מכניקת הקוונטים: עכשיו גם בשירות החיסונים - דנה אלדד

 

מדענים מהאוניברסיטה העברית ומארצות-הברית מציעים אסטרטגיה חדשה לחיסון מפני מגפות

פיזיקאי מהאוניברסיטה העברית, בשיתוף שני פיזיקאים מאוניברסיטת מישיגן שבארצות-הברית, פיתחו אסטרטגיה תיאורטית לחיסון אוכלוסיות נגד מחלות מדבקות, תוך כדי שימוש בשיטות מתחום מכניקת הקוואנטים. לפי האסטרטגיה שמציעים החוקרים, אם אין זה אפשרי לחסן את כלל האוכלוסייה נגד מגפה, אפשר לחסן באופן אינטנסיבי ובהיקף מצומצם קבוצות "נבחרות" שבהן פורצת המגפה ושמהן היא עלולה להתפשט. האסטרטגיה מבוססת על האצת קצב ההכחדה הטבעי של המחלה באמצעות חיסון סלקטיבי.

חיסון פוליו בהודו - CDC

"פעמים רבות אנו שומעים על עוד מגפה חדשה שהתפשטה בקרב אוכלוסייה מסוימת וגרמה לחלק מהאוכלוסייה לחלות", מסביר פרופ׳ ברוך מאירסון ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית, שפיתח את התיאוריה עם עמיתיו מאוניברסיטת מישיגן. "לעומת מרבית החולים, שיחלימו מן המחלה ויפתחו אליה עמידות, יש הסתברות גבוהה שחלק מהחולים ימשיכו להפיץ את המחלה בקרב שאר האוכלוסייה, באמצעות מגע עם פרטים בריאים.״ כדי להקטין את היקף ההידבקות נוהגת מערכת הבריאות לחסן כמה שיותר אנשים, בעיקר בקבוצות הסיכון. אם כלל האנשים מסכימים להתחסן ויש מספיק חיסונים לכולם, אזי מבצע החיסון ההמוני יכול לצמצם את תפוצת המחלה. עם זאת, פעמים רבות נתקלת המערכת בבעיות כמו סירוב של חלק מהאוכלוסייה להתחסן, אי זמינות מספקת של חיסון מסוים, עלות גבוהה של ייצור חיסון או קושי מיוחד באחסנתו.

במהלך המחקר התבססו המדענים על העובדה הפשוטה שגם בהיעדר חיסון, מחלה צפויה לגווע בסופו של דבר. ואולם, משך הזמן שנדרש עד שהמגפה שוככת באזור מסוים שבו יש מחלה בקרב אוכלוסייה גדולה עשוי להיות ארוך מאוד. מתודת החיסון החדישה שמציעים פרופ׳ מאירסון ועמיתיו אמורה להאיץ את התהליך הטבעי של צמצום המחלה. לפי האסטרטגיה אפשר לחסן חיסון אינטנסיבי רק אוכלוסיות הנמצאות בקבוצת סיכון גבוה, כמו ילדים הלומדים בכיתה שבה אחוז מסוים מן התלמידים כבר חלו, למשל בשפעת, במרווחי זמן המותאמים לגלי ההידבקות הטבעיים של המחלה ובהתאם לדינמיקה עונתית שלה.

פרופ׳ ברוך מאירסון צילום: האוניברסיטה העברית בירושלים

המדענים התבססו על האופי האקראי המאפיין גורמים רבים הקשורים להתפשטות מגפות, כגון המגע האקראי שבין אדם חולה לאדם בריא (למשל בתחבורה ציבורית או בבית הספר), הפיזור בקצב ההחלמה בקרב בני אדם שונים, וגורמים נוספים. למדענים נדרשה שיטה המתאימה לטיפול בתהליכים סטוכסטיים, המבוססים על אקראיות, מערכת שבה קיים הרבה ”רעש״(גורמים שאי אפשר לזהותם זיהוי מדויק מראש). שיטה מתאימה לכך דומה מאוד לשיטה המשמשת פיזיקאים כשהם מבקשים לעבור מתיאור קוואנטי לתיאור מקורב בנוסח הפיזיקה הקלאסית, תיאור ניוטוני.

ככל שהמערכת גדולה יותר כך הקירוב טוב יותר. תיאור אלקטרון בודד מחייב טיפול ברמת מכניקת הקוואנטים, אבל כבר בסדר גודל של מולקולה הקירוב הקלאסי יכול להיות טוב למדי. מאירסון ועמיתיו מיישמים גישה זו לתיאור מגפות ויעילות חיסונים כנגדן. כשמדובר במספר קטן של אנשים, עשרה למשל, נדרש ניתוח ״קוואנטי״: קרי סטוכסטי מלא, אבל כשמדובר באוכלוסייה גדולה, למשל 1,000 איש, השיטה ה״קלאסית״ מאפשרת תיאור טוב למדי של המערכת. התיאוריה מראה כיצד חיסון ייעודי וסלקטיבי עשוי להגדיל את קצב ההכחדה של המחלה בהשוואה לקצב ההכחדה הטבעי.

לטענת החוקרים, אף על פי שהתיאוריה שלהם טרם נבדקה באמצעות נתונים אמיתיים, חישוביהם מעידים על כך שבאמצעות חיסון אחוז קטן מן האוכלוסייה אפשר להפחית את הזמן שלוקח למחלה לגווע, מחמישה חודשים לתקופה של שלושה עד ארבעה חודשים בלבד. פרופ׳ מאירסון מדגיש כי כאשר תהיה אפשרות מעשית לחסן את כל האוכלוסייה, תהיה זאת האסטרטגיה המועדפת לעצור את התפשטות המחלה. 

פורסם ב"גליליאו" 150, פברואר 2011