ביו-קונברג'נס

ביו-קונברג'נס (באנגלית: BioConvergence) הוא תחום מולטידיספלינרי במדעי החיים ומונח כולל לטכנולוגיות חדשניות, המשלבות בין דיסציפלינות מתחומי הביולוגיה עם תחומי ההנדסה השונים, וזאת לצורך מתן מענה לאתגרים שטרם נפתרו בתחומי הרפואה, חקלאות, מזון, אנרגיה וביטחון. מחקר של חברת הייעוץ מקינזי, צופה כי לפתרונות המפותחים כחלק מתחום הביוקונבר'גנס עשויה להיות השפעה כלכלית של עד 4 טריליון דולר לשנה במהלך 10 עד 20 השנים הבאות.בנוסף, טוען המחקר כי מחצית מההשפעה היא בתחום הבריאות והמחצית השנייה בתחומים כמו חקלאות, חקלאות ימית ומזון, מוצרי צריכה, פיתוח של חומרים חדשים ואנרגיה. ננו-רובוטיקה לשינוע תרופות (Drug Delivery): אחד האתגרים העיקריים היום בתחום התרופות הוא הצורך בהעברת התרופה בצורה יעילה ומדויקת יותר לאזור המחלה ולתאים ספציפיים. ננו-רובוטים המהונדסים ממערכות ביולוגיות (כמו DNA, תאים או חיידקים) לשינוע תרופות לתאי המטרה הם מערכות שינוע המסוגלות לאגור בתוכן תרופות וחומרים אחרים, להגיב לסביבה החיצונית כדי לזהות את האות לפריקת "מטען" התרופות, ולשחררו באופן מבוקר ברגע ובמיקום המתאימים. "איבר על שבב": מאפשרת לגדל רקמה אנושית בעלת פעילות מוגדרת של איבר מסוים (כליה – מסננת, לב – משאבה וכו') בסביבה נפרדת (שבב פלסטיק לדוגמה). ניתן לבחון על איבר זה את השפעותיה של תרופה חדשה, ועל ידי כך להאיץ את תהליכי הבדיקה של תרופות חדשות ולהוזיל את עלויות הבדיקה. מערכות מיקרו-פיזיולוגיות חדשניות אלה, המשלבות ידע עמוק בביולוגיה וביו-פארמה עם טכנולוגיות הנדסיות מתקדמות, מאפשרות לבצע ניסויים לתרופות חדשות. כבר מהשלבים הראשונים, הניסויים מותאמים לרקמה אנושית, המדמה טוב יותר את תהליך התפתחות המחלה בבני אדם. תהליך זה משפר בצורה ניכרת את היכולת לאתר תרופות יעילות ולהפחית בצורה משמעותית את השימוש בחיות מעבדה. יכולת זו חשובה מכיוון שמרבית התרופות שעוברות בהצלחה ניסויים בבעלי חיים – נכשלות בשלב הניסויים על בני אדם. רפואה רגנרטיבית (Regenerative Medicine) והדפסת איברים: בעידן הביו-קונברג'נס, טכנולוגיות חדשניות בהנדסת רקמות ישנו את הטיפול באיברים פגועים. תחום זה יהיה מבוסס על טכנולוגיות הדפסת תלת מימד (3D Tissues Bio Printing) שמאפשרות "לבנות" איברים חדשים ברזולוציה של תאים בודדים ובשילוב של ננו-חומרים חדשים. תחום זה משלב גם ייצור שתלים היברידים "חכמים", הבנויים מחומרים ביולוגיים ומרכיבים אלקטרוניים (Cyborg Tissue) המשתלבים עם הרקמות. טכנולוגיות אלה יאפשרו להחליף רקמות ואיברים פגועים ברקמות חדשות עם תכונות משופרות. ביו-סנסורים: אחד מאתגרי הבריאות הגדולים ביותר במאה ה-21 הוא צמצום השימוש באנטיביוטיקה, כדי להגביל את התפתחותם של חיידקים העמידים לאנטיביוטיקה. צמצום זה מחייב שיפור ביכולות האבחון בין זיהום