולות ובכך לעזור למדינות להחזיר את הכלכלה והמשק לפעילות מלאה. 

תוצאות של ניסויים קליניים שנערכו בליווי משרד הביטחון על מעל ל- 120 נבדקים בישראל, הוכיחו יותר מ-90% הצלחה של הבדיקה, כאשר הושוותה לתוצאות של בדיקת PCR. המחקר נמשך בימים אלו ובמהלכו ישוו בין דגימות של חולי קורונה לאלה של חולים במחלות אחרות, וכן ייבדק האם ניתן לאתר שלבים שונים של ההדבקה בוירוס הקורונה. 

"כבר בשלבים ראשונים של הניסויים קיבלנו תוצאות מובהקות על קבוצה משמעותית של נבדקים ובהתאמה גבוהה לסימולציות שביצענו ולתוצאות בדיקת ה-PCR", אמר פרופ' גבי סרוסי. "המחקר נמצא בעיצומו, אנו בשלב של בדיקת הספציפיות עבור הווירוס לעומת וירוסים אחרים ובדיקה כמותית כדי לנסות ולהעריך את סף הרגישות של המערכת לגילוי כמות הווירוסים על מנת לדעת באיזה שלב בהדבקה נוכל לגלות את הימצאות הנגיף, ולהעריך מתי החולה נכנס לשלב ההחלמה".

תהליך הבדיקה הוא פשוט מאד: הערכה הזעירה, בגודל כשבעה ס"מ, כוללת פיה וקפסולה שבתוכה שבב אלקטרוני עם מערך צפוף של חיישנים שהונדסו במיוחד עבור מטרה זו. הדגימות מבדיקת הנשיפה נצמדות לחיישנים וכל השבב מועבר למערכת הסורקת את הדגימות ומספקת תשובה תוך 20 שניות מתחילת הסריקה לגבי הימצאות הנגיף. המכשיר מגבה את התוצאות באופן אוטומטי אל מאגר מידע שיכול להיות נגיש עבור הרשויות, כדי להקל על המעקב אחר מסלול הנגיף כמו גם על תעדוף וטיפול בחולים.

בניגוד לשיטות הביולוגיות הקיימות בהן הבדיקה אורכת מספר שעות עד מספר ימים, ויש צורך בצעדים מורכבים מבחינה לוגיסטית של העברת הדגימות הביולוגיות הרגישות והמידבקות אל מרכזי הבדיקה, השיטה החדשה של אוניברסיטת בן-גוריון הינה פיזיקלית ומאפשרת תוצאה מהירה ביותר במספר צעדים בודדים, פשוטים וזולים יותר. הפיתוח החדש מודד שינויים מזעריים שיוצר נגיף הקורונה על השדה החשמלי במערך הצפוף שעל השבב. 

הבדיקה כנראה תוכל לזהות הדבקה בנגיף מספר שעות לאחר קיומה וסימנים ראשונים אף מראים שניתן יהיה לזהות את תת הסוג במשפחת נגיפי הקורונה (לדוגמה, הזן SARS-Cov-2, או COVID-19). בנוסף, המחיר המוערך לכל בדיקה לא יעלה על 50 דולר, עלות נמוכה באופן משמעותי מבדיקות מעבדה נוכחיות. יתר על כן, כיוון שהבדיקה היא אלקטרו-אופטית ולא ביוכימית, היא אינה רגישה לגורמים סביבתיים שעשויים להשפיע על השיטות הקיימות כיום.

פרופ' סרוסי שפיתח את המערכת הוסיף כי "שאלנו את עצמנו, מכיוון שהנגיף מתנהג כמו חלקיק ננומטרי, עם קוטר של כ- 100 ננומטר מבחינת גודלו והתכונות החשמליות שלו, האם נוכל לזהות אותו בעזרת שיטות מעולם הפיזיקה, הפוטוניקה והנדסת החשמל. לשמחתנו, גילינו שהתשובה היא כן. לנגיף זה יש תהודה בתדרים מאד מסוימים, וספקטרוסקופיה רזונטיבית בתדרים אלו ניתן לגלות אותו ביעילות".

