ביוקונברג'נס הוא מושג שמאגד בתוכו את כל המקרים שבהם הנדסה קלאסית וביולוגיה נפגשים כדי להציע פתרונות מתקדמים לבעיות מכל התחומים, הרבה מעבר לנושאים המתקשרים למדעי החיים, כמו: רפואה, חקלאות ומזון. הסוד הוא שהביולוגיה הבשילה והפכה להיות חלק משמעותי בפתרון בעיות, גם כאשר אלו לקוחות מעולמות תוכן לא ביולוגיים.
מסלול התמחות ללא תזה:
ביוקונברג'נס הוא שילוב בין הנדסה, ביולוגיה ומדעים מדויקים, במטרה לפתור אתגרים טכנולוגיים בגוון רחב של תחומי תעשייה. בוגרי התוכנית ויכלו להשתלב כמהנדסי מערכת בחברות היי-טק וביו-טק או בתפקידי חקר באקדמיה.
קורסים לדוגמה
1. חיישנים ביורפואיים
2. מיקרואורגניזמים מועילים, קיימות ואקולוגיה
3. סדנת עיצוב וחדשנות ביוקונברג'נס
מחקרים בתחום – הרחבה
פרוביוטיקה לצביעת קירות
בקבוצת המחקר של ד"ר יובל דורפן עוסקים בשילוב ביולוגיה סינתטית של מיקרואורגניזמים והנדסה קלאסית כדי להפוך את עולמנו לירוק וטוב יותר. אחד המחקרים שבו השתתפו סטודנטים לתואר ראשון, יעל מוריס ובני שוחט בהנחייה משותפת עם ד"ר אילנה קולודקין-גל מאוניברסיטת רייכמן נקרא פיתוח פרוביוטיקה לצביעת קירות. מי לא מכיר אחרי החורף את התופעה של עובש שחור שמצטבר על הקירות. מסתבר שזה לא רק מכוער, אלא גם מאד לא בריא. הפתרונות הקיימים בשוק לא בריאים ומזיקים לסביבה, כי הם מבוססים על כימיקלים שמשמידים מגוון רחב של תאים חיים, גם את אלה שמועילים לאדם. בחזקת "לזרוק את התינוק עם המים". הטיפול בנוסף להיותו מזיק, לא מחזיק מעמד לאורך זמן. מסתבר שניתן במקום זאת להוסיף חיידקים מועילים לצבע הקירות, כמוראה בתמונה (4 דסקיות טבולות בצבע עם פרוביוטיקה, שדוחקת את העובש לשוליים). החיידקים המועילים נשארים בתוך הצבע לאורך זמן, ומתעוררים לפעולה בכל פעם שהלחות בחדר עולה. הם פולטים חומרים טבעיים שדוחים עובש, ובכך יכולים למנוע את היווצרותו לאורך שנים.
Figure 1, Taken from: A paper submitted for publication 2024.
כך ניתן למנוע התפתחות עובש, תוך כדי שיפור בריאות השוהים בחדר ושמירה על איכות הסביבה.
חיישנים אופטיים לזיהוי ואבחון אזורים בהם מתפתח התקף אפילפטי
במעבדה לביופוטוניקה שמובילה ד"ר מיכל בלברג מפתחים מערכת חיישנים אופטיים לזיהוי ואבחון אזורים בהם מתפתח התקף אפילפטי: שיפור הדיוק במיקום אזור אפילפטוגני יאפשר אופטימזציה של הטיפול בחולי אפילפסיה עמידה לתרופות. באמצעות ניטור אופטי, ניתן לזהות שינויים בפעילות המוחית עשרות שניות לפני שינוי השדה החשמלי הנמדד על ידי EEG. ולכן ניתן לטייב את היכולת למקם את האזור בו מתפתח ההתקף, ולהכווין טיפול מותאם אישית לאזור הפגוע.
