שיטת החישוב החדשה שפיתחו המדענים מוסיפה נדבך חשוב לחקר ההתפתחות של מערכת השמש ומערכות אחרות במרחבי הגלקסיה
מחקרים
RESEARCH
מה מעניין אותך?
מחקר
26.03.2015
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב וממכון ויצמן פיצחו את החידה המדעית הסבוכה: מהו אורך
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
מהו אורכה של היממה על כוכב הלכת שבתאי? לכאורה מדובר בשאלה בסיסית בחקר החלל: עבור מרבית כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו, אורך היממה הוא נתון פיזיקלי ברור וחד משמעי, המוכר היטב למדע המודרני. אך מסתבר שבשבתאי המצב שונה. אפילו היום, בשנת 2015, אין בידי המדענים מידע ודאי וסופי בנוגע לזמן הסיבוב העצמי – שהוא אורך היממה – של כוכב לכת זה. כעת פיתח צוות של מדענים צעירים מאוניברסיטת תל-אביב וממכון וייצמן שיטת חישוב חדשה, העשויה להניב סוף סוף פתרון מדויק לחידה זו, ואף להוות מפתח לתעלומות נוספות במערכת השמש שלנו וברחבי הגלקסיה.
המחקר בוצע על ידי ד"ר רוית חלד, חוקרת מדעים פלנטריים בחוג למדעי כדור הארץ של אוניברסיטת תל-אביב, בשיתוף עם ד"ר אלי גלנטי וד"ר יוחאי כספי ממכון ויצמן למדע, והתפרסם בכתב העת Nature.
ענק גזים מכוסה עננים
"שבתאי הוא כוכב לכת מסוג ענק גזים - פלנטה העשויה כולה מגזים, בעיקר מימן והליום," מסבירה מובילת המחקר ד"ר חלד, המעורבת במשימות חלל של נאס"א ושל סוכנות החלל האירופית - בהן חלליות המחקר 'קאסיני' הסובבת במסלול סביב שבתאי, 'ג'ונו' שתגיע לכוכב הלכת צדק בשנת 2016, ו-JUICE שתחקור את צדק וירחיו בעשור הבא. "מכיוון ששבתאי עשוי גזים, אין לו פני שטח יציבים, ולכן לא ניתן לקבוע את זמן הסיבוב שלו בשיטה המקובלת עבור כוכבי לכת מוצקים: בחירת סימן מזהה על פני השטח, ומדידת הזמן החולף עד שהוא נצפה שנית. בנוסף, ענקי הגזים מכוסים תמיד בשכבת עננים, המקשה עוד יותר את מלאכת המדידה."
לנוכח הקושי ניסו מדענים במהלך השנים להעריך את אורך היממה על שבתאי בשיטות שונות, שהתבססו על מגוון תופעות הניתנות לצפייה ולמדידה - כמו השדה המגנטי, קרינת גלי רדיו, עננים ורוחות. אך תוצאותיהם של מחקרים אלה לא היו אחידות. הפערים בין ההערכות השונות הגיעו עד ל-15 דקות - פרק זמן משמעותי במונחים של חקר מערכת השמש, והוויכוח המדעי נמשך.
הוויכוח המדעי התחדש
"ב-1977 שיגרה נאס"א את החללית וויאג'ר 2, שהביאה לנו מידע רב ערך על ארבעת כוכבי הלכת החיצוניים של מערכת השמש שלנו – שבתאי, צדק, אוראנוס ונפטון," מספרת ד"ר חלד. "על פי תצפיות וויאג'ר 2 נקבע כי זמן הסיבוב של שבתאי הוא 10 שעות, 39 דקות ו-22 שניות, ונתון זה נחשב לאמין במשך כ-30 שנה. כך היה עד שמדידות מהחללית קאסיני, שנכנסה למסלול סביב שבתאי ב-2004, הראו כי שיטת המדידה ששימשה את וויאג'ר 2 לא שיקפה למעשה את זמן הסיבוב של כוכב הלכת. חידת אורך היממה של שבתאי נפתחה מחדש."
ד"ר חלד ועמיתיה בחרו לתקוף את השאלה באמצעות שיטת חישוב המכונה 'אופטימיזציה סטטיסטית', שבעזרתה העריכו את מהירות הסיבוב של כוכב הלכת על ידי קישור לשדה הגרביטציה שלו, דחיסות החומר וצורתו הפחוסה. בדרך זו הם חישבו זמן סיבוב המתאים באופן מיטבי למידע הקיים: 10 שעות, 32 דקות ו-45 שניות. כדי לבחון את אמינות שיטתם, חישבו החוקרים באמצעותה גם את זמן הסיבוב של צדק, המוכר היטב למדע - והגיעו לתוצאה הנכונה.
"לממצאים שלנו יש משמעות נרחבת, הרבה מעבר למציאת פתרון לחידה מעניינת", מסבירה ד"ר חלד. "ראשית, זמן הסיבוב משפיע מאוד על הרוחות ועל מזג האוויר השורר בכוכב הלכת שבתאי. ואולי חשוב מכך: במחקר קודם מצאנו כי להפרש של 7 דקות בזמן הסיבוב יש השלכות מרחיקות לכת על חקר המבנה הפנימי של כוכב הלכת. מהמבנה הפנימי ניתן להסיק מסקנות חשובות על אופן היווצרותו של שבתאי בפרט, וענקי גזים בכלל, ועל התנאים ששררו סביבו בעת שנוצר, בערפילית היצירה של מערכת השמש. המידע הזה, בתורו, מוסיף נדבך חשוב לחקר ההתפתחות של מערכת השמש שלנו ומערכות אחרות במרחבי הגלקסיה."
במחקריהם הבאים יבקשו ד"ר חלד ושותפיה ליישם את הגישה החדשנית שפיתחו על ענקי גזים נוספים במערכת השמש – בעיקר אורנוס ונפטון, ואף להיעזר בה בחקר כוכבי לכת של שמשות אחרות.
מחקר
22.03.2015
חוקרים מצאו את שומן בעלי החיים הקדום ביותר שהתגלה עד כה על כלי צור בני חצי
התגלית מציגה לראשונה עדויות ישירות וחד-משמעיות לגבי השימוש בכלי צור לחיתוך בשר שגילם לפחות חצי מיליון שנים
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב מצאו שרידי שומן של בעלי חיים על כלי צור בני כחצי מיליון שנה - העדות הישירה הקדומה ביותר בעולם לשימוש בכלי צור קדומים לביתור בעלי חיים. שרידי השומן נמצאו על שני כלים באתר מחצבת רבדים, ומהווים עדות חד משמעית ראשונה לכך שתפקידם העיקרי של כלי הצור הללו היה חיתוך בשר.
לתגלית אחראים נטשה סולודנקו, תלמידת מחקר לתואר שלישי בחוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל-אביב, ופרופ' רן ברקאי, ראש החוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל-אביב. החוקרים הישראלים שיתפו פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת רומא שבאיטליה: פרופ' כריסטינה למוריני, פרופ' סטלה סזרו ותלמיד הדוקטורט אנדראה זופנציץ. התגלית התפרסמה השבוע בכתב העת PLoS One.
האתר מחצבת רבדים נמצא מזרחית לצומת ראם. האתר נחשף בשנת 1996, במהלך הרחבת מחצבת רבדים. מאז נערכו במקום חפירות על ידי רשות העתיקות, במהלכן התגלה אתר גדול ועשיר בכלי צור ובעצמות בעלי חיים מהתקופה הפליאוליתית התחתונה - כלומר לפני כחצי מיליון שנה. את האתר אכלס ככל הנראה ההומו ארקטוס, מין קדום של אדם אפריקאי במקורו, שחי גם באזור שלנו. ההומו ארקטוס הוא האב הקדמון של בני האדם המודרניים ושל בני האדם הנאנדרתליים.
האבות הקדמונים שלנו
"האתר הזה מייצג שלב מאוד משמעותי בהיסטוריה של המין האנושי - התרבות האשלית", מסביר פרופ' ברקאי. "זוהי תרבות ארכיאולוגית שהתקיימה במשך כשני מיליון שנה, בכל יבשות העולם העתיק, ועברה מן העולם בסך הכל לפני כמאתיים אלף שנה. אלה האבות הקדמונים הישירים שלנו, בני האדם המודרניים. בתקופה הזאת התעצבו לא מעט מההתנהגויות ומהמאפיינים שלנו, כגון הגידול בנפח המוח, השימוש בכלים ואכילת הבשר".
התרבות האשלית ייצרה כלי צור ייחודיים המכונים אבני יד, אשר יוצרו שוב ושוב, במשך כשני מיליון שנה, בכל רחבי העולם. לגבי שימושם של כלים אלה קיים ויכוח מתמשך, שכן אלו כלים מרשימים, סימטריים ואסתטיים מאוד יחסית לכלי עבודה. חלקם הגדול אפילו יוצר לפי פרופורציות "יחס הזהב".
כלים מושקעים לחיתוך בשר
"אלה כלים אניגמטיים מאוד", אומר פרופ' ברקאי. "ברור שהשקיעו בהם מאמץ עודף, עכשיו השאלה היא למה. הדעות לגבי השימוש בכלים האלה חלוקות באופן מעורר השתאות. יש חוקרים, למשל, שסבורים שהכלים שימשו כאינדיקציה לברירה זוויגית, כחלק מעיקרון ההכבדה באבולוציה: ההומו ארקטוס השקיע את מרצו בהכנת הכלים כדי להוכיח לנקבות שיש לו גנים טובים. אנחנו לא פוסלים הצעות כאלה ואחרות, אבל עכשיו יש בידינו הוכחה חד-משמעית לכך שהכלים שימשו, בראש ובראשונה, לחיתוך ולביתור בעלי חיים".
באתרים האשליים ארכיאולוגים מוצאים בדרך כלל כלי צור לצד עצמות בעלי חיים מבותרות ומנופצות - לכן נראה שהאשם העיקרי הם כלי הצור, אבל עד כה לא היתה כל עדות ישירה לשימוש בכלי הצור לחיתוך בעלי חיים. הממצאים של פרופ' ברקאי וצוותו מאתר רבדים הם העדות הישירה הראשונה בעולם לאופן השימוש בכלי הצור הללו בביתור בעלי חיים.
שומן של פיל
"רבדים הוא אתר גדול במצב שימור יוצא דופן", אומר פרופ' ברקאי. "אנחנו מעריכים שחלקים מהאתר התכסו באדמה זמן קצר לאחר שבני האדם הקדומים עזבו את המקום. כך, למשל, מצאנו באתר צלע של פיל, ועליה סימני חיתוך של כלי צור, שזה ממצא נדיר למדי - למצוא חיתוך שהתבצע לפני חצי מיליון שנה, במיוחד על עצמות של פילים. אבל התגלית הגדולה באמת היתה שני כלים שמצאנו סמוך לצלע הפיל המבותרת, שני כלים טיפוסיים מתוך המון כלים באתר הזה ובאתרים אשליים בכלל - אבן יד דו-פנית ומקרצף".
על שני כלי הצור מצאו פרופ' ברקאי וצוותו סימני שימוש - עניין נדיר על כלים בני חצי מיליון שנה. סדרה של בדיקות מיקרוסקופיות איששה שהקצה הפעיל של הכלים נשרט בעקבות העבודה, ואילו במכשיר ספקטרוסקופיית "פורייה" (FTIR) נמצאו על הכלים שיירים אורגניים של ממש.
"בעבר נמצאו שיירים אורגניים, אבל לא שיירי שומן. זה השומן העתיק ביותר בעולם", אומר פרופ' ברקאי, "והוא מהווה עדות ברורה לכך שהכלים האלה שימשו קודם כל לניצול בעלי חיים - מה שמחזק את הטענה שלנו שאלה היו כלים מרכזיים בחיי ההומו ארקטוס, ומחליש את הטענה הנגדית לפיה מדובר בתרבות שקפאה על שמריה והמשיכה בייצור אוטומטי של כלים. ההומו ארקטוס ייצרו את הכלים האלה במשך כל כך הרבה זמן פשוט כי הם היו שימושיים להם - וכאן אנחנו מראים למה.
מדובר בתגלית פורצת דרך, המציגה לראשונה בהיסטוריה של המחקר עדויות ישירות וחד-משמעיות לגבי השימוש בכלי צור שגילם לפחות חצי מיליון שנים. מבחינה מחקרית מדובר בסגירת מעגל: סוף סוף הוכח הקשר בין העצמות לכלים. האשלים, אגב, ייצרו העתקים של כלי הצור שלהם גם מעצמות של פילים. והנה, גם באתר ברבדים יש העתק של כלי צור שיוצר מעצם של פיל – ואנחנו יכולים רק להניח שמדובר באותו פיל ובאותה עצם שבותרו באמצעות אבן יד מאבן".
