פריצת דרך בטיפול בפריצת דיסק

הנדסת רקמות מציעה פתרון לטיפול בפריצות דיסק: שתל המשלב הידרוג’ל סינתטי ותאי סחוס חיים

בין חוליות עמוד השדרה שלנו נמצאות “כריות” ביולוגיות-מכניות קטנות אך חשובות: הדיסקים הבין-חולייתיים, המוכרים לנו בעיקר מן הצירוף “פריצת דיסק”. כאשר דיסקים אלה נפגעים או מתנוונים, אנו סובלים מכאבי גב שעלולים להיות קשים ביותר. כאבי הגב האלה גורמים סבל, פגיעה בתפקוד ונזק כלכלי למאות מיליוני אנשים בעולם.

כיום מוצעים לחולים אלה טיפולים שמרניים, כגון מנוחה ופיזיותרפיה, או ניתוחים, שבמקרים רבים אינם מועילים או אף גורמים נזק. מכיוון שיכולת הריפוי העצמי של הדיסקים הבין-חולייתיים היא מוגבלת, יש צורך עצום בשתל שיוכל לתפוס את מקומו של הדיסק הטבעי הפגוע, להקל את כאביהם של המטופלים ולאפשר להם תפקוד תקין ככל האפשר.

חשיבותם של הדיסקים נובעת מן הנטל הכבד, תרתי משמע, שנושא עמוד השדרה שלנו. עמוד השדרה תומך בכל משקלו של פלג הגוף העליון, ומעורב במגוון רחב של תנועות ותנוחות; הדיסקים הבין-חולייתיים אחראים להעברה ולפיזור של העומסים הכרוכים בתנועות אלה. כדי ליצור שתל מלאכותי שיעמוד במשימות המאתגרות האלו, יש לחקות את המבנה והתפקוד של הדיסק הטבעי. פרופ’ שרית סיון וד”ר מיכל עמית מהמכללה האקדמית להנדסה בראודה בכרמיאל נענות לאתגר ומגייסות למטרה זו שיטות של הנדסת רקמות.

חיים בתוך קופסה

כדי ליצור שתל שישלב בדרך הטובה ביותר את החוזק המכני ואת סביבת הדיסק המתאימה לגידול תאים, משתמשות החוקרות בהידרוג’ל שפיתחה פרופ’ סיון במהלך עבודת הפוסט-דוקטורט שלה באוניברסיטת אוקספורד באנגליה. ההידרוג’ל מחקה את התכונות הביומכניות והפיזיקליות של הדיסקים הבין-חולייתיים (חוזק, גמישות וריכוז מלחים), ונועד לשמש סביבה תלת-ממדית מתאימה לתאים שיחיו ויתפקדו בתוכו.

החוקרות משערות כי מבנהו המיוחד של השתל יאפשר לתאים לתפקד בדרך  דומה לזו שבה הם מתפקדים בדיסק הבין-חולייתי הטבעי: לשגשג וליצור מרקם בין-תאי אופייני, ולמנוע את צמיחתם של תאי עצב במקום שפינה הדיסק שהתנוון. צמיחת תאי עצב במרווח שבין החוליות היא האחראית כנראה לכאבי הגב האופייניים במצב של דיסק פגוע או מנוון.

האתגר הנוכחי שעמו מתמודדת קבוצת המחקר, הכוללת גם את עוזרת המחקר ד”ר איריס בונשטיין, הוא לאפשר לתאים לשגשג בתוך ההידרוג’ל – שאמנם ניחן בתכונות ביומכניות רצויות, אך הוא גם חומצי מאוד, ולפיכך עלול להוות סביבה מאתגרת לתאים. החוקרות בחרו אפוא בתאי גזע שעברו התמיינות לתאי סחוס, ובחנו שתי דרכים עיקריות להחדירם להידרוג’ל. האחת היא זריעה של תאים חשופים ישירות בתוך ההידרוג’ל והאחרת היא הכנסתם להידרוג’ל כשהם ארוזים בתוך עטיפה (קפסולה).

זריעה בצברים

אריזת התאים בקפסולות התגלתה כלא-מתאימה, כיוון שפגעה בתכונות הביומכניות של השתל. גם זריעה של תאים חשופים יחידים לא עלתה יפה, משום שהם לא שרדו בסביבה החומצית של ההידרוג’ל. במקום זאת, נמצאה דרך שלישית: לזרוע את התאים ללא מעטפת, אך גם לא יחידים, אלא בצברים של תאים רבים הצמודים זה לזה. כך, גם אם התאים החיצוניים בצבר מתו, התאים הפנימיים יותר נשארו בחיים ואף תפקדו היטב: הם הפרישו חלבונים, הנחוצים ליצירת הסביבה החוץ-תאית האופיינית לדיסק. יש לקוות כי לאורך זמן, התאים שיתרבו יחליפו בהדרגה את ההידרוג’ל, והרכיב הביולוגי יהווה רכיב הולך וגדל של השתל.

נוסף על כך, במחקר שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, נמצא כי תאי אנדותל ועצב אינם מתרבים בתוך הג’ל ומעליו, ואינם בונים רשתות עצביות ונימי דם בתרבית הגדלה על הידרוג’ל או בתוכו. מכיוון שצמיחת תאי עצב אל המקום שפינה הדיסק המנוון היא הגורמת, כנראה, לכאבי גב – הרי שזהו ממצא מעודד מאוד.

ההידרוג’ל הנחקר מַתאים אפוא לגידול תאי סחוס, אשר שורדים ומעשירים את סביבתם בחלבונים. הודות לתכונותיו הפיזיקליות של ההידרוג’ל ולתאים החיים שבו, השתל עשוי להחליף היטב דיסק מנוון או פגוע.

בשלב הבא במחקרן, ימשיכו החוקרות לבחון את תפקוד השתל בגוף חי, ואף ינסו לשלב אותו במעטפת חיצונית המדמה את החלק החיצוני של הדיסק. כך תיווצר יחידה פעילה אחת, המחקה את פעילותו הפיזיולוגית של הדיסק השלם. שלב זה במחקר עשוי לחולל מהפכה בשיטות הריפוי של עמוד השדרה, להקל את סבלם של חולות וחולים רבים ולחסוך משאבים רבים המוקדשים לטיפול בהם.

במבט מחקרי ורפואי רחב יותר, שתל מסוג זה יהיה קפיצת מדרגה בהנדסת רקמות ברמת האיבר השלם, שיהיה אפשר ליישמה בפיתוח סוגים נוספים ומגוונים של שתלים.

החיים עצמם:

פרופ’ שרית סיון וד”ר מיכל עמית חולקות אהבה משותפת לצמחים ולגינון. פרופ’ סיון נהנית לעצב מרחבים וגינות, וד”ר עמית מגדלת ומרבה סחלבים במשרדה.