באמצעות שיטה חדשה שפיתחו, הצליחו מדעני מכון ויצמן למדע לגדל עוברי עכברים מחוץ לרחם כבר משלבי ההיריון הראשוניים ביותר - מיד לאחר התקבעות הביצית המופרית בדופן הרחם - ועד לשלבים מתקדמים של יצירת האיברים בעובר. במכון ויצמן אמרו כי שיטה חדשה זו שממצאיה מתפרסמים הערב (יום ד') בכתב-העת המדעי Nature, צפויה להוות כלי משמעותי בחקר ההתפתחות העוברית ועשויה לספק תובנות חדשות על מומים מולדים והתפתחותיים ובעיות פוריות שונות.
עכברים גודלו מחוץ לרחם במכון ויצמן
(צילום: מכון ויצמן למדע)
פרופ' יעקוב חנא מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון, הסביר כי הרבה ממה שאנחנו יודעים כיום על התפתחות עוברית מקורו באחת משתי דרכים: התבוננות בהתפתחות העוברית של לא-יונקים – למשל דגים או דו-חיים – או תמונה מקוטעת וחלקית של ההתפתחות העוברית של עכברים בשלבים שונים של ההיריון. הסיבה לכך היא כי בניגוד להתפתחות עוברית של דגים או צפרדעים המתרחשת מחוץ לגוף בתוך ביצים שקופות, הרחם ביונקים הוא מעין "קופסה שחורה", שאינה מאפשרת לצפות באופן ישיר ורציף בהתפתחות החיים. על-אף ניסיונות חוזרים ונשנים מאז שנות השלושים של המאה הקודמת, לגדל עוברים מחוץ לרחם כבר משלבי ההתפתחות הראשוניים ועד לשלבים מתקדמים, ניסיונות אלה זכו להצלחה מוגבלת בלבד, והעוברים שהתפתחו נטו להיות "לא תקינים".
במשך שבע שנים, באמצעות ניסוי וטעייה, כיוונון עדין ובדיקות חוזרות ונשנות, פיתחו במעבדתו של פרופ' חנא, המתמחה בתאי גזע עובריים, שיטה דו-שלבית המאפשרת לגדל עוברי עכברים תקינים מחוץ לרחם כבר משלבי ההיריון הראשוניים - מהשלב שבו העוברים הם לא יותר מאשר גוש אחיד של תאים זהים ועד לשלב שבו הם בעלי גוף מוגדר היטב ואיברים פנימיים. "שלבים אלה הם החלק המסתורי והמעניין ביותר בהתפתחות העוברית. כעת, באמצעות השיטה החדשה, אנו יכולים להתבונן בשלבים אלה לפרטיהם ולבצע ניסויים שונים שלא היו אפשריים קודם לכן", אמר פרופ' חנא.
בשלב הראשון גידל צוות המחקר בהובלת אלחנדרו אגילרה, ד"ר ברנרדו אולדק, ד"ר ראדה מסארווה, ד"ר נועה נוברשטרן וד"ר איתי מזאה, לשעבר תלמיד מחקר במעבדתו של פרופ' חנא וכיום חוקר במרכז הרפואי רמב"ם, עוברים בני כמה ימים – בשלב ההתפתחותי שבו הם מעין כדורים המורכבים מ-250 תאי גזע זהים. המדענים הצליחו לגרום לכדורים אלה להשתרש במצע גידול מיוחד בתוך כלי מעבדה - בדומה לאופן שבו הם משתרשים בדופן הרחם. בכך הם הצליחו לחקות את השלב הראשון של ההתפתחות העוברית, שבמהלכו מכפיל העובר את גודלו פי כמה וכמה, בעודו מתמיין לשלוש שכבות של תאים: פנימית, אמצעית וחיצונית.
לאחר כיומיים - עם כניסתם של העוברים לשלב הבא שבו מתפתחים האיברים השונים - הם הועברו לתמיסת הזנה בכוסות מעבדה זעירות שהוצבו על-גבי גלגלים. בהיעדר זרימת דם מהאם לשליה, תנועת הגלגלים אפשרה ערבוב מתמיד של חומרי ההזנה שבתמיסה המקיפה את העוברים. בנוסף דאגו החוקרים לנטר ולווסת את הכמות והלחץ של החמצן והפחמן הדו-חמצני בכלי המעבדה.
