כמה תאים צריך כדי לייצר זיכרון?

לפני שריקת הפתיחה של משחקי כדור, נוהגים השחקנים להתקבץ במעגל ולחלק ביניהם את התפקידים על המגרש. ממחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע עולה כי גם תאים של המערכת החיסונית מתגודדים לפני שהם יוצאים למערכה נגד פולש, ומחליטים ביחד איזה תפקיד ימלא כל אחד: חלקם ישתתפו במתקפה קצרת-טווח, בעוד אחרים יתרמו ליצירת זיכרון חיסוני, אשר יוביל לעמידות ארוכת-טווח בפני זיהומים עתידיים. ממצאי המחקר שפורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Science, עשויים לאפשר פיתוח אסטרטגיות חיסון טובות יותר, ובכלל זה גם למחלות שאין כיום חיסון יעיל עבורן.

עוד כתבות במסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע:

שום אברון איננו אי

כמעט מושלם

מחשבות מסלול מחדש

גידול תאים ב"מיקרו-באריות" – משטחים המכילים אלפי גומחות שגודלן פחות מעובי שערה. בתחילת הניסוי הוכנסו אל חלק מה"מיקרו-באריות" תא T אחד או שניים, בעוד שלאחרות הוכנס מספר רב יותר – עד עשרה תאים ל"בארית"(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

במחקר בחנו החוקרים את התנהגותם של "תאי T מסייעים" לאחר זיהוי גורם זר. פרופ' ניר פרידמן מהמחלקה לאימונולוגיה מסביר שתאי T מסייעים הם אלה אשר מכוונים את פעילותם של התאים השונים המשתתפים בתגובה החיסונית - תאי B מייצרי נוגדנים, מקרופאגים "אוכלי" חיידקים, וגם "תאי T מחסלים", אשר מרעילים תאים נגועים והורגים תאים ממאירים. כאשר פולש זר (למשל נגיף או בקטריה) חודר לגוף, תאי T מסייעים מזהים נוכחות של מחולל מחלה - תהליך המתרחש בבלוטות הלימפה - ובתגובה מתחלקים למספר רב של תאי-בת ומתארגנים לקראת מאבק בפולשים.

רוב תאי-הבת הופכים ל "תאים פעילים" (effector cells) אשר נוטלים חלק במתקפה ומתים זמן קצר לאחר מכן. אבל התמיינות התאים מייצרת גם תאי זיכרון, אשר נשארים בגוף במשך שנים או אפילו עשורים, ומגנים עלינו מהתקפות חוזרות של אותו מחולל מחלה. בשנים האחרונות התגלה כי תאי T מתקבצים יחד ויוצרים אשכולות בתוך בלוטות הלימפה, אך לא היה ברור מה המשמעות של ממצאים אלה. המחקר החדש מגלה כי התגודדות זו חיונית לפעילות המערכת החיסונית: התאים המקובצים מתקשרים זה עם זה, סופרים את התאים בסביבתם הקרובה בכל רגע נתון, ומחליטים יחדיו כיצד להמשיך בתהליך ההתמיינות.

חברי הקבוצה של פרופ' פרידמן, בהובלת ד"ר מיכל פולונסקי, שהייתה באותו זמן תלמידת מחקר במעבדה, ובשיתוף פעולה עם קבוצת המחקר של פרופ' בנג'מין צ'יין מאוניברסיטת UCL בלונדון, בחנו את השאלה אם התקבצויות תאי T, שנצפו בעבר על-ידי פרופ' פרידמן ואחרים, ממלאות תפקיד כלשהו בתגובה החיסונית ובפרט ביצירת תאי זיכרון. כדי להשיב על השאלה, פנו המדענים לשיטה שפותחה בעבר במעבדה של פרופ' פרידמן: גידול תאים ב"מיקרו-באריות" - משטחים המכילים אלפי גומחות שגודלן פחות מעובי שערה - ומעקב בן כמה ימים אחר הצמיחה וההתפתחות של תאים אלה.