מחקר
03.03.2015
חוקרים גילו עקרונות אוניברסאליים העומדים בבסיס הארגון הגנומי
הממצאים החדשים יסייעו לשפר את השיטות להבנת הארגון המרחבי של גנומים
- הנדסה
- טכנולוגיה
בשנים האחרונות אחת השאלות הביולוגיות הנחקרות ביותר נוגעת לגורמים הקובעים את ארגון הגנים בתוך הגנום. במקרה של חיידקים ויצורים פרוקריוטים אחרים, קיים סדר וארגון המוכר היטב בספרות, אשר בא לידי ביטוי בצברים של גנים, המכונים אופרונים (Operons) וכוללים לרוב כמה גנים בעלי קשר תפקודי ביניהם. הגנים המקובצים באופרון יכולים, למשל, לקודד מספר חלבונים המשתתפים באותו תהליך (כגון פירוק של סוכר הלקטוז), ועל כן הם נתונים לבקרה משותפת כיחידה אחת. לעומת זאת, בגנומים של יצורים איקריוטים-עילאיים כגון בני-האדם, צברים פשוטים מסוג זה הם נדירים יחסית, והעקרונות של ארגון הגנום האיקריוטי נותרו מעורפלים במשך השנים.
כאשר נלקח בחשבון הקיפול התלת-ממדי של כרומוזומים, גנים הממוקמים רחוק זה מזה על רצף הדנ"א של אותו כרומוזום, או אף נמצאים על שני כרומוזומים שונים, עשויים להימצא קרובים זה לזה בגרעין התא. בזכות טכנולוגיות מדידה חדישות מן העשור האחרון, הצליח חֵקֶר הארגון התלת-ממדי של גנומים ביצורים איקריוטים, לעומת הארגון החד-ממדי, להביא ראיות לכך שארגון זה אינו אקראי ושיש לו חלק בתהליכי בקרה בתא. עם זאת, טרם הובנו המנגנונים הקובעים את הארגון המקיף של הגנום.
תבניות אוניברסיליות בגנום
לאחרונה, צוות מדענים בראשות ד"ר תמיר טולר מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל-אביב, שכלל את הדוקטורנט אלון דיאמנט מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל-אביב ואת פרופ' רון פינטר מהפקולטה למדעי המחשב בטכניון, חשפו עקרונות אוניברסאליים העומדים בבסיס הארגון הגנומי באיקריוטים. במחקר שפורסם בכתב העת Nature Communications, מציגים החוקרים תבניות בארגון התלת-ממדי של גנומים, המעידות על קשר חזק בין מיקומם של גנים לבין קשרי הגומלין התפקודיים ביניהם.
באמצעות ניתוח חישובי של נתונים ניסיוניים, הצליחו החוקרים להראות שמרחקים בין גנים במרחב גרעין התא תואמים למרחקים במרחב מתמטי המתאר את הפונקציונאליות של גנים. כלומר, גנים אשר יש ביניהם דמיון רב מבחינת התפקיד שלהם בתא צפויים להימצא קרובים בגרעין התא, ולהיפך – גנים אשר שונים מאוד זה מזה צפויים להימצא רחוקים. הניתוח המקיף כלל לראשונה את כל הגנים הידועים בחמישה גנומים איקריוטיים שונים, בהם אדם, עכבר, צמח ושני מיני שמרים, אשר מדידות של קיפול הדנ"א שלהם תועדו בשנים האחרונות. האנליזה כללה אלפי עד עשרות אלפי גנים בכל אחד מהיצורים. בכל המקרים נמצאה מידה מפתיעה של סדר וארגון בגנומים שנבדקו, ובהתאם לעקרונות זהים.
גנים קרובים-רחוקים
אחד האתגרים המרכזיים במחקר היה הגדרת ומדידת המרחק הפונקציונאלי בין גנים – כלומר, כיצד אפשר למדוד עד כמה זוגות של גנים דומים מבחינת התפקיד שלהם בתא. הגדרת מרחק זה היא שאפשרה את ההקבלה בין מרחקים עבור כל זוג גנים (שנמדדו בניסוי) במרחב הפיזי של התא מחד, לבין מרחקים במרחב הפונקציונאלי מאידך. לשם כך, הציעו החוקרים גישה חדשה המתבססת על השוואת רצפי הדנ"א של גנים שונים, והראו שאמת המידה שהציעו למדידת הדמיון בין הרצפים אכן מקבילה לדמיון בפונקציה של גנים בתא, על-סמך המידע שנאסף עד עתה במאגרי נתונים ביולוגיים.
הקריטריון להשוואת רצפי דנ"א מתבסס על תכונות של הקוד הגנטי, המשותף לכלל היצורים החיים. רצפי דנ"א מורכבים מ-4 סוגי נוקלאוטידים (Nucleotides), הניתנים להקבלה לאותיות בשפת אנוש. מאותיות הנוקלאוטידים ניתן להרכיב "מילים" שונות המכונות קודונים (Codons) – כל קודון מְקוֹדֵד חומצת אמינו אחת בחלבון, וכל רצף קודונים כאלה מתורגם לשרשרת חומצות המרכיבות חלבון שלם. אחת התכונות המעניינות של הקוד הגנטי, היא שניתן לקודד חלבונים הזהים בהרכבם ובתכונותיהם ע"י צירופי קודונים שונים, ומספר גדול מאוד של רצפים אפשריים יכולים לקודד את אותו חלבון. מבין הצירופים האפשריים הרבים, ניתן לראות לעתים קרובות העדפה לקידוד באמצעות קודונים מסוימים בגן (או אף באזור מסוים בתוכו), שתתבטא בשכיחות גבוהה יותר שלהם ברצף. השוואת השכיחות של הופעת קודונים ברצפים של גנים שונים – "אוצר המלים" של הגנים – אפשרה לחוקרים להגדיר את המרחק הפונקציונאלי המוצע במחקר.