חיידקי לוויראלי. חישה ביולוגית היא טכנולוגיה חדישה ומתפתחת, המשלבת ביו-טכנולוגיה עם ננו-טכנולוגיה. החישה הביולוגית משתמשת במולקולות ביולוגיות, כגון נוגדנים, אנזימים וחומצות גרעין ובחיידקים כדי לגלות ולזהות חומרים ספציפיים שונים. הביו-סנסורים הם מולקולות ביולוגיות מהונדסות גנטית שבהן נעשה איחוי בין חיישן לבין מערכת הדיווח. טכנולוגיה זו מאפשרת לייצר מרכיבי זיהוי עבור כל חומר כמעט, ופיתוחה מתקדם לכיוון סנסורים רגישים, ספציפיים, מהירים ויעילים יותר. אופטו-גנטיקה: טכנולוגיה חדשנית המשלבת הנדסה גנטית וטכנולוגיות מעולם הפיזיקה, כגון פולסים מהירים ומדויקים של אור ושימוש בסיבים אופטיים. מטרת האופטו-גנטיקה היא הפעלה ספציפית ומדויקת של רשתות נוירונים במוח באמצעות אור. חומרים "חיים" מהונדסים: חומרים מהונדסים המורכבים מתאים חיים היוצרים או מרכיבים את החומר עצמו או מווסתים את הביצועים התפקודיים של החומר. כך, לדוגמה, ניתן ליצור חומרים "חיים" (למכשור רפואי ולצרכים אחרים) שיש להם את מאפיינים של מערכות ביולוגיות: שכפול, ויסות וריפוי עצמי, היענות סביבתית וקיימות עצמית. ביו-אלקטרוניקה: תחום זה ממנף יכולות טכנולוגיות חדשות המאפשרות לשלב ביו-מולקולות עם אלקטרוניקה כדי לפתח מגוון רחב של מכשירים פונקציונליים. מיקרוביום לשימושי חקלאות: פיתוח של חומרים חדשים להגנה על יבול חקלאי ולשיפורו תוך שימוש בכלים חישוביים, בינה מלאכותית ומודיפיקציה של יצורים חיים בסביבה הטבעית. בשר מתורבת : פיתוח של תחליפי חלבון המבוססים על גידול תאים ממקור חי או מבוססים על חומרים אחרים ממקור חי . בשנים האחרונות ניכרת האצה בתחום המחקר הרב-תחומי המשלב הנדסה עם ביולוגיה, המקבלת ביטוי בהקמת מוסדות מחקר ומודלים חדשים במרכזים שונים בעולם. דוגמאות אפשר למצוא בארצות הברית כמו מכון WYSS באוניברסיטת הרווארד, מכון KOCH באוניברסיטת MIT, תוכניות BIO-X ו-Bio-Design שהוקמו באוניברסיטת סטנפורד, ומכון Weill Neurohub בתחום הנוירולוגיה בסן פרנסיסקו. מכונים אלה משלבים חוקרים ביולוגיים מתחומי מחקר שונים ביחד עם חוקרים מתחומי המתמטיקה, הפיזיקה, מדעי המחשב וההנדסה במטרה להאיץ פיתוח של טיפולים חדשניים. ב-2022 הקימה אוניברסיטת אוקינאווה ביפן מרכז מחקר וחדשנות בנושאי הביו-קונברג'נס. ב-2022 הכריזה מנכ"לית חברת Merck במסגרת דיון בפורום הכלכלי העולמי, שכותרתו "האם ביו-קונברג'נס הוא עתיד המדע", כי פיתוחי ביו-קונברג'נס הם המפתח לקידום תחום הרפואה מותאמת אישית. בשנת 2020, רשות החדשנות הכריזה על תחום הביו-קונברג'נס כעל תחום בעדיפות לאומית. באותה שנה חתם הבנק האירופי להשקעות (EIB) על הסכם שיתוף פעולה והסכם מימון בסך 50 מיליון אירו עם ישראל לפיתוח טיפולים לקורונה ולצרכים רפואיים ללא מענה. ב-2022 המועצה למחקר ופיתוח אזרחי (מולמו"פ) בישראל בחרה בביו-קונברג'נס