חוקרים מאוניברסיטת ת"א הינדסו רקמת לב ביונית

לב ביוני בעל יכולות משופרות, הבנוי מתאי שריר לב, ביו-חומרים וננו-אלקטרוניקה, שמאפשר מעקב אונליין אחר הפעילות הלבבית וכולל אלגוריתמים להתמודדות עם כשלים לבביים - הונדס על-ידי חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב. מאחורי פריצת הדרך ההנדסית עומד צוות חוקרים בראשותו של ד"ר טל דביר מהמחלקות לביוטכנולוגיה, מדע והנדסת חומרים והמכון לננו-טכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב. תוצאות המחקר פורסמו הערב (יום ב') בכתב העת היוקרתי Nature Materials.

מחלות לב הן גורם התמותה המוביל במדינות המערב, ומבין אלו אוטם שריר הלב הוא הנפוץ מכולן. החוקרים הסבירו כי התקף לב - או בשמו הרפואי: אוטם שריר הלב - מתרחש כשאחד מן העורקים הכליליים המזינים את הלב נחסם, ועקב כך חמצן לא מגיע לרקמת שריר הלב. תאי השריר המתים יוצרים רקמה צלקתית שלא מסוגלת עוד להתכווץ ולשלוח דם וחמצן אל שאר הגוף.

לב חי ביוני אשר מופעל מהמחשב. הלב המהונדס מכיל תאי שריר לב חיים, פולימרים ומערכת מורכבת של ננו-אלקטרוניקה אשר מקנה לו יכולות משופרות כגון ניטור התכווצותו בזמן אמת, ובעת הצורך מתן סטימולציה חשמלית לקיצוב. בנוסף, האלקטרוניקה בלב המהונדס מאפשרת שחרור תרופות בצורה מבוקרת, לדוגמא חלבונים אשר מושכים תאי גזע, או תרופות אנטי דלקתיות לשיפור קליטת השתל(באדיבות טל דביר ורון פיינר)

ד"ר טל דביר הסביר מדוע פריצת הדרך היא חשובה: "הסטטיסטיקה אומרת ש-50% מאלה שעברו התקף לב חמור ימותו תוך חמש שנים מההתקף מה שאנחנו מנסים לעשות במעבדה שלנו זה לייצר תחליפי רקמות לאיברים פנימיים בכלל, ובפרט להנדס את רקמת שריר הלב. כיום, אם מישהו עובר התקף לב חמור, אין יותר מידי מה לעשות מלבד להשתיל בו לב חדש. מפני שיש מחסור בתורמים, אנחנו במעבדה שלנו מנסים להנדס פתרונות חדשים - ולבנות רקמות חדשות".

ככלל, רקמות מורכבות מתאים ומהחומר החוץ-תאי, שמקשר בין התאים מבחינה כימית, מכנית וחשמלית. "בעצם, החומר החוץ-תאי הוא זה שהופך אוסף של תאים לרקמה מתפקדת", מסביר ד"ר דביר. "אנחנו במעבדה מנסים לשחזר את אותו חומר חוץ-תאי בצורה סינתטית. אנחנו לומדים את התכונות השונות של הרקמה הביולוגית ואז פועלים בשיטה של הנדסה הפוכה. אנחנו לא סתם מהנדסים ביו-חומרים, אנחנו בודקים איך תאים שאנחנו זורעים על אותו ביו-חומר מתארגנים מחדש לידי רקמה: איך הם מתכווצים, איך הם מעבירים סיגנלים חשמליים וכך הלאה".

(באדיבות טל דביר ורון פיינר)

אלא שבהנדסת רקמת שריר לב מפולימרים סינתטיים יש כמה בעיות, מסבירים החוקרים. אחת מהן היא המערכת החיסונית של החולה, שעלולה לדחות את ההשתלה. הפתרון שד"ר דביר ועמיתיו לצוות המחקר מצאו הוא להשתמש בביו-חומרים מהחולה עצמו. "מטבע הדברים, אין משהו מותאם יותר לחולה מאשר החומרים שלו עצמו. במקום ליצור אותם בצורה סינתטית, בעבר הצלחנו ליצור טלאי לב המבוססים על ביו-חומרים ותאי גזע המגיעים מהחולה. כך באפשרותנו לצור טלאי שריר לב עצמי לחלוטין".

הפיתוח האחרון, והשאפתני ביותר, של ד"ר דביר והדוקטורנט רון פיינר הוא שילוב של רכיבים אלקטרוניים ברקמות המהונדסות. "הרעיון הוא לערוך מעקב אונליין אחר פעילות הלב בעזרת הננו-אלקטרוניקה, וכשצריך, לקצוב את פעילות הרקמה המהונדסת, ואפילו לשחרר תרופות בלחיצת כפתור בעזרת פולימרים מיוחדים שפיתחנו", אומר ד"ר דביר. "למשל, אם הרקמה מאותתת שיש דלקת, ניתן לשחרר תרופה אנטי-דלקתית. אם הרקמה מדווחת שקיים מחסור בחמצן, אנחנו יכולים

 לשחרר ביו-פקטורים שמושכים תאי גזע לבניית כלי דם נוספים. כל זה בזמן אמת. יושב לו החולה בבית ולא מרגיש טוב. הרופא מקבל ביפר, נכנס למחשב ורואה את מצב הלב. משם הוא מחליט על טיפול מרחוק.

ד"ר דביר סיכם: "למעשה, לאחר ההשתלה אנחנו כבר לא ממש צריכים את הרופא, כי הלב הביוני עושה רגולציה לעצמו. ניתן לכתוב לו תוכנה, קוד, שמורה לו כיצד לנהוג. לדוגמא, כאשר הרקמה המהונדסת מרגישה פחות מ-60 התכווצויות בדקה - היא מספקת את הסיגנל להתכווץ בתדירות הרצויה. לא צריך לחכות לרופא. הפיתוח הזה הוא פריצת דרך. כי עד עכשיו רקמות מלאכותיות כאלו, בכל תחום הנדסת הרקמות, לא היו מסוגלות לרגולציה עצמית. פה אנחנו מדברים על רקמה סייבורגית: שילוב של אלמנטים חיים ומכונה. זה משהו חי, לב ביוני. בשלב הבא ננסה את הטכנולוגיה שפיתחנו על בעלי חיים, כאשר המטרה היא להגיע לניסויים קליניים. כרגע התחלנו לעבוד במעבדה על הפרויקט השאפתני הבא: שימוש במדפסת תלת ממדית להדפסת לב ביוני שלם, הכולל עליות, חדרים, שסתומים וכלי דם. וגם אלקטרוניקה, כמובן".