חיזוי והבנת תפקידי הגנים
הממצאים האחרונים שופכים אור על עקרונות הארגון הגנומי ביצורים איקריוטיים ומעוררים תקווה לגבי יישומם במחקרים עתידיים, על מנת לשפר את השיטות להבנת הארגון המרחבי של גנומים, למשל בבניית מודלים תלת-ממדיים מדויקים יותר מן הנתונים הניסיוניים. הממצאים גם מאפשרים בניית מודלים של האבולוציה של הגנום ושל ארגונו ע"י ניתוח מספר מינים במקביל. נוסף על כך, ניתן ליישם את הגישה שהוצעה לצורך חיזוי והבנה של תפקידיהם של גנים, של אופן הביטוי שלהם ושל האבולוציה של תפקודם. בעתיד, ניתן לשער שהנדסה של גנומים תחייב התחשבות בהיבטים הנוגעים לארגון המרחבי שלהם, אשר יש לו חלק חיוני בבקרה על תהליכים בתא.
מחקר
26.02.2015
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב פיתחו טיפול חדשני לעצירת התפשטותם של גידולים סרטניים
המחקר החדש מציע תקווה לעשרות אלפי החולים מדי שנה במחלה הקשה וחשוכת-המרפא
- רפואה
- רפואה ומדעי החיים
גליובלסטומה רב-צורנית (Glioblastoma multiforme) הינה הגידול בעל דרגת הממאירות הגבוהה ביותר, ומהווה כ-50% מכלל הגליומות. זהו סוג הסרטן האלים וההרסני ביותר במוח, ואין לו כיום שום טיפול אפקטיבי. המחלה היא אלימה וסופנית, כאשר רוב החולים בה שורדים רק חצי שנה עד שנה וחצי מגילוי המחלה.
מחקר חדש מאוניברסיטת תל-אביב מציע תקווה לעשרות אלפי החולים מדי שנה במחלה הקשה וחשוכת-המרפא. את המחקר ערך פרופ' דן פאר מהמחלקה לחקר התא ולאימונולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס. וייז ומהמחלקה למדע והנדסת חומרים בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן באוניברסיטת תל-אביב, יחד עם ד"ר צבי כהן, מנהל יחידת הנוירוכירורגיה האונקולוגית במרכז הרפואי שיבא בתל השומר. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת ACS Nano.
גישה טיפולית מחוץ לקופסא
ד"ר כהן מהמרכז הרפואי שיבא הוביל מספר מחקרים קליניים שנערכו לאורך השנים בחולי גליומה. במחקרים אלה, טיפולים ניסיוניים ניתנו לרקמות הסרטניות או לרקמות הבריאות לאחר הסרת הגידול. "לצערנו, גם הטיפולים החדשניים ביותר בתחום, כגון טיפול גני, טיפול ברעלני חיידקים, וטיפול בגלי קול של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה – לא הצליחו לבלום את גידולי המוח העיקשים", אומר ד"ר כהן. "הבנתי שדרושה פה מחשבה מחוץ לקופסא. כאשר שמעתי על העבודה של פרופ' פאר בתחום הננו-רפואה והסרטן, ידעתי שמצאתי גישה חדשה לטיפול בסרטן זה: גישה שמשלבת בין ננו-טכנולוגיה וביולוגיה מולקולרית".
פרופ' פאר נודע כמפתחם של נשאי-תרופות בממדים של מיליארדית המטר, ננו-חלקיקים שנושאים תרופות חדשות מעולם חומצות הגרעין, כגון siRNAs)) small interfering RNAs, מולקולות המסוגלות לחסום ייצור של חלבונים פגומים בתאים חולים. במקום להשתמש בכימותרפיה, החלקיקים של פרופ' פאר מכילים חומצות גרעין קצרות, שמשתקות את הפונקציה של החלבון האחראי לחלוקת התאים הסרטניים.
"בניגוד לכימותרפיה, שלא יודעת להבחין בין תאים סרטניים לתאים בריאים, הננו-חלקיקים שלנו מצוידים במעין GPS", מסביר פרופ' פאר. "בעצם, מדובר בחלקיק זעיר שנקשר לתא הסרטני, ולאחר מכן שופך מתוכו חומצות גרעין קצרות שחוסמות ביטוי של חלבונים בתא הסרטני. החלקיקים שלנו הם קצת כמו סוס טרויאני: הם עטופים בסוכר מסוים שהתא הסרטני זקוק לו כדי לייצר גרורות נוספות, וכך הוא יודע לאיזה תא להיקשר ולאיזה תא לא להיקשר".
תוצאות מבטיחות
פרופ' פאר וצוותו ניסו את אותם ננו-חלקיקים על עכברי מעבדה עם גליובלסטומה רב-צורנית, כאשר קבוצת הביקורת זכתה לטיפול כימותרפי רגיל. תוצאות הניסוי היו לא פחות ממדהימות: 100 ימים לאחר קבלת טיפול בן 4 זריקות בלבד, שניתנו לאורך 30 ימים, 60% מהעכברים חולי הגליומה נותרו בחיים. זהו שיפור אדיר בתוחלת החיים של העכברים, שחיים בדרך כלל כשנתיים בלבד. העכברים בקבוצת הבקרה מתו לאחר 30-34 יום לאחר תחילת הטיפול הכימותרפי. המחקר הזה מהווה קרש קפיצה נוסף בשימוש בחומצות גרעין קצרות ממשפחת ה-RNA כמטרות תרופתיות חדשות.
"תאים סרטניים מתחלקים ללא הרף, ומה שמבקר את החלוקה הזאת הוא סט של חלבונים", אומר פרופ' פאר. "חשבנו שאם נצליח לשתק את הגן שאחראי על יצירת אחד מהחלבונים הללו, התאים הסרטניים פשוט לא ישרדו. מדובר במנגנון פשוט ואלגנטי, שאינו רעיל כמו כימותרפיה. החלבון הזה מתבטא בכמות נמוכה מאוד בתאים בריאים, כך שהטיפול שלנו לא פוגע ברקמות הרגילות".
התרגום של מערכות מתוחכמות אלה לניסויים בחולים הוא לא טריוויאלי, אך פרופ' פאר וד"ר כהן בטוחים כי בטווח-זמן קצר יחסית נראה יותר מולקולות חדשות מעולם ה-RNA בניסויים קליניים בבני אדם, והתקווה היא שבשנים הקרובות יגדל משמעותית ארסנל התרופות העומד בפני הרופאים – לא רק בתחום סרטני המוח, אלא במגוון רחב של מחלות.
