חוקרים מאוניברסיטת תל אביב וממכון לייבניץ בדרזדן פיתחו חומר תלת־ממדי שבו אפשר לכוונן את המבנה, הקשיחות וקשירת הציטוקינים. בתרבית הוא סייע להרחיב תאי גזע ותאי אב המטופואטיים, תוך שמירה על מאפיינים ראשוניים ועל היכולת ליצור מושבות
תאי הגזע שבמח העצם מייצרים לאורך חיינו את תאי הדם האדומים, תאי הדם הלבנים וטסיות הדם. היכולת לגדל אותם מחוץ לגוף עשויה לסייע למחקר, להשתלות ולפיתוח טיפולים תאיים, אבל היא מציבה קושי מהותי: כאשר מוציאים את התאים מן הסביבה הטבעית שלהם ומנסים להרבות אותם בתרבית, חלקם עלולים לאבד את התכונות שמגדירות אותם כתאי גזע ולהתחיל להתמיין.
צוות מאוניברסיטת תל אביב וממכון לייבניץ לחקר פולימרים בדרזדן פיתח הידרוג'ל תלת־ממדי שנועד לחקות כמה מן האותות המכניים והביוכימיים שמקבלים התאים במח העצם. ההידרוג'ל בנוי מפפטידים ומגליקוזאמינוגליקנים, משפחת רב־סוכרים הנמצאת גם במטריצה החוץ־תאית בגוף. החוקרים הראו כי שינוי מבוקר ברמת הסולפציה של רכיב דמוי הפרין מאפשר לתכנת את תכונות החומר וליצור סביבה התומכת בתאי גזע ובתאי אב המטופואטיים אנושיים.
את המחקר הובילו פרופ' איילה למפל מאוניברסיטת תל אביב ופרופ' קרסטן ורנר ממכון לייבניץ. המחברת הראשונה היא שירל ורטניק מבית הספר שמוניס למחקר ביו־רפואי וחקר הסרטן באוניברסיטת תל אביב. המאמר פורסם בכתב העת Advanced Functional Materials ב־10 באוגוסט 2026.
לא רק מצע, אלא נישה
הידרוג'ל הוא רשת פולימרית עתירת מים. הוא יכול לספק לתאים מצע רך ותלת־ממדי, אך במקרה של תאי גזע של הדם אין די בכך. במח העצם התאים שוכנים ב"נישה" מורכבת: סביבה מקומית שמפעילה עליהם כוחות מכניים, קושרת חלבוני איתות ומציגה אותם לתאים בזמן ובריכוז המתאימים. השילוב הזה מסייע לקבוע אם התא יישאר תא גזע, יתחלק או יתמיין לתא דם בוגר.
במערכת החדשה הפפטידים יוצרים סיבים זעירים, ואילו הגליקוזאמינוגליקנים המסולפטים משתתפים בארגון הרשת וקושרים ציטוקינים—חלבוני איתות המווסתים את התנהגות התאים. כך החומר אינו משמש רק כשלד. הוא גם אוגר ומציג לתאים מולקולות איתות, בדומה לחלק מתפקידי המטריצה החוץ־תאית.
מתג כימי שמכוונן את החומר
סולפציה היא הוספה של קבוצות סולפט למולקולה. קבוצות אלה נושאות מטען חשמלי שלילי, ולכן מספרן ופיזורן משפיעים על האינטראקציות בין ההפרין לבין הפפטידים הטעונים. החוקרים שילבו פפטידים שתוכננו להיקשר להפרין עם נגזרות הפרין בעלות שלוש דרגות סולפציה, ובדקו כיצד השינויים הכימיים מתורגמים למבנה ולתכונות של ההידרוג'ל.
התברר כי גליקוזאמינוגליקנים בעלי סולפציה גבוהה יכולים לפעול כגורם מסייע להרכבה העצמית. במקצת הפפטידים הם עודדו מעבר ממבנה של סליל אקראי למבנה עשיר ביריעות בטא, וכך הפעילו את יצירת הג'ל גם בלי קשרים קוולנטיים קבועים. האינטראקציות ההפיכות יוצרות רשת ויסקו־אלסטית, שמסוגלת להגיב לעומס ולהרפות ממנו באופן המזכיר במידת מה מטריצה חוץ־תאית טבעית.
הניסויים הראו שאפשר לכוונן באמצעות התכנון המולקולרי את קשיחות החומר ואת יכולתו לקשור ציטוקינים. עם זאת, שני המשתנים אינם מנותקים לחלוטין זה מזה: שינוי המטען משפיע גם על ההרכבה וגם על הקישור לחלבונים. כדי למצוא הרכב מתאים לתאי הדם השתמשו החוקרים בשיטת תכנון ניסויים שיטתית, ובחנו מרחב של שילובים כימיים ומכניים במקום לשנות בכל פעם גורם יחיד.
