רוב החומרים המשמשים היום לגידול תאי-גזע אנושיים מורכבים מתאים או מחלבונים שמקורם בעוברי עכברים, שאומנם מסייעים בייזום ההצמחה של תאי-גזע, אולם סביר להניח שגם ייגרמו לתגובה חיסונית לאחר הזרקה למטופל אנושי. ב-MIT פיתחו מצע סינתטי
בתאי גזע אנושיים, המסוגלים להתמיין לכל סוגי התאים האחרים, טמון פוטנציאל כביר לטיפול במגוון מחלות, בכללן פרקינסון, טרשת נפוצה ופציעות בעמוד השדרה. אולם, לחוקרים העובדים עם תאים שכאלו יש בעיות בייצור כמויות גדולות מספיק שלהם עבור ביצוע הניסויים – במיוחד, לניסויים באדם. מעבר לכך, רוב החומרים המשמשים היום לגידול תאי-גזע אנושיים מורכבים מתאים או מחלבונים שמקורם בעוברי עכברים, שאומנם מסייעים בייזום ההצמחה של תאי-גזע, אולם סביר להניח שגם ייגרמו לתגובה חיסונית לאחר הזרקה למטופל אנושי.
בכדי להתגבר על בעיות אלו, מהנדסי-כימיה, מדעני-חומרים וביולוגים מאוניברסיטת MIT פיתחו משטח סינתטי שלא כולל חומר זר שמקורו בבע”ח ומאפשר לתאי-הגזע לחיות ולהמשיך ולשכפל את עצמם במשך שלושה חודשים. בנוסף, זהו החומר הסינתטי הראשון המאפשר לתאים יחידים ליצור מושבות של תאים זהים, הנדרשות בכדי לאפיין תאים בעלי תכונות רצויות והיו בעיתיות להכנה בשיטות הקיימות.
צוות המחקר, בראשות המדענים Robert Langer, Rudolf Jaenisch ו- Daniel G. Anderson, מתאר את החומר החדש במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Nature Materials.
תאי-גזע אנושיים יכולים להגיע משני מקורות – תאי עוברים או תאי גוף שתוכנתו מחדש למצב לא בוגר. מצב זה, המכונה pluripotency, מאפשר לתאים להתפתח לכל סוג ייחודי של תאי גוף. הם מאפשרים גם לטפל כמעט בכל סוג של מחלה שמעורבת בה פגיעה בתאים. לדוגמא – חוקרים יוכלו להצמיח תאי-עצב חדשים עבור מטופלים בעלי פציעות בעמוד השדרה, או תאים מייצרי-אינסולין עבור חולים בסכרת מסוג 1.
בכדי לפתח טיפולים שכאלה, החוקרים יצטרכו להיות מסוגלים להצמיח תאי גזע במעבדה למשך תקופה ארוכה, לשנות את הגנים שלהם, ולגדל מושבות של תאים זהים לאחר השינוי הגנטי הרצוי. משטחי-גידול קיימים, המורכבים מלוחית פלסטיק המצופה בשכבת ג’לטין ומעליה שכבה של תאי/חלבוני עכברים, לא יעילים דיים, אומר החוקר הראשי.
“למטרות ריפוי אתה צריך מיליוני מיליונים של תאים,” מסביר החוקר. “אם נצליח לגרום לתאים להתחלק יותר בקלות, הדבר יסייע מאוד בקבלת כמויות גדולות ומספקות של תאים לכל מחקרי המחלות שהמדענים כה נרגשים לקראתם.”
מחקרים קודמים רמזו כי מספר תכונות כימיות ופיסיקאליות של המשטחים – בכללן חספוס, קשיחות והזיקה למים שלהם – עשויות למלא תפקיד חשוב ביכולת ההצמחה של תאי-גזע. החוקרים הכינו כחמש מאות סוגי פולימרים בעלי תכונות משתנות כאלו, הצמיחו על-גביהם תאי-גזע ובחנו את פעילותו של כל פולימר ופולימר. לאחר קביעת הקשר שבין תכונות המשטח לבין יעילות פעילותו, החוקרים מצאו כי קיים תחום מיטבי של הידרופוביות המשטח (היכולת לדחות מים), יחד עם התוצאה שחספוס וקשיחות המשטח אינם משפיעים על יכולת הצמחת תאי-הגזע. בנוסף, הם גם שינו את ההרכב של החומרים, כולל הוספת חלבונים הקשורים לפולימר. הם מצאו כי הפולימרים הטובים ביותר הכילו שיעור גבוה של אקרילאטים – רכיב נפוץ בחומרי פלסטיקה – וכאלו שצופו בחלבון הקרוי בשם vitronectin, המעודד את התאים להיצמד למשטחים.
תוך שימוש בחומרים שהיו איכותיים ביותר, החוקרים הצליחו לקבל תאי-גזע (הן ממקור עוברי והן ממקור פלוריפוטנטי) שהמשיכו לצמוח ולהתחלק למשך שלושה חודשים. הם הצליחו גם לייצר כמויות גדולות של תאים – בכמות של מיליונים.
החוקרים מ- MIT מקווים לשפר את הידע שהתקבל מהניסויים שלהם בכדי לסייע בבניית חומרים שונים המתאימים לסוגי תאים אחרים, מציין החוקר Anderson מהמחלקה להנדסת כימיה באוניברסיטה. “אנו מעוניינים להבין טוב יותר את יחסי-הגומלין שבין התא, המשטח והחלבונים, ולאפיין ביתר דיוק את הגורמים המשפיעים על צמיחתם של התאים,” הוא מסביר.