מחקר
23.02.2015
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב הצליחו ליצור גביש פוטוני שמאפשר שליטה חסרת תקדים באור
פריצת דרך בתחום הנדסת החומרים: החוקרים הצליחו לשלוט בתדרי אור באמצעות מטא-חומרים לא-לינאריים
- הנדסה
- טכנולוגיה
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב הצליחו להנדס חומר לא-לינארי חדש, שמאפשר שליטה חסרת תקדים בתדרים של אור. את החומר החדש פיתחו נדב סגל, שי קרן-צור, נטע הנדלר וד"ר טל אלנבוגן מהמחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית בבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש פליישמן. המסטרנט נדב סגל קיבל על המחקר את הפרס על שם משפחת פדר על עבודת מחקר מצטיינת בתחום טכנולוגיות התקשורת, ואילו הדוקטורנט שי קרן-צור קיבל את מלגת המרכז לאנרגיה מתחדשת באוניברסיטת תל-אביב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Nature Photonics.
אור בתדרים חדשים
"חומרים אופטיים לא-לינאריים", מסביר ד"ר אלנבוגן, "הם חומרים המגיבים לאור באופן שאינו עומד ביחס ישר לשדה האלקטרומגנטי של האור. במילים אחרות, כאשר קרני האור עוברות דרך חומרים אלה, נוצר בהם אור בתדרים חדשים. לכן חומרים אופטיים לא-לינאריים הם הבסיס לטכנולוגיות עתידיות המבוססות על שליטה באור, כגון טכנולוגיות מחשוב אופטי".
מאלקטרוניקה לעיבוד אותות אופטיים
"העולם עובר היום מאלקטרוניקה, כלומר מעיבוד של אותות אלקטרוניים, לעיבוד של אותות אופטיים", אומר ד"ר אלנבוגן. "למשל, כל המידע שעובר עכשיו באינטרנט בסיבים אופטיים מגיע ליחידות קצה אלקטרוניות, ושם עובר עיבוד לאות אלקטרוני. כך גם במחשבים: כל עיבוד של אות הוא עיבוד אלקטרוני. יש אינטרס אדיר לעבור בהרבה מערכות לעיבוד אותות אופטי, כי הוא גם חוסך באנרגיה וגם הרבה יותר מהיר".
כדי לעבור מעיבוד של אותות אלקטרוניים לעיבוד של אותות אופטיים, יש צורך לפתח רכיבים אופטיים אקטיביים בסקלה ננו-מטרית שיוכלו לתפקד כאבני הבסיס לטכנולוגיה החדשה. הרכיבים האלה צריכים להיות מסוגלים לשלוט באור. בזכות ההתקדמות העצומה של הננוטכנולוגיה, אפשר היום ליצור מבנים ננומטריים מחומרים שונים ולנסות למצוא פתרון לאתגר הטכנולוגי הזה.
יצירת חומרים עם תכונות חדשות
"בעזרת ננו-מבנים אלו אנחנו יוצרים חומרים עם תכונות אופטיות חדשות", אומר ד"ר אלנבוגן. "הם נקראים לפעמים מטא-חומרים כי יש להם תכונות שאין לחומרים בטבע. בשנים האחרונות התחילו לייצר גם מטא-חומרים לא-לינאריים הפותחים אפשרויות חדשות לשליטה באור".
"כשאנחנו מדברים על אור", מסביר שי קרן-צור, כל התכונות של חומרים רגילים, וכן של מטא-חומרים, כגון החזרה, בליעה וכו' – כל התכונות הללו עדיין משאירות את תדר האור כמו שהוא. אף תכונה לינארית לא מסוגלת לשנות את התדר". חומרים לא-ליניאריים מאפשרים הכפלה של תדר אור, וכן חיבור תדרים שונים. שני פוטונים שעוברים בחומר לא-לינארי באים באינטראקציה אחד עם השני, כך שניתן לשלוט בפוטון האחד בעזרת הפוטון האחר.
"לאחרונה הדגימו שניתן לייצר מטא-חומרים אופטיים לא-לינאריים שבנויים מננו-אנטנות אופטיות", אומר ד"ר אלנבוגן. "במחקר שלנו הדגמנו שאם מסדרים את הננו-אנטנות בסדר מסוים, אז המטא-חומר מתנהג כמו גביש אור, מה שנותן לנו את האפשרות לשלוט באור שנפלט מהגביש – גם בכיוון שלו וגם בפאזה שלו. זה בעצם לא שונה ממתגים אלקטרוניים, אלא שהם פועלים על אור. לשליטה הזאת באור יש אפליקציות רבות. לכן חברות-ענק כמו IBM ואינטל שופכות היום הרבה מאוד כסף על תחום הננו-פוטוניקה".
אנחנו לא המצאנו את תחום המטא-חומרים הלא-לינאריים", מסביר נדב סגל, "אבל אנחנו הראנו איך אפשר לשלוט באור שיוצא משם - איך יוצרים גביש פוטוני שמאפשר שליטה חסרת תקדים באור".
"אחרי שראינו שהרעיון שלנו עובד בתיאוריה, התחלנו לייצר את החומר עצמו, ממש פה במרכז הננו של אוניברסיטת תל-אביב", אומר שי קרן-צור.
פיתוח החומר החדש ארך שנתיים, ובסופו הינדסו החוקרים דגם של גביש אור לא-לינארי, שמורכב מיחידות בסיסיות של זהב בגודל של 180 על 180 ננו-מטרים. החוקרים מאמינים שבעתיד ישתמשו בחומר החדש על מנת ליצור שלל של מוצרים לתעשיית האלקטרוניקה והמחשבים, כגון מתגים אופטיים, ממירי תדר של לייזרים ומגברי אור. עתה הם מתכוונים לחקור את מלוא האפשרויות של הרכיב החדש, כמו חיבור וחיסור של תדרים.
מחקר
05.02.2015
מדוע בנים לוקים באוטיזם יותר מבנות?
מחקר באוניברסיטת תל-אביב חושף קשר בין גן חיוני מוכר לבין הבדלים בין המינים בנטייה להפרעות שמקורן במוח כגון אוטיזם ואלצהיימר
- מוח
- רפואה ומדעי החיים
מחקר חדש שנערך באוניברסיטת תל-אביב חשף כי הגן ADNP, החיוני להתפתחות המוח, משפיע באופן שונה על המוחות של שני המינים. בפרט, נמצא כי בקרת ה-ADNP על שני גנים - האחד קשור לסוג מסוים של אוטיזם, והאחר מוכר כגורם הסיכון העיקרי למחלת אלצהיימר - שונה בזכרים ובנקבות. החוקרים מעריכים כי ייתכן שזוהי תחילת הדרך להבנתן של שתי סוגיות מטרידות, המעסיקות חוקרים בכל העולם: מדוע בנים לוקים באוטיזם בשיעור גבוה פי 3 מבנות, ומדוע אחוז הנשים בקרב חולי האלצהיימר גבוה מאחוז הגברים.
