חוקרים באוניברסיטה העברית גילו כיצד המוח שומר על צפיפות העצם

לממצאי המחקר חשיבות בפיתוח תרופות למניעת אוֹסְטֵאוֹפּוֹרוֹזִיס

אבי בליזובסקי

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/brainbone0805.html

חוקרים באוניברסיטה העברית גילו כי למוח תפקיד מפתח בבקרה על שימור צפיפות עצם תַּקינה. לממצאי המחקר חשיבות של ממש בהבנת פעילותה של מערכת העצבים המרכזית בוויסות חילוף החומרים ברקמות הגוף ובפיתוח תרופות למניעת אוֹסְטֵאוֹפּוֹרוֹזִיס. מאמר על מחקרם מתפרסם השבוע בכתב העת היוקרתי PNASבארה”ב (Proceedings of the National Academy of Sciences).

בקבוצת המחקר – חוקרים ממעבדת העצם בפקולטה לרפואת שיניים באוניברסיטה העברית בראשות פרופ' איתי באב ובשיתוף פרופ' רז ירמיה מהמחלקה לפסיכולוגיה, פרופ' אסתר שהמי מהמעבדה לחקר טראומה מוחית, הדוקטורנטים אלון בג'יו וענבל גושן ותלמידת המוסמך שרון פלדמן.

אוֹסְטֵאוֹפּוֹרוֹזִיס היא המחלה הניוונית הנפוצה ביותר בעולם המערבי. המחלה מתבטאת בירידה בצפיפות העצמות ובהיחלשותן, ועקב כך בהופעה של שברים מרובים. במקרים רבים גורמים השברים לנָכות קשה ולסיבוכים העלולים להסתיים אפילו במוות.

הירידה בצפיפות העצם באוסטאופורוזיס נובעת מהרס פנימי של רקמת העצם. בבעלי חוליות ובאדם בפרט משתתפת כעשירית מכלל רקמת העצם בתהליך תמידי של שִחלוף ובנייה מחדש. בבני אדם וביונקים בוגרים תהליך השִחלוף מאוזן, כלומר, כמות העצם הנבנית שווה לזו שנהרסה וכך נשמרת צפיפות העצם. עם ההתקדמות בגיל מופר המאזן: כמות רקמת העצם שנהרסת גדולה מזו הנבנית וצפיפות העצם יורדת.

החוקרים מצאו ששִחלוף מאוזן של עצם תלוי בפעילות החלבון אינטרלאוקין 1 במוח. אינטרלאוקין 1 ידוע זה שנים רבות כזרז של המערכת החיסונית. פעילותו בעצם גורמת לעלייה במספרם ובפעילותם של התאים סופגי העצם (אוֹסְטֵאוֹקְלַסְטִים) אשר מתפתחים מאותם תאים כמו תאי מערכת החיסון.

בניסוי בעכברים מהונדסים גנטית אשר ניטלה מהם היכולת להגיב לאינטרלאוקין 1, הופתעו החוקרים לגלות מספר גבוה של תאים סופגי עצם וצפיפות עצם נמוכה. החוקרים ציפו שכאשר אינטרלאוקין 1 אינו פעיל בעצם, יתקבלו ממצאים הפוכים, כלומר, שמספר האוסטאוקלסטים יהיה נמוך וצפיפות העצם גבוהה. הסבר אפשרי לפרדוקס הוא שבתנאים נורמליים פעילותו של אינטרלאוקין 1 במוח מנוגדת לפעילותו במערכת החיסונית וגוברת עליה.

בעזרת מכשור חדשני יצרו החוקרים דגמים תלת ממדיים של המבנה הפנימי של העצם, ברזולוציה גבוהה. התברר שבעכברים מהונדסים שבהם הוגבל נטרול פעילותו של אינטרלאוקין 1 אך ורק למוח, נצפתה צפיפות עצם נמוכה ומספר גבוה של תאים סופגי עצם. ממצאים אלו מאשרים שפעילות אינטרלאוקין 1 במוח חיונית לשימור מסת העצם על ידי ריסון תהליך הספיגה.