המטרה: לשמור על התאים הראשוניים
ההרכב המיטבי היה עשיר בהפרין ובעל איזון מטענים שתמך ביצירת רשת אחידה. כאשר החוקרים גידלו בו תאי גזע ותאי אב המטופואטיים אנושיים, הם הצליחו להרחיב את אוכלוסיית התאים תוך שמירה על סמנים המזוהים עם אוכלוסיות ראשוניות ועל פוטנציאל קלונוגני—היכולת של תא יחיד ליצור מושבה של תאי דם בתנאי בדיקה.
ההשוואה לתרבית תרחיף רגילה חשובה להבנת התוצאה. ההידרוג'ל לא נועד רק להשיג את מספר התאים הגדול ביותר. לפי החוקרים, הוא הסיט את האיזון מהתרבות מספרית גורפת לעבר שימור מועדף של תאים בעלי מאפיינים ותפקוד ראשוניים. בגידול תאי גזע, האיכות והתפקוד של האוכלוסייה עשויים להיות חשובים לא פחות מן הכמות הכוללת.
החוקרים זיהו גם את המטען השלילי הכולל של הרשת כגורם מרכזי באחידות ההידרוג'ל ובתמיכתו בתאים. זהו כלל תכנון שעשוי לסייע בפיתוח חומרים נוספים: במקום להסתמך רק על ניסוי וטעייה, אפשר לקשור בין רצף הפפטיד, כימיית הגליקוזאמינוגליקן, המבנה הננומטרי, המכניקה של הג'ל והתוצאה הביולוגית.
עדיין לא טיפול רפואי
הממצאים מציגים פלטפורמה מבטיחה לתרבית ולמחקר, אך אין מדובר עדיין בטיפול שנבדק בבני אדם. לפני שימוש קליני יהיה צורך להראות שהמערכת פועלת באופן עקבי עם תאים מתורמים שונים, שניתן לייצרה בתנאים רפואיים מבוקרים ושהתאים המורחבים בטוחים ומתפקדים לאחר השתלה. סמנים מולקולריים ויצירת מושבות הם מדדים חשובים, אך אינם מחליפים בדיקות תפקוד ארוכות טווח בגוף חי.
העיקרון עשוי להיות שימושי גם מעבר למערכת הדם. תאים רבים תלויים בנישה מקומית שמחברת בין מכניקה, מבנה ואיתות ביוכימי. לכן שילוב מתוכנת של פפטידים וגליקוזאמינוגליקנים עשוי לשמש בעתיד לפיתוח מערכות תרבית, להעברת חלבונים ולהנדסה של סביבות תאיות ברפואה משקמת. כל יישום כזה ידרוש התאמה נפרדת לסוג התא ולתפקיד המבוקש.
שאלות ותשובות
מהם תאי גזע ותאי אב המטופואטיים?
אלה תאים היוצרים את מערכות תאי הדם. תאי הגזע ההמטופואטיים מסוגלים להתחדש לאורך זמן ולהוליד שושלות שונות של תאי דם. תאי האב כבר נמצאים בשלבים מתקדמים יותר בדרך להתמיינות, אך עדיין יכולים להתחלק וליצור כמה סוגי תאים.
מה תפקיד ההידרוג'ל במחקר?
ההידרוג'ל יוצר סביבת תרבית תלת־ממדית שמדמה מקצת מן המאפיינים של נישת מח העצם. הוא מספק תמיכה מכנית וגם קושר ציטוקינים, וכך מאפשר לבדוק כיצד שילוב של קשיחות ואיתות ביוכימי משפיע על התאים.
מדוע רמת הסולפציה חשובה?
קבוצות הסולפט מעניקות לגליקוזאמינוגליקנים מטען שלילי. שינוי ברמת הסולפציה משפיע על הקשר עם הפפטידים, על ההרכבה העצמית של הרשת ועל יכולתה לקשור חלבוני איתות. לכן היא משמשת מעין כפתור כוונון כימי לתכונות החומר.
האם ההידרוג'ל מוכן לשימוש בהשתלות מח עצם?
לא. המחקר נערך בתרבית ומציג עקרונות תכנון ותוצאות ראשוניות בתאים אנושיים. דרושים מחקרי המשך, בדיקות בטיחות וניסויים תפקודיים לפני שאפשר יהיה לשקול שימוש קליני.
מהו פוטנציאל קלונוגני?
זהו מדד ליכולת של תא יחיד להתחלק וליצור מושבה של תאי צאצא בתנאי מעבדה. שמירה על יכולת זו לאחר הגידול בהידרוג'ל מעידה שהתאים לא רק שרדו, אלא שמרו על תפקוד חשוב המזוהה עם תאי גזע ותאי אב.