המחקר נערך על ידי קבוצה בראשותה של פרופ' אילנה גוזס - מופקדת הקתדרה על שם לילי ואברהם גילדור לחקר גורמי גידול ומנהלת המעבדה ע"ש אלטון לנוירואנדוקרינולוגיה מולקולרית בפקולטה לרפואה של אוניברסיטת תל-אביב, וחברת סגל במרכז אדמס לחקר המוח ובבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטה. לדברי פרופ' גוזס, "מדובר בקצה חוט חשוב בדרך לפיענוח המנגנונים הגורמים לפתולוגיות במוח בכלל, ולהבדלים בין המינים בפרט. אנו מאמינים כי הממצאים שלנו, והמחקרים שיבואו בעקבותיהם, עשויים לסלול דרך לפיתוח תרופות שיסייעו למיליונים רבים בכל העולם." המחקר פורסם בפברואר 2015 בכתב העת Translational Psychiatry.
הגן ADNP - מפתח לפתרון החידה?
"לפני כ-15 שנה גילינו במעבדה שלי גן חדש, שקראנו לו ADNP," אומרת פרופ' גוזס. "הגן הזה אחראי על ייצורו של חלבון שנקרא אף הוא ADNP, שהוא חיוני להתפתחות המוח אצל העובר. בהמשך מצאנו כי ל-ADNP יש ביטוי משמעותי באזור ההיפוקמפוס של המוח, הקשור באופן הדוק לכישורי זיכרון ולמידה. מחקרים נוספים העלו כי ה-ADNP אחראי, בין היתר, על בקרה של שני גנים אחרים המתבטאים אף הם בהיפוקמפוס: גן הנחשב לגורם סיכון עיקרי לאלצהיימר, וגן מרכזי שנמצא קשור ישירות לסוג מסוים של אוטיזם. (עם זאת, חשוב לציין שקיים מכלול גדול של גנים-חלבונים המבקרים את האוטיזם ואת מחלת אלצהיימר)."
במחקרם בחרו פרופ' גוזס וקבוצתה לחקור שאלות חדשות ומרתקות: האם קיים הבדל בין המוח הנקבי למוח הזכרי - בכל הנוגע לנוכחותו ולהשפעתו של ה-ADNP? והאם הבדלים כאלה עשויים להסביר את הפער בין המינים בנטייה לאלצהיימר ולאוטיזם? החוקרים בדקו מודלים של עכברים, וכבר בתחילת המחקר מצאו כי בהיפוקמפוס של עכברים בריאים יש כמות גדולה יותר של החלבון ADNP, בהשוואה לנקבות. "כשבדקנו מוחות של בני אדם בניתוחים שלאחר המוות, הגענו לממצאים דומים" מספרת פרופ' גוזס.
בהמשך בחנו החוקרים את השפעתו של ה-ADNP בהיפוקמפוס על שני הגנים החשובים שהוא מבקר, הקשורים לאוטיזם ולאלצהיימר בהתאמה. הממצאים הראו שחסר ב-ADNP גורם לביטוי גבוה יותר של הגן לאלצהיימר אצל נקבות, ולעומת זאת, מגביר את ביטויו של הגן הקשור לאוטיזם אצל זכרים. המסקנה: ייתכן בהחלט שהגן ADNP הוא אחד הגורמים להבדלים הידועים בין המינים בנטייה לשתי ההפרעות.
פגיעה בלמידה ובזיכרון החברתי
כדי להבין טוב יותר את השפעת ה-ADNP על שני המינים, בדקו החוקרים גם את התנהגותם של העכברים. באמצעות שיטות של הנדסה גנטית הם יצרו עכברים עם חסר ב-ADNP, וחשפו אותם למגוון משימות קוגניטיביות ומצבים חברתיים. המחקר העלה כי החסר אכן משפיע באופן שונה על תפקודם והתנהגותם של זכרים ונקבות. אצל הזכרים נצפתה פגיעה קשה יותר - בעיקר ביכולות של למידה, זיכרון וזיכרון חברתי, והם התקשו לזהות עצמים חדשים ועכברים אחרים. הנקבות, לעומת זאת, הראו רק פגיעה מסוימת בזיכרון החברתי, בהשוואה לנקבות עם ביטוי תקין של ADNP. עם זאת, עצם הפגיעה בזיכרון החברתי, אצל שני המינים, מרמזת על קשר אפשרי בין החסר ב-ADNP לאוטיזם.
"המחקר שלנו מדגיש את ההבדלים הנוירולוגיים בין גברים לנשים, ואת הצורך לבחון בנפרד את תגובותיהם של שני המינים - בעיקר בניסויים קליניים שבודקים את יעילותן של תרופות חדשניות," מסכמת פרופ' גוזס. "בעקבות הממצאים אנחנו ממשיכים כעת לחקור את המנגנונים המוחיים הגורמים להבדלים הללו. אנחנו מאמינים שגילינו מפתח חשוב, שעשוי להניח תשתית לפיתוחם של טיפולים יעילים בעתיד."
מחקר
13.01.2015
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב הצליחו להסביר מדוע עטלפים צדים בלהקות
באמצעות מעקב GPS והקלטות קוליות של למעלה מ-1,100 אינטראקציות בין עטלפים, החוקרים מצאו את היתרון ההישרדותי בלהקה
- מדעי החיים
- רפואה ומדעי החיים
כאשר עטלף צד בלילה, הוא מסתמך על קולות הסונר שלו כדי למצוא מזון. אבל כשהוא מוצא מזון, עטלפים בקרבתו מאזינים לו ועטים על המציאה. זאת המסקנה ממחקר חדש שערכו ד"ר יוסי יובל והסטודנט נעם צויקל, יחד עם עמיתיהם מהמעבדה לתפיסה חושית וקוגניציה במחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל-אביב. תוצאות המחקר התפרסם בסוף השבוע בכתב העת Current Biology.
