במסגרת ההתמודדות עם מחלות גנטיות קשות אלה, פועלת הקהילה המדעית בשני מישורים: האחד הוא פיתוח טכנולוגיות לאבחון גנטי מוקדם שימנע לידת ילודים חולים והשני הוא חקר המחלה במטרה לרפאה או לפחות להקל על חלק מתסמיניה
מאת: דלית בן-יוסף ועמי עמית, סיינטיפיק אמריקן-ישראל
מחלות גנטיות רבות נוצרות בעקבות מוטציה באחד הגנים. המוטציה גורמת ליצירת חלבון פגום או לחוסר בחלבון וכתוצאה מכך לשיבוש הפעילות התקינה של תא, של רקמה או של מערכת בגוף. במסגרת ההתמודדות עם מחלות גנטיות קשות אלה, פועלת הקהילה המדעית בשני מישורים: האחד הוא פיתוח טכנולוגיות לאבחון גנטי מוקדם שימנע לידת ילודים חולים והשני הוא חקר המחלה במטרה לרפאה או לפחות להקל על חלק מתסמיניה. בשביל לחקור את המחלות הגנטיות השונות משתמשים לעתים קרובות בחיות מעבדה טרנסגניות כמודלים. בחיות אלה משנים בשיטות של הנדסה גנטית את המערך הגנטי (גנוטיפ) של בעל החיים כדי שיידמה לזה המאפיין את המחלה באדם. החיסרון בשיטה זו הוא שמופע המחלה בבעלי החיים הטרנסגניים אינו זהה בהכרח למחלה באדם, דבר הנובע בין השאר מן ההבדלים הגנטיים בין שני המינים. ויותר מזה, ישנן מחלות גנטיות שאי אפשר ליצור להן מקבילות בבעלי חיים מפני שהמנגנון המולקולרי הגורם למחלה באדם אינו קיים בבעל החיים, כמו למשל מחלת ה-X-השביר שאינה קיימת בעכבר. מודל אחר לחקר מחלות גנטיות הוא תרבית תאים הנלקחת מן החולים עצמם. אבל במקרים רבים אי אפשר ליצור תרבית תאים מקבוצת התאים הפגועה במחלה ולגדלה למחקר במעבדה, כמו למשל במחלה הפוגעת בתאי עצב.
המודלים הקיימים כיום לחקר מחלות גנטיות מאפשרים אפוא ללמוד רק על חלק ממאפייני המחלה ובאופן מוגבל בלבד.
הפקת תאי גזע עובריים לחקר מחלות גנטיות באדם
בפרויקט החדשני שהעמדנו במעבדה להפריה חוץ-גופית בבית היולדות ליס, בשיתוף עם ד”ר רחל אייגס ועם פרופ' ניסים בנבניסטי מן המחלקה לגנטיקה באוניברסיטה העברית, אנו מפיקים תאי גזע עובריים הנושאים באופן טבעי את המוטציה למחלה גנטית ידועה כדי שישמשו מודל מחקרי למחלה שהם נושאים. תאי הגזע מופקים מעוברים בני 5 ימים (בלסטוציסטים) הנושאים מחלות גנטיות, שהתקבלו מזוגות שעוברים טיפול של אבחון גנטי טרום השרשה – PGD. תאי גזע עובריים הם תאים פלוריפוטנטיים המדמים תאים בראשית ההתפתחות העוברית ובנוסף יש להם יכולת חלוקה אין-סופית המאפשרת לגדלם בתרבית לאורך זמן. כמו כן אפשר להשרות בתאים אלה התמיינות כמעט לכל סוגי התאים (תאי עצב, שריר וכדומה) ומתוך כך גם להשרות התמיינות לאותן רקמות הפגועות במחלה. תאים ממוינים אלה הם בעלי גנוטיפ זהה לזה המוכר מחולים וסביר שמשום כך גם הביטוי החיצוני שלהם (הפנוטיפ) יהיה דומה ביותר למופע המחלה באדם. תאים אלה הם אפוא בעלי פוטנציאל גדול למחקר של מחלות גנטיות.