“הקשר בין המוח והעצם הוא תחום מחקר חדש והידע עליו מועט ביותר”, אומר פרופ' איתי באב. “הממצאים החדשים שנתגלו במעבדות האוניברסיטה העברית בנוגע להשפעת הפעילות המוחית של אינטרלאוקין 1 על ספיגת עצם מצביעים על מנגנון מוחי מורכב השולט על מבנה העצם וכבר בעתיד הקרוב אנו צפויים לגילויים נוספים בתחום זה”.

המחקר התבצע במסגרת פרויקט אשר נועד לברר את הקשר שבין המוח, התנהגות ושינויים במבנה השלד. המחקר מומן בידי תכנית “ביכורה” של הקרן הלאומית הישראלית למדע אשר תומכת בנושאים ייחודיים ובמיזמים חלוציים רב תחומיים.

המוח משדר לעצם: את לא מספיק צפופה

מאת מרית סלוין

מתברר שצפיפות העצם אינה תלויה רק ברמת הורמוני המין, אלא נשלטת גם על ידי פעילות עצבית

מימין: מבנה פנימי של עצם ירך של עכבר, כאשר ישנה פעילות מוחית של החלבון אינטרלוקין 1. משמאל: אותו מבנה כאשר פעילות החלבון מופסקת

איור: האוניברסיטה העברית

במהלך החיים מתחולל בעצמות הגוף תהליך מתמיד של פירוק ובנייה מחדש, המאפשר להתאים את מבנה השלד לעומסים מכניים משתנים. בתוך העצם נמצאים תאים מיוחדים בוני עצם ולצדם תאים מפרקי עצם. במצבים נורמליים יש איזון בין תהליכי הפירוק והבנייה, ומסת העצם נותרת קבועה. אבל ישנם מצבים שבהם נוצר חוסר איזון בין שני התהליכים ותהליכי פירוק העצם גוברים על תהליכי הבנייה. הדבר קורה לרוב עם ההתקדמות בגיל, והתוצאה – איבוד מסת העצם וירידה בצפיפותה.

אחת המחלות השכיחות ביותר הנובעת ממצב כזה היא אוסטיאופורוזיס. זאת המחלה הניוונית הנפוצה ביותר בעולם המערבי, והיא מתבטאת בירידה בצפיפות העצמות ובהיחלשותן, אשר גורמות להופעתם של שברים מרובים. במקרים רבים גורמים השברים לנכות קשה ולסיבוכים העלולים להסתיים אפילו במוות.

הסיבה העיקרית לירידה בצפיפות העצם, כך חשבו עד כה, היא הירידה ברמתם של הורמוני המין: ההורמון אסטרוגן אצל נשים בגיל הבלות וההורמון טסטוסטרון בגברים בגילאים מקבילים. אולם חוקרים באוניברסיטה העברית גילו כי הורמונים אלה אינם הגורם החשוב היחיד שמשתתף בוויסות צפיפות העצם: במחקר שהתפרסם בשבוע שעבר בכתב העת “Proceedings of the National Academy of Sciences” הם קובעים כי המוח ממלא תפקיד מפתח בבקרה על שימור צפיפות עצם תקינה. מחקרם הוא חלק מפרויקט שנועד לברר את הקשר שבין המוח, התנהגות ושינויים במבנה השלד, והוא מומן על ידי תוכנית “ביכורה” של הקרן הלאומית הישראלית למדע.

“ההתעניינות שלנו בנושא נבעה מממצאים מעניינים שהתפרסמו בספרות המדעית”, אומר פרופ' איתי באב ממעבדת העצם בפקולטה לרפואת שיניים באוניברסיטה העברית, שעמד בראש צוות המחקר. “במחקרים קודמים גילו מדענים כי בתוך העצמות יש רשת צפופה של שלוחות של תאי עצב. ממצא זה הוביל אותנו למחשבה שהמוח קשור בצורה מסוימת לפעילות העצם. כדי לבדוק זאת חיפשנו גורמים שמופרשים במוח אבל משפיעים גם על העצם”.