אפקט הבמבה
"אנחנו קוראים להתנהלות הזאת 'אפקט הבמבה'", מסביר ד"ר יובל. "כאשר אתה יושב באולם קולנוע חשוך ומישהו באולם מתחיל לאכול במבה, כולם באולם יודעים שמישהו אוכל במבה ופחות או יותר איפה הבמבה הזאת נמצאת. עטלפים עובדים בצורה דומה". כאשר עטלף אחד מוצא נחיל של חרקים, שאר העטלפים בטווח השמיעה שומעים על התגלית. זהו מידע שימושי ביותר, בהתחשב בכך שעטלף יכול להשתמש בסונר האקטיבי שלו כדי לזהות חרק רק ממרחק קרוב מאוד של פחות מעשרה מטרים, אבל הוא יכול לשמוע מתי עטלף אחר זיהה חרק ממרחק של מאה מטרים.
שיטת הציד הקולקטיבי של עטלפי החרקים מהמין יזנוב גדול, שנבדקו במחקר החדש, שימושית במיוחד לאור העובדה שעטלפים אלה ניזונים בעיקר ממלכות נמלים מעופפות. המלכות הללו נוטות להתקבץ בחיפוש אחר זכרים, אבל הן יכולות לעוף למרחקים גדולים ופירוש הדבר הוא שהעטלפים צריכים לגמוא מרחקים עצומים בחיפוש אחר מזון. על ידי האזנה לחברים האחרים, העטלף מגדיל את סיכוייו לזכות בכל הקופה.
חלון לתוך התפישה החושית של העטלף
ד"ר יובל ועמיתיו מאמינים שהעטלפים מהווים הזדמנות ייחודית לבחון ציד סוציאלי, מאחר שהם משתמשים בסונר אקטיבי כדי למצוא את דרכם בחשכה. לכן החוקרים הצמידו לעטלפים מתקני GPS זעירים (מהקטנים בעולם) ומכשירי הקלטה לניטור גלי קול אולטרה סוניים, והניחו לעטלפים לעשות את שלהם. "ההקלטות העל-קוליות פותחות חלון לתוך התפישה החושית של העטלף, אפילו כשהוא עף בגובה 500 מטר אי-שם מעל הכנרת", אומר ד"ר יובל. "אני יכול להביט בהקלטות הסונר ולהקיש מכך מתי עטלף תוקף טרף ומתי הוא מתקשר עם עטלף אחר. זו משימה כמעט בלתי אפשרית עם בעלי חיים אחרים".
עם זאת, השבת המידע המוקלט לא היתה משימה פשוטה. מכשירי ההקלטה נפלו מהעטלפים אחרי שבוע, ואז החוקרים נאלצו לחפש אחריהם ברגל. בסופו של מבצע האיתור, הם מצאו כ-40% מכלל המכשירים. אותם מכשירים שהושבו הקליטו למעלה מ-1,100 אינטראקציות בין העטלפים שהשתתפו במחקר לחבריהם. ניתוח המידע מצביע על כך שעטלפים מתחברים כדי להגדיל את סיכויים למצוא טרף.
"בעיקרו של דבר", מסכם ד"ר יובל, "העטלפים משפרים את סיכוייהם בכך שהם פועלים כ'מערך של חיישנים'. כמובן, לאסטרטגיה הזו יש גבולות: נראה שעדיף לעטלפים לצוד בלהקות עם צפיפות גבוהה, אבל לא גבוהה מדי. בלהקה צפופה מדי, העטלף כל הזמן צריך לעקוב אחר עטלפים אחרים ואינו יכול להתרכז בתקיפת המזון. תארו לכם שאתם מנסים לתפוס זבוב שעף לידכם, ופתאום מישהו זורק לעברכם כדורסל - הזבוב יחמוק".
מחקר
18.12.2014
מחקר חדש גילה כי מוטציה גנטית גורמת לכשל שחלתי מוקדם
חוקרים באוניברסיטת תל-אביב גילו מוטציה גנטית חדשה הגורמת לכשל שחלתי ראשוני, שמשמעה היעדר מחזור חודשי בנשים מתחת לגיל 40
- רפואה
- רפואה ומדעי החיים
כ-1% מהנשים בעולם סובלות מתופעה הקרויה כשל שחלתי ראשוני (או אי-ספיקה שחלתית ראשונית), הפוגעת בפוריותן. אך הגורמים לכשל, המתבטא באי-קבלת המחזור החודשי, או בהפסקת המחזור בגיל צעיר, נותרים בגדר תעלומה ב-90% מהמקרים.
מחקר חדש מאוניברסיטת תל-אביב מעלה גורם חדש, שלא קושר עד כה לכשל שחלתי ראשוני באדם: מוטציה ייחודית בגן המכונה SYCE1. המחקר בוצע על ידי קבוצת חוקרים בראשות ד"ר ליאת דה-פריס ופרופ' לינה באסל-ונגייט מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר ומהמרכז הרפואי שניידר. הוא פורסם באוקטובר 2014 בכתב העת Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism.
גנטיקה של הדור הבא
"החלטתי לחקור את הנושא של כשל שחלתי ראשוני כאשר טיפלתי בשתי אחיות שלקו בתופעה," מספרת ד"ר דה פריס. "השתיים הן בנות למשפחה ערבית ישראלית, שבה ההורים הם בני דודים מדרגה ראשונה. לשתיהן היו תסמינים מובהקים של כשל שחלתי: האחת פיתחה סימנים של התבגרות מינית, וכלפי חוץ הייתה מפותחת כיאה לגילה, אך לא קיבלה מחזור; ואילו אצל השנייה, שכבר הייתה בת 16, כלל לא הופיעו סימנים של התבגרות מינית. לאחר שבדקנו ופסלנו מגוון גורמים ידועים (הפרעה כרומוזומלית, רעלנים, מחלות אוטואימוניות ומחלות גנטיות מוכרות), התחלנו לחפש גורמים גנטיים נוספים אצל שתי הנערות."
לצורך המחקר נעזרו החוקרים בשיטות הקרויות 'גנטיקה של הדור הבא'. הם ביצעו אפיון גנטי של הנערות, הוריהן, אחיהן ואחיותיהן, והוסיפו לכך ריצוף מלא של האקסומים (הגנים מקדדי החלבונים) ב- DNAשל שתי הבנות הפגועות. לצורך בקרה נבחנו דגימות DNA של 90 נבדקים נוספים מהמגזר הערבי-ישראלי.
זיהוי הגן האחראי לכשל
תהליך האפיון הגנטי חשף אצל הנערות הפגועות מוטציה ייחודית בגן SYCE1. המוטציה שהתגלתה גורמת לפגם בחלבון בעל תפקיד מרכזי בתהליך המיוזה, שהוא תהליך החלוקה המתרחש בתאי הרבייה - הביציות ותאי הזרע. ההורים ושלושה אחים (בנים) התגלו כנשאים של המוטציה, ואילו אחות שלא נפגעה, ואף נישאה וילדה ילדים, אינה נושאת את המוטציה בגן.