מאז 1998 עת הפיקו לראשונה תאי גזע עובריים אנושיים, פורסמו מחקרים רבים בנושא שבחלקם משמשים תאי הגזע גם לחקר מחלות גנטיות. ואולם, ברובם המכריע של המחקרים האלה מדובר בשורות תאים עם גנוטיפ תקין שבהם יש צורך ליצור מוטציות מכוונות על ידי מניפולציה גנטית מורכבת כדי לדמות את המוטציה האופיינית למחלה הנחקרת. היתרון ביצירת שורות תאי גזע עובריים מעוברים טרום-השרשה הלוקים במחלה הוא בעובדה ששורות התאים נושאות את המוטציות באופן טבעי ונחסך הצורך במניפולציה גנטית. זאת ועוד, שורות התאים יכולות לכלול גם מוטציות שאותן אי אפשר ליצור בטכניקות של ביולוגיה מולקולרית כמו מוטציות חֶסֶר קטנות point mutations, טרנסלוקציות וטריזומיות. שורות התאים האלה משמשות כל אחת מהן מודל למחלה גנטית מסוימת והן יאפשרו את קידום המחקר על המחלה לצורך הבנת המנגנונים הגורמים לה. כמו כן הם ישמשו מודל לפיתוחן של תרופות שיסייעו במציאת אמצעי טיפול ואמצעי ריפוי למחלה.
שיטת המחקר
עוברים שנוצרים בהפריה חוץ-גופית גדלים באינקובטור במשך שלושה ימים עד לשלב שבו הם כוללים שמונה תאים. אז מוציאים מן העובר תא יחיד שעליו מבצעים אבחון גנטי טרום השרשה, PGD, ולפיו קובעים מי הם העוברים הבריאים שיוחזרו לרחם האישה במטרה להשיג היריון ולידה של ילד בריא. תהליך גידול העוברים והביופסיה של התא היחיד נעשה בידי אמבריולוגים במעבדה להפריה חוץ-גופית. העוברים שאובחנו חולים ואינם משמשים את האישה מודגרים במעבדה במשך כיומיים נוספים ומשמשים להפקת תאי גזע עובריים. את התאים מגדלים בתרבית בתנאים המבטיחים חלוקה ומעכבים התמיינות. סדרה של פיצולים מאפשרת התרבות מסיבית לקבלת מספר רב של מושבות בלתי ממוינות ולביסוס שורת תאים יציבה לאורך זמן.
הקמת בנק של תאי גזע עובריים הנושאים מוטציות שונות
פרויקט אבחון גנטי טרום השרשה שממנו נלקחים העוברים החולים ליצירת שורות התאים, פועל ביחידה מאז יוני 2002. כיום שטף הפניות של נשאים של מחלות גנטיות המעוניינים לעבור אבחון גנטי טרום השרשה הוא גדול, ורבים נאלצים להמתין לאבחון כמה חודשים. ד”ר מירה מלכוב, אחראית תחום PGD ביחידה ופרופ' יובל ירון, מנהל היחידה לאבחון טרום לידתי במכון הגנטי הקימו מערכת PGD מבוססת ומהימנה המסוגלת לאבחן כל מחלה שהמוטציה הגורמת לה ידועה. עד כה טיפלנו בכ-40 נשים ואבחנו בתא בודד כ 20 מוטציות שונות, חלקן מורכבות מאוד מבחינה גנטית. כמעט 20 נשים הרו ביחידה לאחר PGD ו-8 מהן כבר ילדו ילדים בריאים, עובדה המציבה אותנו כיחידה המובילה בתחום בישראל.
לזוגות מטופלים העוברים PGD לאיתור מחלות גנטיות יש בדרך כלל ילד חולה במשפחה הקרובה או המורחבת, ולכן גם מוטיבציה גבוהה לתרום למחקר המחלה שהם נושאים. בסוף 2004 קיבלנו לראשונה בישראל אישור של ועדה אתית ארצית להפקת תאי גזע מעוברים שאובחנו כנושאים מוטציה. במהלך 2005 הקמנו את המערכת ופנינו לזוגות שעוברים PGD ביחידה בבקשה לתרום את העוברים החולים למחקר. החלופה לתרומה היא הפסקת גידול העוברים המאובחנים כחולים. אולם ניסיוננו מלמד שהיענות המטופלים גבוהה ביותר, ועד כה כולם נענו.