כאחת מחמשת תחומי העדיפות הלאומית המדעיים-טכנולוגיים לחמש השנים הבאות. בחירת תחומי המיקוד הטכנולוגיים התבצעה על סמך מיפוי עמוק שבוצע ע”י ועדה בראשה עמדה פרופסור רבקה כרמי, עד 2018 נשיאת אוניברסיטת בן-גוריון. המיפוי בוצע באקדמיה, בתעשייה ובמרכזים הרפואיים. במאי 2022, פורום תל"מ (תשתיות לאומיות למו"פ) ורשות החדשנות הודיעו שישקיעו בתחום 1.2 מליאררד ש"ח ב-5 השנים הקרובות, על מנת להפוך את ישראל למובילה עולמית בתחום. התוכנית תתמקד בבניית תשתיות ופיתוח יכולות, כולל פיתוח הון אנושי, הקמת חברות הזנק, קידום מחקר יישומי, שיתופי פעולה בינלאומיים ועוד בתחומים בהן לישראל חוזקות והכוללים בין היתר תחומים כמו התקנים ביו-הנדסיים, ביו-הדפסה, הנדסת רקמות, מיקרוביום סביבתי, ביולוגיה סינתטית ועוד. במאי 2022, הכריזו אוניברסיטת בן-גוריון וסורוקה מרכז רפואי אוניברסיטאי, על שיתוף פעולה אסטרטגי לפיתוח טכנולוגיות רפואיות חדשות בתחום הביו-קונברג'נס. תוכנית הביו-קונברג'נס באתר רשות החדשנות What is Bioconvergence, Bico Does the future of science lie in 'Bioconvergence'?, World Economic Forum, January 2023 The Bio Revolution: Innovations transforming economies, societies, and our lives | McKinsey, www.mckinsey.com Nadav Noor, Assaf Shapira, Reuven Edri, Idan Gal, 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts, Advanced Science 6, 2019, עמ' 1900344 doi: 10.1002/advs.201900344 מכון WYSS מכון KOCH BIO-X Bio-Design Weill Neurohub New Center of Innovation at OIST, EurekAlert! World Economic Forum, What are the biggest healthcare shifts we’ll see in 2022? Here’s what health experts think, The European Sting - Critical News & Insights on European Politics, Economy, Foreign Affairs, Business & Technology - europeansting.com, ‏2022-01-18 What is 'bioconvergence' and is it the future of science?, World Economic Forum, ‏2023-01-04 ביו-קונברג'נס באתר רשות החדשנות הבנק האירופי להשקעות (EIB) חותם על הסכם שיתוף פעולה עם רשות החדשנות והסכם מימון בסך 50 מיליון אירו עם פלוריסטם לפיתוח טיפולים ל-COVID-19 ולצרכים רפואיים ללא מענה | EEAS, באתר www.eeas.europa.eu יוסי הטוני, מהם תחומי העדיפות הלאומיים במדע וטכנולוגיה של ישראל? -, באתר אנשים ומחשבים - פורטל חדשות היי-טק, מיחשוב, טלקום, טכנולוגיות, ‏2022-09-04 וינרב, גלי (2022-05-10). "המדינה תשקיע כ-1.2 מיליארד שקל בטכנולוגיה עתידנית בשילוב ביולוגיה". Globes. נבדק ב-2023-07-27. אבי בליזובסקי, 2 מיליארד ש"ח יושקעו במיזמי Bio-Convergence בישראל, באתר הידען, ‏2022-05-14 שיתוף פעולה בתחום ביו-קונברג'נס | סורוקה מרכז רפואי אוניברסיטאי, באתר hospitals.clalit.co.il