"בעבר זוהה קשר בין הגן הזה לכשל שחלתי ראשוני במודל של עכברי מעבדה, אך זו הפעם הראשונה שקשר כזה נמצא אצל בני אדם," אומרת ד"ר דה פריס. "אנחנו סבורים שהפגם בחלבון משבש את תהליך המיוזה, ולכן לא נוצרות ביציות בשחלות, או שנוצרות ביציות פגומות. כתוצאה מכך יש כשל מלא או חלקי בהפרשת ההורמונים הגורמים להתבגרות המינית. כפי שראינו אצל שתי האחיות, רמת הפגיעה עשויה להשתנות מאדם לאדם."
ד"ר דה פריס מאמינה כי זיהוי המוטציה, וההבנה שבאה בעקבותיו, יחסכו למשפחה כאב לב רב ומיותר. "כעת הם יודעים שסיכוייהן של שתי הבנות הפגועות ללדת ילדים באופן טבעי קלושים ביותר. נכון שהידיעה קשה לעיכול, אך היא יכולה לחסוך להן שנים של טיפולי פוריות חסרי תוחלת. במקום זאת הן יוכלו להתמקד בחיפוש פתרונות אחרים הקיימים היום - כמו למשל תרומת ביציות. כמו כן, כל בני המשפחה מבינים כעת שעליהם לעבור בדיקות גנטיות לאיתור המוטציה."
במסגרת מחקר המשך הנערך בימים אלה מבקשים החוקרים לבדוק בני משפחה נוספים, על מנת לחפש השפעות אפשריות של המוטציה גם על הבנים והגברים.
מחקר
16.11.2014
חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב גילו את הסוד ליציבותם של קווזי גבישים
החוקרים פיתחו שיטה חדשה שבעזרתה ניתן לתכנן את המולקולות ולשלוט בהיווצרותם של גבישים רכים, מחזוריים או קווזי מחזוריים, בעלי מגוון מבנים ורמות סימטריה שונות
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
בשנת 1982 גילה המדען הישראלי דן שכטמן תופעה שנחשבה עד אז לבלתי אפשרית מבחינה מדעית: גבישים שאינם מחזוריים. עד לאותה עת סברו מדענים שהאטומים המרכיבים את הגבישים מסודרים תמיד באופן מחזורי, בדומה למשבצות הריבועיות על לוח השחמט או לתאים המשושים בחלת הדבש. הגילוי המהפכני של פרופ' שכטמן הוכיח שאין זה בהכרח כך ו-30 שנה אחר כך זיכה אותו הגילוי בפרס נובל בכימיה.
מרבית הגבישים מהסוג ששכטמן גילה, המכונים גבישים קווזי מחזוריים (או קווזי גבישים), הם סגסוגות מתכתיות מוצקות. לאחרונה התגלו קווזי גבישים מחומרים רכים המורכבים ממולקולות גדולות מאוד וגמישות – כאלה שניתן יחסית בקלות לשנות את הגודל ואת הצורה שלהן. בשל כך, התעוררה השאלה האם ניתן לתכנן את המולקולות הללו ולקבל איזה גביש שרוצים.
במאמר חדש המתפרסם בכתב העת ,Physical Review Letters הדגים צוות חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב, בראשות פרופ' רון ליפשיץ מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, בשיתוף עם מיכאל אנגל מאוניברסיטת מישיגן שבארה"ב, כיצד ניתן לעשות זאת. החוקרים פיתחו שיטה חדשה שבעזרתה ניתן לתכנן ולשלוט בהיווצרותם של גבישים רכים, מחזוריים או לא-מחזוריים, בעלי מגוון מבנים ורמות סימטריה שונות. בעתיד עשויה השיטה להוביל לפיתוחים חדשניים, ביניהם חומרים עם תכונות אופטיות מתקדמות.
גבישים לפי הזמנה
"אנחנו עוסקים בחומרים רכים המורכבים ממולקולות גדולות וגמישות, כמו כדורי ספוג עם שערות ארוכות", מסביר פרופ' ליפשיץ. "שאלנו את עצמנו האם על ידי תכנון פשוט של גודל 'הכדור' ואורך 'השערות' נוכל לגרום למולקולות להסתדר כרצוננו בשעה שהן מתגבשות".
יחד עם תלמיד המחקר קובי ברקן ופרופ' חיים דימנט מבית הספר לכימיה, בנו החוקרים מודל מתמטי עבור תהליך ההתגבשות של חומרים רכים אלו, ופענחו את סוד יציבותם של הגבישים הנוצרים – הן המחזוריים והן אלה שאינם מחזוריים. על סמך התיאוריה המתמטית הזו, תכננו החוקרים מולקולות בצורות שונות ונתנו למחשב לבצע סימולציה של תהליך ההתגבשות כדי לראות איזה גביש יתקבל. "שמחנו לגלות שתמיד קיבלנו את הגביש שרצינו", אומר קובי ברקן. "אנחנו יודעים לתכנן גבישים מחזוריים בעלי סימטריה כפולת-ארבע וכפולת-שש, וכן קווזי גבישים בעלי סימטריה כפולת-עשר וכפולת-שתים-עשרה".
החוקרים צופים כי בעתיד ניתן יהיה להיעזר בשיטה שלהם כדי לייצר גבישים רכים בעלי תכונות חדשניות, ממש "לפי הזמנה".
לייצר חומרי על
"גבישים מחומרים רכים, המורכבים ממולקולות גדולות, מתאימים במיוחד לייצורם של חומרי-על או מטה-חומרים (metamaterials) - חומרים מהונדסים בעלי תכונות ייחודיות שאינם מצויים בטבע בצורתם זו", מסכם פרופ' ליפשיץ. "בשל גודל המולקולות, התואם את אורך הגל של האור הנראה, יש פוטנציאל לפיתוח חומרים בעלי תכונות אופטיות מתקדמות. בדרך כלל יש צורך לייצר את החומרים הללו באופן מלאכותי באמצעים מתקדמים ויקרים של ננו-טכנולוגיה. הגבישים שלנו גדלים מעצמם, אבל זה נראה כאילו שאנחנו מנחים את המולקולות כיצד להסתדר".