עד כה הפקנו כמה קווים של תאי גזע עובריים הנושאים מוטציות אופניות למחלות גנטיות שונות. במקביל אנו שוקדים על הפקת תאי גזע עובריים הנושאים מחלות גנטיות נוספות במטרה להרחיב את הבנק שהקמנו המהווה מאגר של תאים למחלות השונות. תאי הגזע העובריים שברשותנו יוקדשו למחקר תוך שיתוף פעולה עם מדענים וחברות החוקרים את המחלות הגנטיות או המעוניינים לבצע סריקה של תרופות פוטנציאליות לריפוי או לטיפול במחלה.
תוצאות חדשניות במחקר על מחלת ה-X-השביר
קו תאי הגזע העובריים הראשון שהפקנו נושא את המוטציה המוכרת למחלת השכיחה הקרויה מחלת ה-X-השביר, והדבר מאפשר לנו לחקור את המנגנון המולקולרי הגורם להתבטאות המחלה. המחלה הקשה הזאת היא הסיבה השכיחה ביותר לפיגור שכלי אחרי תסמונת דאון (מונגולואיזם). זו מחלה דומיננטית מבחינה גנטית ששכיחות הנשאים שלה אצל נשים היא 1:150. לנשאיות יש סיכוי של עד 50% ללדת ילד חולה. בגן האחראי למחלה, FMR1, תיתכן מוטציה דינמית. כלומר, בגן יש רצף של שלושה נוקלאוטידים, CGG, החוזר על עצמו הרבה פעמים. באנשים בריאים מספר החזרות הוא בין 5 ל-55. אצל נשאי הפרמוטציה יש בין 55 ל-200 חזרות ולהם יש סיכוי גבוה שבדור הבא תחול הגברה נוספת שתעלה את מספר החזרות למעל 200. במקרה שמתרחשת הגברה כזו הפרט הוא חולה, מפני שמספר רב של רצפי CGG גורם לשפעול מנגנון מולקולרי הגורם לעיכוב ביטוי החלבון FMR1 שהוא בעל תפקיד חשוב בהתפתחות תאי עצב. המנגון המולקולרי שגורם להגברה במספר רצפי ה-CGG ולמעבר מפרמוטציה למוטציה אינו ברור. לא ידוע גם, מתי בדיוק כל זה מתרחש.
יש כמה מודלים בעכבר המשמשים לחקר מחלת ה-X-השביר, אך אף אחד מהם אינו אופטימלי לחקר המנגנון המולקולרי של המחלה. אנו הפקנו קו תאי גזע, מעוברים שאובחנו ב PGD ככאלה שירשו את האלל שנושא את הפרמוטציה, הוכחנו שבתאים אכן הייתה הגברה של מספר החזרות בגן למחלה והם אכן מציגים את המוטציה, על כל מאפייניה המולקולאריים בדיוק כפי שנמצא בחולי X-שביר. קראנו לקו התאים החדש HEFX1. במחקר הראנו ששורת תאי הגזע העובריים שהפקנו מתחלקת במעבדה ללא הגבלה ומציגה סמנים אופייניים לתאים לא ממוינים. וכן הצלחנו להראות התמיינות של התאים בגוף החי(in vivo) ובמבחנה (in-vitro) ליצירת טרטומות ו-Embryoid Bodies. הממצא המרשים ביותר היה, כשעקבנו אחר הביטוי של הגן FMR1 בתאים. הראנו שבתאי HEFX1 לא ממוינים, למרות נוכחות המוטציה הגן מתבטא גם ברמת ה-RNA וגם ברמת החלבון. היכולת של תאי גזע עוברים לעבור התמיינות, כפי שהראנו, בדומה לשלבים ראשונים בהתפתחות העוברית, מאפשרת לנו לחקור את התזמון המדויק של התבטאות המחלה.
אנו מקווים ששורות תאי הגזע העובריים הנושאות מוטציות מוכרות הגורמות למחלות גנטיות קשות, ישמשו מודל מחקרי טוב שיאפשר את לימוד הבסיס הפתופיזיולוגי של המחלה ובעתיד אף יסייע בפיתוח טיפולים ותרופות עבורה.
ד”ר דלית בן-יוסף היא מנהלת המעבדה להפריה חוץ-גופית, ופרופסור עמי עמית הוא מנהל היחידה להפריה חוץ גופית בבית החולים “ליס” ליולדות שבמרכז הרפואי על שם סוראסקי בתל אביב (אכילוב). ליצירת קשר: [email protected]
