"אם לא תאכל, לא תגדל", נוהגים לומר לילדים, אבל הגובה שלנו בבגרותנו נקבע במידה רבה על ידי לוחיות הגדילה - אזורי צמיחה בשני הקצוות של העצמות הארוכות בגוף, כמו הידיים והרגליים. בילדות ובגיל ההתבגרות רקמת הסחוס הרכה באזורים אלה צומחת ומוחלפת בהדרגה ברקמת עצם קשה. "אם הסחוס אינו תקין, גם העצם לא תהיה תקינה – קצרה מדי, ארוכה מדי או מעוותת", מסביר פרופ' אלי זלצר מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן, שמעבדתו מתמחה בחקר מערכת השלד.
קראו עוד:
לאחרונה פיתחו שם שיטת דימות חדשה המאפשרת לבחון תהליכי גדילה בתלת-ממד. בעזרת השיטה חשפו החוקרים ממצאים חדשים על צמיחת העצמות ועל האופן שבו צמיחה זו משתבשת בסוג מסוים של גַּמָּדוּת.
כבר לפני כמאה שנה הבינו מדענים כי תאי הסחוס הם המפתח להבנת תהליכי הגדילה, אך עד לאחרונה לא היו בנמצא שיטות יעילות למעקב אחר התהליכים שתאים אלה עוברים. שיטות הדימות הקיימות אִפשרו להפיק תמונות בדו-ממד בלבד, ולכן המידע על נפח התאים ועל התארגנותם במרחב היה חלקי. שיטות דימות ברזולוציה גבוהה, לעומת זאת, סיפקו תמונות מפורטות אמנם, אך של מקטעים קטנים בלבד. התמונה הגדולה הלכה לאיבוד.
במחקר החדש, בהובלת שרה רובין, תלמידת מחקר במעבדתו של פרופ' זלצר, פיתחו המדענים את שיטת 3D MAPs, המאפשרת לבחון מאות אלפי תאי סחוס בתלת-ממד. השיטה מורכבת מכמה שלבים: ראשית, הפיכת רקמת הסחוס לשקופה באמצעות כימיקלים ובחינתה תחת מיקרוסקופ גיליון אור; בהמשך, מחלקים את תמונות המיקרוסקופיה שהתקבלו למקטעים, ומאפיינים את התאים בכל חתך באמצעות סדרת אלגוריתמים וכלים של בינה מלאכותית; בשלב השלישי והאחרון חוזרים לתמונה המלאה וממפים על גבה את התאים עד לקבלת מפת תלת-ממד מפורטת של לוחית הגדילה השלמה, הכוללת מידע על צורת התאים וגודלם, מיקומם במרחב והכיווניות שלהם.
השיטה החדשה תאפשר למדענים להמשיך ולחקור את התהליכים שעוברים תאים בלוחית הגדילה – הן במצבים של צמיחה תקינה והן בהפרעות גדילה שונות. שיטה זו תאפשר גם לחקור השפעות חיצוניות על צמיחת העצמות - למשל, השפעת מערכת השרירים
הודות לפירוט חסר התקדים של השיטה, הצליחו המדענים להפריך הנחה רווחת לגבי צמיחת עצמות. ידוע כי תאי לוחית הגדילה מסודרים בדומה לשכבות ארכיאולוגיות: תאים חדשים נולדים בקצות העצם, ותאים ותיקים יותר, שעברו תהליכי צמיחה שונים, נמצאים סמוך יותר למרכז העצם. במחקרים קודמים היה נראה כאילו התאים ה"ותיקים" ביותר, כלומר אלה הסמוכים למרכז העצם, גדולים כמעט פי עשרה מהתאים הצמודים להם. עם זאת, כשבחנו מדעני המכון לוחיות גדילה של עכברים בשיטה החדשה, הם גילו כי הקפיצה כביכול בגודל התאים היא למעשה אשליה הנובעת מהדימות בדו-ממד. במציאות התאים גדלים בצורה הדרגתית בהרבה.
3 צפייה בגלריה
בעצם בריאה (משמאל), רוב התאים מיושרים באותו כיוון (מסומנים באדום או בכתום). בעצם עם מוטציה בגן Gdf5 (מימין) יש תאים רבים עם סטייה (בכחול)
השיטה אפשרה לחוקרים לפענח גם שתי תעלומות הנוגעות לסוג גמדות הקרוי תסמונת גרבה (Grebe). ידוע כי תסמונת זו נובעת ממוטציה בגן Gdf5, אך לא היה ברור כיצד מוטציה בגן המשחק תפקיד בהיווצרות פרקים, מובילה לגפיים קצרות ומעוותות. יותר מכך, לוחיות הגדילה של הלוקים בתסמונת נראות לכאורה תקינות לגמרי. כשבחנו המדענים עכברים מהונדסים עם מוטציה בגן Gdf5 באמצעות השיטה החדשה, הם מצאו סדרת שיבושים בלוחיות הגדילה שלא נתגלו במחקרים קודמים.
בכך חשפו החוקרים כי לבד מיצירת מפרקים, הגן ממלא תפקיד גם בוויסות תהליכי גדילה, וכי מוטציה בגן מובילה לכך שתאי הסחוס אינם גדלים בקצב הנכון, צורתם אינה תקינה והם אינם מכוונים לכיוון הנכון. "דמיינו גולות דחוסות בשקית: אם נשנה את צורתן, כבר לא נוכל לסדרן בשקית באותו האופן", אומרת רובין. "כך, גם התאים המעוותים בלוחית הגדילה אינם מתארגנים כהלכה, וזה מונע מהעצם להתארך באופן תקין".
3 צפייה בגלריה
בעצם השוקה של עכבר (משמאל) תאי הסחוס גדלים בהדרגה, מהקטן, בקצה (בכחול) עד לגדול, קרוב למרכז (באדום). עם מוטציה (מימין) ההדרגתיות משתבשת
השיטה החדשה תאפשר למדענים להמשיך ולחקור את התהליכים שעוברים תאים בלוחית הגדילה – הן במצבים של צמיחה תקינה והן בהפרעות גדילה שונות. שיטה זו תאפשר גם לחקור השפעות חיצוניות על צמיחת העצמות - למשל, השפעת מערכת השרירים. מסכם פרופ' זלצר: "אם לוחית הגדילה היא המנוע המוביל את צמיחת העצם, אנחנו הרמנו את מכסה המנוע כדי לראות מקרוב איך הוא פועל, ומה קורה כשהוא מתקלקל".
במחקר השתתפו גם ד"ר אנקיט אגרוואל, שרון קריאף, ד"ר נטע פלזנטל, יונתן סבוראי וד"ר תומר שטרן מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית; ד"ר יוסף אדדי מהמחלקה לתשתיות מחקר מדעי החיים; פרופ' יוהנס שטגמאייר מאוניברסיטת RWTH Aachen; ופרופ' פול ויוטרה מאוניברסיטת אקס-מרסיי.
