מודל חדש ב־Science Advances משלב תאי ריאה, כלי דם ותאי חיסון מאותו מקור גנטי, מדמה נשימה, ומראה איך נוצרים מוקדים מוקדמים של נזק תאי במהלך הדבקה בחיידק השחפת
שחפת היא מחלה חיידקית שמתיישבת לרוב בריאות, ולעתים מתחילה בשקט. בשלב מוקדם מאוד קשה לחקור מה בדיוק קורה: מי נדבק קודם, איך תאי החיסון מגיבים, ומתי מתחיל נזק לרקמה. מודלים נפוצים – תרביות תאים שטוחות או ניסויי בעלי חיים – לא תמיד משחזרים נאמנה את המורכבות של נאדיות הריאה האנושיות, וגם לא מאפשרים צפייה מפורטת בזמן אמת במה שקורה “בשעות ובימים הראשונים”. (PMC)
מחקר חדש שפורסם ב־Science Advances מציג פתרון שמכוון בדיוק לפער הזה: מערכת “ריאה על שבב” מתאי אדם אחד, שבה אפשר לדמות נשימה מכנית (מתיחה מחזורית), ליצור ממשק אוויר־נוזל כמו בריאה, ולהכניס למערכת תאי חיסון. החוקרים בנו את המודל כך שכל התאים יגיעו מאותו מקור גנטי – תאי iPSC של תורם יחיד – ולכן אפשר, לפחות עקרונית, להשוות בעתיד בין אנשים שונים בלי “רעש” שנובע מערבוב תאים ממקורות שונים. (PMC)
מה זה iPSC ולמה “תורם יחיד” חשוב
iPSC הם תאים אנושיים שעברו “החזרה לאחור” למצב דמוי תאי גזע, כך שאפשר להפוך אותם במעבדה לסוגי תאים שונים. במודל הזה, מאותו קו תאים יצרו החוקרים כמה רכיבים מרכזיים של נאדית ריאה: תאי אפיתל של הנאדית (שני סוגים עיקריים שמדמים את דופן הנאדית), תאי אנדותל שמדמים את שכבת כלי הדם, וגם מקרופאגים – תאי חיסון “מנקי שטח” שנמצאים בריאה ותופסים פתוגנים ראשונים. את כל אלה הם שילבו במכשיר מיקרופלואידי שמייצר מחיצה בין צד “אווירי” לצד “דמי”, ומוסיף מתיחה מחזורית שמדמה נשימה. (PMC)
הנקודה של “תורם יחיד” היא לא רק אלגנטית. בהרבה מודלים יש ערבוב: אפיתל ממקור אחד, תאי חיסון מתורם אחר, ותאי כלי דם ממקור שלישי. זה יכול לשבש ניסוי, כי תגובה חיסונית יכולה להיות תלויה בהתאמה גנטית ובמולקולות זיהוי עצמי. כאן, לפחות ברמת התכנון, כולם מגיעים מאותו “אדם ניסויי”. (PMC)
מה קורה כשמכניסים שחפת למודל
כדי להתקרב לתנאי הדבקה טבעיים, החוקרים הדביקו את המערכת בכמות נמוכה מאוד של חיידקי שחפת (MOI 0.01; לפי המאמר מדובר בסדר גודל של כ־2,000 חיידקים לכל שבב). הם מצאו שבתוך זמן קצר גם המקרופאגים וגם תאי האפיתל נדבקו, בעוד שתאי כלי הדם לא הראו הדבקה דומה. בשלב מוקדם (כשעתיים אחרי ההדבקה) רמת ההדבקה בין סוגי התאים הייתה דומה במדדים שונים, אך בהמשך התמונה נעשתה מעניינת יותר. (PMC)
הממצא המרכזי הוא זה: למרות שיש הדבקה, רוב החיידקים לא מתרבים במהירות, בניגוד למה שרואים לעיתים בתרביות דו־ממדיות רגילות. במקביל, מוות תאי מתרחש בעיקר במקרופאגים בשלבים הראשונים. החוקרים מדווחים שב־48 השעות הראשונות המוות התאי היה נפוץ במיוחד בתאי החיסון, ובהמשך, ככל שהזמן עבר, הופיע נזק גם לרכיבי המחסום האפיתליאלי – עד כדי ירידה במדדי “אטימות” המחסום והפרעה לשכבה המפרידה בין אוויר לנוזל סביב 120 שעות אחרי הדבקה. (PMC)
מעבר לכך, החוקרים תיעדו תופעה שמוכרת מהמחלה אבל קשה ללכוד במודלים פשוטים: באופן אקראי יחסית הופיעו “אשכולות” גדולים של מקרופאגים, שבהם חלק מהתאים נעשו נמקיים. בתוך אשכולות כאלה נמצאו מצבים שבהם החיידקים כן מקבלים הזדמנות להתרבות. כלומר, גם אם “בממוצע” אין הרבה התרבות חיידקים, יכולים להופיע “כיסים” מקומיים שבהם התמונה משתנה – וזה מזכיר את הדרך שבה שחפת יוצרת מוקדים בתוך רקמה. (PMC)
ניסוי בונוס שמראה למה זה כלי חזק
כדי להראות שהמודל לא רק “יפה לצילום” אלא גם שימושי למחקר מנגנוני, החוקרים יצרו גרסה שבה המקרופאגים חסרים את הגן ATG14, מרכיב במסלול האוטופגיה (מנגנון “ניקוי פנימי” של התא שמשפיע גם על תגובות לזיהומים). בגרסה הזו, אחרי הדבקה, הנמק במקרופאגים היה גבוה יותר גם בלי התרבות חיידקים משמעותית, ונרשם גם נזק מוקדם יותר לשכבת כלי הדם סביב 48 שעות לאחר ההדבקה. זה רמז חשוב: לפעמים ההבדל בין “מחלה קלה” ל”נזק קשה” לא נובע רק מכמה מהר החיידק מתרבה, אלא גם מכמה טוב תאי החיסון מצליחים לשרוד ולתפקד. (PMC)
למה זה חשוב
המשמעות המעשית היא פלטפורמה שמאפשרת לצפות בשלב מוקדם של שחפת בתנאים קרובים יותר לריאה אנושית, עם אפשרות לשנות גנים ולהשוות תגובות. לטווח ארוך, זה יכול לשמש לבדיקת תרופות ולבדיקה מדוע אנשים שונים מגיבים אחרת לזיהום, בלי להסתמך רק על בעלי חיים או על מערכות שלא “נושמות”. עדיין מדובר במערכת מעבדה, לא בריאה שלמה, ולכן היא לא מחליפה ניסויים קליניים או נתוני חולים. אבל היא נותנת חלון נדיר למה שקורה ממש בתחילת התהליך. (PMC)
עוד בנושא באתר הידען:
