צוות בראשות חוקרת ישראלית יצר לראשונה רקמה תלת-ממדית מתאי גזע עובריים
ד”ר שולמית לבנברג ופרופ’ רוברט לנגר, שבמעבדתו נערך המחקר. “המבנה כולו נראה כמו ספוג שבתוך חלליו גדלים התאים”, אומרת לבנברג. תצלום:דונה קוויני, MIT
המחסור החמור באיברים להשתלה מדרבן זה זמן רב מדענים למצוא חלופות להשתלת איברים שלמים. התקווה היא שתאי גזע עובריים יוכלו לעשות את המלאכה. חוקרים מנסים לגדל היום תאי גזע עובריים במעבדה, להוסיף להם גורמי גידול שונים ולהתוות את התפתחותם לתאי עצב, תאי שריר, תאי לב, תאים מפרישי אינסולין ועוד. אולם ברקמה התאים מסודרים במבנה מאורגן ומקיימים יחסי גומלין זה עם זה. לכן, אם רוצים ליצור רקמה מהתאים העובריים, לא די לכוון את התמיינותם, אלא יש לדאוג שיתארגנו יחד במערך תלת-ממדי ויתפקדו כיחידה אחת.
בהקשר זה התפתח בשנים האחרונות תחום הנדסת הרקמות מתאי גזע. הרעיון הוא לתת לתאי הגזע להתארגן על גבי פיגום מתכלה, המורכב מחומרים ביולוגיים. תאי הגזע יתארגנו בהדרגה על גבי הפיגום וייצרו רקמה, ובמקביל הפיגום יתכלה בהדרגה ואת מקומו תתפוס הרקמה המוגמרת. לשם כך צריך להרכיב קוקטייל ספציפי של גורמי הגידול, שיביא להתמיינות תאי הגזע העובריים לרקמה הרצויה, לפתח פיגום ביולוגי מחומרים שקצב התכלותם תואם את קצב ההתמיינות וההתארגנות של תאי הגזע, ובסופו של דבר לבדוק אם המרשם הזה אכן מביא ליצירת רקמה מתפקדת. זהו תהליך סבוך, שכן הרקמה מורכבת לא רק מהתאים האמונים על תפקודיה, אלא בין השאר גם מכלי דם המספקים לה חמצן וחומרי מזון. עד היום לא הצליחו חוקרים ליצור רקמה תלת-ממדית מתפקדת מתאי גזע עובריים.
ניסיון ראשון בכיוון הזה הוכתר כעת בהצלחה. ד”ר שולמית לבנברג וצוות חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס (MIT) הצליחו ליצור רקמה תלת-ממדית מאורגנת מתאי גזע עובריים שגודלו על גבי פיגום מתכלה; המחקר התפרסם בסוף אוקטובר בכתב העת “National Academy of Sciences.” Proceedings of the לבנברג, שתצטרף בשנה הבאה לסגל המחלקה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, ערכה את המחקר במעבדתו של פרופ’ רוברט לנגר. צוות החוקרים כלל גם את פרופ’ יוסף איצקוביץ מהפקולטה לרפואה בטכניון.
לבנברג התמקדה בתחילה ביצירה של כלי דם מחוץ לגוף. “המחשבה היתה שתאי גזע עובריים אנושיים יכולים להיות מקור טוב לכך”, היא אומרת. “לפני שנה הראינו שאפשר להנחות את תאי הגזע האלה להתמיין לתאי אנדותל, המצפים את הדופן הפנימית של כלי הדם; תאים אלה ייצרו בהמשך צינורות. כשנתנו לתאי האנדותל האנושיים להתארגן על פולימרים תלת-ממדיים והשתלנו אותם לעכברים חסרי מערכת חיסון (כדי למנוע דחייה), ראינו שהצינורות שנוצרו, שהיו ממקור אנושי, השתלבו במערך כלי הדם של העכבר ושכדוריות הדם של העכברים שוטטו בתוכם”.
הרעיון הבא היה ליצור רקמה אנושית תלת-ממדית באותה שיטה. “רקמה מורכבת, למשל רקמת לב, כוללת רקמת שריר, רקמת חיבור, כלי דם ועוד גורמים שמתארגנים יחד ליצירת רקמת הלב בכללותה”, אומרת לבנברג. “ההשערה היתה שאם נשים את התאים העובריים על מבנה תלת-ממדי וניתן להם אותות שגורמים להם להתמיין לסוג התאים הרצוי, הם יתארגנו גם במבנה הרצוי. בניסויים הקודמים נתנו לתאים להתמיין תחילה ורק אחר כך זרענו אותם בתוך הפיגום. הפעם קיווינו שברקמה מורכבת, ההתמיינות וההתארגנות יתרחשו באותו זמן, וכך נוכל אולי לקבל בתוך המבנה התלת-ממדי את כל מרכיבי הרקמה, כולל כלי הדם שבה”.
צוות המחקר תיכנן פיגום מתכלה שיתאים למשימה. “היה צורך לתכנן בקפידה את הפיגום”, אומרת לבנברג. “אם הפיגום רך מדי הוא קורס, משום שהוא צריך לספק תמיכה למתחים וכוחות מכניים שנוצרים בעת ההתמיינות וההתארגנות של הרקמה. בסופו של דבר בחרנו פיגום שמשלב שני פולימרים. האחד מתכלה מהר יחסית ומאפשר לתאים לגדול, להתרבות ולהתארגן, והשני מתכלה לאט יחסית ומספק את התמיכה המכנית להתארגנות הזאת. המבנה כולו נראה כמו ספוג שבתוך חלליו גדלים התאים”.
את הפיגום ציפו החוקרים בחומר ביולוגי שמדביק את התאים לפולימר, ובתוכו זרעו את תאי הגזע העובריים. לפיגומים שונים הוסיפו קוקטיילים שונים של גורמי גידול. “עקבנו אחרי התאים ונדהמנו למראה עינינו”, מספרת לבנברג. “ראינו שהתאים התחילו ‘לדבר’ אחד עם השני ולהתארגן לרקמה. בקוקטייל מסוים הצלחנו להשרות התמיינות לתאי עצב, בקוקטייל אחר קיבלנו התמיינות לתאים עם מאפיינים של תאי כבד, בקוקטייל נוסף התקבלו מאפיינים של רקמת סחוס. כל התאים התארגנו באופן תלת-ממדי וחלק מהם יצרו רקמה שכללה מערך של כלי דם. אמנם זו עדיין לא רקמה ייחודית ומושלמת, ויש לוודא באופן יסודי שהתאים לא מאבדים את הארגון שלהם, דבר שעלול להביא ליצירת גידולים סרטניים. אבל הוכחנו לראשונה שאפשר להשתמש בפיגומים כדי ליצור רקמה תלת-ממדית מתאי גזע עובריים”.
בשלב הבא השתילו החוקרים את הרקמות האנושיות בעכברים חסרי מערכת חיסון. “עקבנו אחר הרקמות האנושיות בעכברים במשך שבועיים”, אומרת לבנברג. “בזמן הזה הן המשיכו להתמיין והפרישו את החלבונים האנושיים המאפיינים כל רקמה. ראינו שכלי הדם הראשוניים שנוצרו במעבדה בתוך הפולימר התארגנו ויצרו כלי דם בגוף העכבר. בחלק מהם נמצאו גם כדוריות הדם של העכבר”.
לבד מההיבט היישומי של המחקר כפוטנציאל להשתלת רקמות, יש לו גם היבט תיאורטי השופך אור על תהליכי ההתפתחות העוברית. “התאים העובריים מתארגנים אף הם במבנים תלת-ממדיים, והשיטה שלנו תאפשר לעקוב אחר ההתארגנות שלהם”, אומרת לבנברג. “בגוף נמצאים כל גורמי הגידול המשפיעים על ההתארגנות וההתמיינות של התאים העובריים, אבל לא ברור מי משפיע עליהם ובאיזו צורה. אנחנו מקווים שהמודל שלנו יאפשר לחקור זאת”.