מימין: פרופ' בנג'מין צ'יין, ד"ר מיכל פולונסקי ופרופ' ניר פרידמן. "הממצאים עשויים לסייע בפיתוח חיסונים חדשים"(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

בתחילת הניסוי הוכנסו אל חלק מה"מיקרו-באריות" תא T אחד או שניים בלבד, בעוד של"באריות" אחרות הוכנס מספר רב יותר - עד עשרה תאים ל"בארית". לאחר הפעלת תאי ה-T (בתהליך המדמה זיהוי פולש זר החודר לגוף), עקבו החוקרים אחר החלוקה, ההתמיינות וההתגודדות של התאים לאשכולות תחת מיקרוסקופ. שני סוגי התאים – התאים הפעילים ותאי הזיכרון - קודדו בצבעים שונים על-מנת להקל על זיהויים.

החוקרים מצאו הבדל ניכר בין "באריות" שבהן נזרעו תאי T מסייעים בודדים ל"באריות" שבהן התנאים הראשוניים היו צפופים יותר: ב"באריות" הצפופות יותר נוצרו תאי זיכרון רבים יותר. ניתוח הנתונים העלה כי התאים יכולים "להתפקד" – תופעה המזכירה "חישת מניין" (quorum sensing) המוכרת בקרב חיידקים: באמצעות רמזים סביבתיים שונים, החיידקים מכמתים את גודל המושבה ומשתמשים במידע כדי לקבל החלטות המשפיעות על המושבה כולה. "במקרה של תאי T התהליך מורכב יותר", אומר פרופ' פרידמן. "מתקיים כאן תהליך קבלת החלטות קולקטיבי. תאי ה-T לא מקבלים את ההחלטה להפוך לתאי זיכרון לבדם, באופן עצמאי, אלא 'מתייעצים' עם שכניהם ומחליטים במשותף. ככל שמספר תאי ה-T גדול יותר, כך ההתמיינות ליצירת תאי זיכרון מהירה ויעילה יותר".

במהלך הניסוי הצליח צוות המחקר לבודד כמה מולקולות איתות המופרשות על ידי תאי ה-T המתגודדים, והראה כיצד אלה מסייעות לתאים "לחוש" את גודל הקבוצה ולייצר יותר או פחות תאי זיכרון כתוצאה מכך. אומר פרופ' צ'יין: "מערכת החיסון צריכה להקצות משאבים באופן יעיל. ברגע שיש מספיק תאי T כדי להילחם בזיהום, היא יכולה להרשות לעצמה להפוך את הנותרים לתאי זיכרון שיאפשרו לה להילחם בפולשים בזמן מאוחר יותר".

החיסונים הקיימים כיום מיועדים לאפשר לגוף לייצר תאי זיכרון, באמצעות תהליך סטנדרטי של התמיינות: הם חושפים את הגוף למחולל מחלה מת או מוחלש וכך מפעילים את תאי ה-T בבלוטות הלימפה אשר מתחילים להתחלק ולהתמיין כאילו עומד בפניהם איום ממשי. "ייתכן שנוכל להשתמש בידע זה כדי להטות את התגובה החיסונית כך שייווצרו יותר תאי זיכרון על חשבון תגובה חיסונית מיידית", אומר פרופ' צ'יין. "הממצאים עשויים גם לסייע בפיתוח חיסונים חדשים למחלות שאין כיום דרך למנוע, או חיסונים המותאמים לקשישים שהמערכת החיסונית שלהם מוחלשת, ואף עשויים להוביל לכיוונים חדשים בחיסון נגד סרטן", מוסיף פרופ' פרידמן.

ציר לונדון-רחובות

מאז נפגשו לראשונה לפני כעשר שנים, מבלה פרופ' בנג'מין צ'יין מאוניברסיטת UCL שבלונדון חודש בשנה במעבדה של פרופ' פרידמן במכון ויצמן למדע. במהלך עשור זה, החליפו ביניהן המעבדות תלמידים ורעיונות - שיתוף פעולה שהתאפשר, בין היתר, הודות לתכנית Making Connections שנוסדה ביוזמת הוועד הבריטי של ידידי מכון ויצמן למדע.

כבר בשנות השמונים של המאה הקודמת זיהה פרופ' צ'יין התגודדויות של תאי המערכת החיסונית, הנקראים תאים דנדריטיים, אך לא עמדו לרשותו כלי המחקר הדרושים כדי לברר מה פשרן. "רק באמצעות השיטות המתקדמות כיום, והודות לשיתוף הפעולה בין שתי המעבדות, אנחנו יכולים באמת לחקור התגודדויות אלה ברמת התא הבודד ולאורך זמן".