חברות לייזר מודלינג נרתמו למשימה. לצד חוקרי האוניברסיטה, צוות המהנדסים והמפתחים של החברה, עיצבו ותכננו את "הינשופון", תוך שימוש בטכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית מקצועית מסוג פוליג'ט (Polyget) של חברת סטרסיס הישראלית. התהליך כלל סקירה רחבה של החומרים בעלי התכונות הכימיות והפיזיקליות הנדרשות לפרויקט. תהליך מחקר ופיתוח מהיר ואפקטיבי, וכן היווה גורם מכריע בהבאת "הינשופון" לשלב הבדיקות הקליניות על בני-אדם בזמן קצר ביותר.

סרוסי שוחח הערב עם יואב לימור ופרופ' אריה אלדד ב-103FM:

אריה: אז בוא תספר לנו איך המכשיר הזה עובד?
גבי: אז המכשיר הזה עובד בצורה כזו - יש לנו מעין מנשפון קטן, אנחנו קוראים לזה 'ינשופון', ובו יש צ'יפ אלקטרוני שמתמלא בהבל הפה שלנו. בהבל הפה אפשר למצוא הרבה מאוד דברים, וגם וירוסים במידה ומישהו חולה. לאחר שמישהו נושף ב'ינשופון' אנחנו מכניסים את הצ'יפ לתוך מערכת שמודדת אותו, ויכולה לזהות האם יש סיכוי טוב להימצאות קורונה בריאות ובאוויר שיוצא או לא. לווירוס הזה יש חתימה חשמלית מאוד מאוד מיוחדת שהצ'יפ שפיתחנו באוניברסיטה יודע לגלות אותה, ועל זה אנחנו בונים בעצם את כל התהליך. 

אריה: ניסיתם את זה כבר על חולים ובדקתם שזה עובד?
גבי: ניסינו את זה כבר על 120 אנשים כיוון שהדבר הוא פיזיקאלי לגמרי, ולא מדובר פה על הליך סטטיסטי שמקובל בעולם הרפואה. ידענו בדיוק מה אנחנו אמורים לקבל ועשינו סימולציות של התהליך, עשינו את הניסוי הזה וראינו שהוא עובד. מה שאומר ששוב, מדובר בתהליך פיזיקאלי ואמיתי, ואתה יודע, אני משווה את זה הרבה פעמים למצב שבו ידעו שיש חורים שחורים, אבל אף אחד לא ראה אותם, עד שלפני שנה בערך הצליחו לראות חור שחור. 

יואב: מתי המכשיר הזה יכול להיות בשימוש? 
גבי: כיוון שהבדיקה הזו מאוד מאוד מהירה, וביחס לבדיקות אחרות היא נחשבת יחסית זולה, אז אפשר לשים אותה בנקודות כניסה למתחמים ושדות תעופה. אנחנו מעריכים שאם נמשיך בפיתוח הזה, ונמשיך לקדם במהירות בה עשינו את זה בחודשיים האחרונים, נצליח להגיע למצב שבו תוך כמה חודשים טובים, נניח עד ספטמבר אוקטובר השנה, נוכל כבר להגיע למכשירים. 

אריה: זה נשמע אדיר. איזה מכשולים אתה צופה בדרך?
גבי: זה צריך לעבור fda ויש עוד כמה שאלות מחקריות שבימים אלה אנחנו צריכים לתת עליהם מענה. למשל: מה סף הגילוי שאנחנו מסוגלים לתת, וכמה אנחנו מסוגלים להבדיל בין וירוס קורונה כזה לווירוס קורונה אחר? 

יואב: ומה תהיה העלות של זה? 
גבי: יש שתי עלויות לדבר הזה - יש את העלות הראשונה והיא העלות של המערכת שדוגמת. לאחר שנותנים נשיפה במכשיר שולחים את הצ'יפ למערכת שדוגמת והעלות שלה תהיה כמה מאות אלפי דולרים, והיא תהיה מערכת קבועה בדיוק כמו שיש היום. 

אריה: תודה רבה. הצלחה שלכם היא הצלחה שלנו.