כדי לבדוק אם תהליכי ההתפתחות מחוץ לרחם היו תקינים, ערך הצוות השוואות מדוקדקות של העוברים שהתפתחו מחוץ לרחם עם עוברים שהתפתחו ברחם בנקודות זמן שונות. החוקרים גילו כי התהליכים ההתפתחותיים היו זהים לחלוטין בשתי הקבוצות. בהמשך הצליחו החוקרים לסמן את האיברים המתפתחים בעוברים מחוץ לרחם באמצעות גנים פלואורסצנטיים. במכון ויצמן הדגישו כי הצלחתם של החוקרים מבשרת טובות לגבי אפשרויות מחקר עתידיות. "אנו מאמינים שאפשר להזריק גנים או אלמנטים אחרים לעוברים המתפתחים בשיטה חוץ-רחמית זו, ולקבל תוצאות העולות בקנה אחד עם מה שקורה ברחם", הסביר פרופ' חנא.
"אם נותנים לעובר את התנאים הדרושים לו, הקוד הגנטי נכנס לפעולה ומפיל לבנה אחר לבנה בשרשרת הדומינו של התפתחות החיים", הוא הוסיף. "מטרתנו הייתה להצליח לשחזר תנאים אלה, כך שנוכל לצפות בזמן אמת באפקט הדומינו בפעולה". פרופ' חנא הסביר גם כי שיטה זו צפויה בין היתר להפחית את השימוש בחיות מעבדה, להוזיל עלויות ולהאיץ תהליכי מחקר בתחום הביולוגיה ההתפתחותית.
ד"ר איתי מאזה, מהמכון למחקר רפואי ברמב"ם, שהיה שותף למחקר, הוסיף: "ביחד עם ד"ר נדיר גאנם רופא בכיר, ביחידה לרפואת האם והעובר ברמב"ם, למדנו כיצד להפיק בצורה מיטבית את הסרום הטבורי האנושי, כך שיוכל להזין את העובר מחוץ לרחם. הסרום שהופק מהדם המלא מכיל רכיבים שטרם פוענחו והתבררו כמרכיב קריטי בתמיכה בהתפתחות העוברית מחוץ לרחם," אמר ד"ר מאזה והוסיף כי "במחקר המשכי אנו מתכוונים לשתף פעולה עם פרופ' חנא בניסיון לגדל את עוברי העכבר כבר משלב ההפריה, ובאופן רציף עד לשלבים מתקדמים יותר של היריון".
לדברי מאזה, מדובר במנגנון "המאפשר התפתחות של העובר מחוץ לרחם החל משלב הריון מוקדם בו הביצית המופרית משתרשת לדופן הרחם ועד לשלבים מתקדמים של יצירת אברים בעובר (כגון גפיים, עיניים, לב ומערכת עצבים). מערכת זו מאפשרת לנו בפעם הראשונה בעולם להתבונן באופן רציף כיצד מתפתח עובר. מדובר בכלי מחקרי חשוב שיאפשר לנו ללמוד על התפתחות של מומים מולדים והתפתחותיים ולהבין טוב יותר בעיות פוריות".
במחקרי המשך ינסו במעבדתו של פרופ' חנא לגדל את העוברים מחוץ לרחם כבר משלב אפס ולייצר לשם כך עוברים מלאכותיים מתאי גזע. כמו כן הם ינסו לרתום את השיטה שפיתחו כדי לבדוק מדוע הריונות כה רבים אינם נקלטים, כיצד תאי גזע מאבדים בהדרגה את אופיים ככל שמתקדם תהליך ההתמיינות ואילו תנאים בהריון עלולים להוביל להפרעות התפתחותיות.
במחקר השתתפו גם תום שני, שאדי טרזי, ג'ונתן ביירל, ולריה צ'וגייבה, ד"ר מוניף עיאש, שהד אשיוח'י, דאוד שיבאן, ניר ליבנת, ד"ר ליאור לסמן, סרגי ויוקוב ומירי זרביב מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון; ד"ר יונתן שטלצר, ד"ר יואח רייס וד"ר סאיפנג צ'נג מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון; ד"ר יוסף אדדי וד"ר הדס קרן-שאול מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים במכון; ד"ר נדיר גאנם וחן איצקוביץ מהמרכז הרפואי רמב"ם; ד"ר שרון סלומוביץ' מהטכניון, ורענן שלמה מארד טכנולוגיות.