בסרטון רואים את האות האופטי שנמדד על ידי המערכת שלנו ממוחו של חולה אפילפסיה. ככל שזרימת הדם עולה, האות הופך לצהוב יותר. הזרימה מתחילה לעלות באזור הקרוב לאוזן שמאל כ 20 שניות (זמן 20-) לפני שההתקף מזוהה על ידי מערכת EEG קלינית (זמן 0). לאחר מכן היא מתפשטת לאזור המצח.
Figure 2: Optical signal measured from a patient's brain.
לצורך מדידה ברקמות עמוקות יותר ניתן לפתח חיישנים מושתלים, אשר יאפשרו בעתיד זהוי ממוקד עוד יותר של אזורים אפליפטוגניים, ויאפשרו טיפול מותאם אישית לכל חולה. החיישנים יושתלו בגולגולת, ויאפשרו החדרת אור לשכבות עמוקות של המח, כדי לגלות גם שם שינויים בזרימת הדם ובפעילות המוחית. המחקר ממומן על ידי הרשות לחדשנות, ומתבצע בשיתוף פעולה עם ד"ר מידוודובסקי מהמחלקה לנוירולוגיה, במרכז הרפואי הדסה עין כרם.
פיתוח תאי דלק מיקרוביולוגים
במעבדה לאנרגיה ירוקה של ד"ר חן פרימן מקדמים פתרונות מקיימים. שילוב מקורות אנרגיה מתחדשים בתהליכי טיפול במים ושפכים ו שימוש במיקרואורגניזמים שונים בתאי דלק מיקרוביולוגים לצורך הפקת אנרגיה ו/או בתאים אלקטרוכימיים לביצוע תהליכי ביורמדציה, נטרול מרכיבי זיהום (טולאן, בנזן, פנול ואחרים).
Figure 3 , Taken from: H. Friman, A. Schechter, Y. Ioffe, Y. Nitzan, R. Cahan, "Current production in a microbial fuel cell using a pure culture of Cupriavidus basilensis growing in acetate or phenol as a carbon source", Microbial Biotechnology, 6(4), 2013 (425-434)
השרטוט מתאר תאי חיידקים, המצויים בתא אנודה של תא אלקטרוכימי. החיידקים מוזנים בפנול, כמקור פחמן יחיד. החיידקים מפרקים את הפנול ובכל מחד מנטרלים את השפעתו הרעילה של הפנול ומאידך מצליחים לגדול, להתרבות ולספק אנרגיה.
ביולוגיה חישובית לחיזוי מבנה תעלות יונים
ד"ר יוליה עינב עוסקת בביולוגיה חישובית. לדוגמה: פרויקט המבוצע בשיתוף פעולה עם פרופ' דוד לוריה ממערך הלב, הדסה עין כרם אשר עוסק בתעלות יונים. לתעלות חלבון שמעבירות יונים בגוף שלנו יש חשיבות עליונה בתהליכים פיזיולוגיים כמו התכווצות שרירים, העברת אותות בין תאי עצב ובקרה על משק המים בגוף. בפרויקט משתמשים בטכנולוגיה שלNormal Mode Analysis לפיתוח כלי חישובי המאפשר חיזוי של אפקט מוטציה אקראית במבנה תעלת יונים על מצבו הקליני של החולה.
Figure 4 , Taken from: Shauer A, et al. J Am Heart Assoc. 2021 Mar 16;10(6):e017128. doi: 10.1161/JAHA.120.017128. Epub 2021 Mar 9.PMID: 33686871
בתמונה מודגם מבנה תעלת יוני סידן בשריר הלב באדם. באדום – מיקום מוטציות שהתגלו בחולים במחלת אריתמיה. בצהוב וסגול – השפעה מבנית של מוטציות אלה כפי שתוארה במודל.
חיישנים ביולוגיים וסוללות גמישות
במעבדה לביו-אלקטרוכימיה, דר' חפצי רגונס עוסקת בפיתוח של ביו-חיישנים אלקטרוכימיים כסמנים שונים
לזיהוי מוקדם של מחלות שונות.