בתוך העצם נמצאת רקמת מוח העצם, שמייצרת את תאי הדם, את תאי מערכת החיסון וכן תאים הורסי עצם. על פעילות רקמת מוח העצם משפיעים גורמים שונים בגוף; אחד מהם הוא החלבון אינטרלוקין 1, הידוע זה שנים רבות כזרז של המערכת החיסונית. פעילותו גורמת לעלייה במספרם ובפעילותם של התאים מפרקי העצם שמתפתחים במוח העצם. החלבון אינטרלוקין 1 מיוצר באופן נורמלי גם במוח ומפעיל מערכות עצביות הקשורות לשינה, לזיכרון ולוויסות חום הגוף. מערכות עצביות המופעלות על ידי אינטרלוקין 1 במוח מעכבות גם תגובות דלקתיות במוח העצם. “הקשר הזה הביא אותנו לבדוק את השפעת פעילותו של אינטרלוקין 1 המיוצר במוח, על העצם”, אומר באב.

קבוצת המחקר כללה את פרופ' רז ירמיה מהמחלקה לפסיכולוגיה, פרופ' אסתר שהמי מהמעבדה לחקר טראומה מוחית, הדוקטורנטים אלון בג'יו וענבל גושן והסטודנטית לתואר שני שרון פלדמן. החוקרים השתמשו בעכברים מהונדסים גנטית שנשללה אצלם הפעילות של אינטרלוקין 1 במוח. “כשבדקנו מה קורה בעצמות של העכברים האלה קיבלנו תוצאות מפתיעות, הפוכות מהצפוי”, אומר באב. “כשאינטרלוקין 1 פועל ישירות על העצם הוא גורם להרס שלה, והנה, מצאנו שכשנמנעת פעילותו במוח מתקבלת אותה תוצאה: העצמות של העכברים המהונדסים היו יותר קצרות ויותר דקות והמבנה הפנימי שלהן היה מדולדל כמו באוסטיאופורוזיס. הרס העצם היה גדול פי שניים בהשוואה למצב נורמלי.

“חוסר בפעילות אינטרלוקין 1 במוח מגביר איפוא את הרס העצם, ולפיכך הגענו למסקנה שאינטרלוקין 1 במוח מפעיל מערכות עצביות, המגיעות לעצם ומונעות את פירוק העצם ושומר על צפיפות העצם במצב תקין. במלים אחרות: הפעלת מערכות עצביות על ידי אינטרלוקין 1 מסייעת למניעת פירוק העצם, ואילו פעילות ישירה של אינטרלוקין 1 על העצם גורמת להרס העצם”. החוקרים מסבירים את הפרדוקס הזה בכך שהפעלת המערכות העצביות על ידי אינטרלוקין 1 מהמוח על העצם מתרחשת במצבים נורמליים, ואילו הפעילות הישירה באה לידי ביטוי בעיקר במצבי מחלה.

“הקשר בין המוח והעצם הוא תחום מחקר חדש”, אומר באב. “כל מה שהיה ידוע עד כה הוא שהפעלת מערכות עצביות במוח על יד חלבון אחר, לפטין, מדכאת בניית עצם ומונעת צפיפות יתר. הממצאים החדשים שלנו מראים שהמוח מווסת גם פירוק עצם ומצביעים על מנגנון מוחי מורכב השולט על מבנה העצם. אנחנו מקווים שבעתיד הקרוב נפרסם ממצאים נוספים של מחקרים שאנחנו עורכים כעת. אנו עוסקים בבירור התהליכים העצביים המקשרים בין המוח לעצם במטרה לפתח בעתיד תרופות שישמרו על צפיפות העצם ואף יגדילו אותה אצל חולים באוסטאופורוזיס”.

ידען המוח
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~248677374~~~58&SiteName=hayadan