הסתכלו לרגע על העור שלכם, חפשו אחר פצע (אפילו קטן), זכרו את מיקומו ובדקו אותו בעוד שבוע. כן, אתם לא תופתעו שהפצע נסגר, אבל האם אי פעם שאלתם את עצמכם מדוע? התשובה נעוצה ביכולת של הטבע, או ליתר דיוק - הגוף האנושי - להתחדש. בגוף שלנו יש אלפי סוגי תאים, אך מרתקת במיוחד היא משפחת תאי הגזע. תאים אלה נמצאים בכל איבר או רקמה בגוף וטרם התמיינו לתפקיד ספציפי. אם תרצו, אפשר לדמות אותם לחיילים שעברו רק טירונות וטרם הוסמכו לעסוק באחד מהמקצועות בצבא כמו לוחמה, חבישה או טכנאות.
תאי הגזע אחראים לחידוש רקמות ולהחלפת תאים שהתעייפו או נפגעו ומתו, והם איתנו עוד משלב העוברות, השלב שבו יש לתא כזה יכולת להתמיין לכל תא אפשרי בגוף. את ההתמיינות הזאת הם עושים באמצעות תהליכים מורכבים המורים להם כיצד להפוך לתא שריר, לתא עצב, לתא דם, לתא עור ועוד. אך ככל שחולף הזמן אנחנו מאבדים את יכולת ההתמיינות לכל תא - וזהו למעשה המקור להזדקנות.
לכבוד חג האביב, המסמל פריחה והתחדשות, החלטנו להציג לפניכם ארבעה מדענים פורצי דרך שהחליטו להקדיש את זמנם ואת מרצם לחקר היכולת של הגוף שלנו להתחדש, להשתקם ולהירפא באמצעות תאי גזע.
קראו עוד:
הצערת תאי הגוף
המעבדה של פרופ' יוסי בוגנים / המעבדה לחקר תאי גזע ותכנות מחדש, המחלקה לביולוגיה התפתחותית וחקר הסרטן, האוניברסיטה העברית בירושלים
במה אנו עוסקים: בתכנות מחדש של תאי עור לתאי גזע עובריים.
הטכנולוגיה: "אנחנו לוקחים תאי עור בשם פיברובלסטים ומכניסים לתוכם ארבעה מקטעי DNA המקודדים לגנים שהופכים את תאי העור לתאי גזע עובריים. בגוף יש 20־25 אלף גנים שונים, וכל סוג תא מתהווה מבטא למעשה סט שונה של גנים. הביטוי השונה מתאפשר באמצעות אפיגנטיקה, שהיא למעשה מולקולות כימיות שמקשטות את ה־DNA וקובעות אילו גנים בו יתפקדו ואילו לא. ארבעת הגנים שמוכנסים לתאי העור יודעים לגייס אנזימים שימחקו את המולקולות שמאפיינות תאי עור, ובכך יעשו Reset לתא בתהליך שנמשך כשלושה שבועות ובסופו יהפוך תא העור לתא גזע עוברי שיכול להתמיין לכל תא בגוף - מתא עצב ועד לתא לב".
הייחוד: "במעבדה שלי יש פיתוח תמידי של מודלים חדשים המאפשרים תכנות מחדש של תאי עור לתאים אחרים, ואנו הראשונים בעולם שהמירו תאי עור לתאי גזע שלייתיים. גילינו שכשתא העור עובר תכנות מחדש לתא גזע שלייתי, הוא עובר במקביל תהליך של הצערה. כשלקחנו תא עור זקן ותכנתנו אותו להפוך להיות תא גזע שלייתי - הגיל הביולוגי שלו התאפס. מכיוון שתוך כדי תהליך ההצערה תא העור משנה את זהותו לתא גזע שלייתי, פיתוח נוסף של הטכנולוגיה איפשר לנו להצעיר את תא העור בלי לשנות את הזהות שלו".
פרופ' יוסי בוגנים: "השימוש בגנים אלה מאפשר לנו להצעיר תא זקן עד 50% מ'גילו האמיתי' בלי לשנות את הזהות שלו ובלי ליצור תא חדש. אם ניקח תא עור בן 70, לאחר הטיפול הוא ייראה ויתנהג כתא עור בן 35"
פריצת הדרך: "בשונה ממעבדות אחרות בתחום שלנו המשתמשות בגנים שיוצרים תאי גזע עובריים כדי להצעיר תאים, אנו משתמשים בארבעה גנים אחרים שהתגלו במעבדתי ונמצאו בטוחים יותר לשימוש. השימוש בגנים אלה מאפשר לנו להצעיר תא זקן עד 50% מ'גילו האמיתי' בלי לשנות את הזהות שלו ובלי ליצור תא חדש. כלומר אם ניקח תא עור בן 70, לאחר הטיפול שלנו הוא ייראה ויתנהג כתא עור בן 35. הצלחנו אף להראות שתהליך ההצערה מלווה בשיפור משמעותי של תפקוד התא".
היישום: "אנו משתמשים בטכנולוגיה הזאת במעבדה כדי להציע טיפול למחלות הקשורות לזיקנה. למשל, אנו עובדים כעת על בדיקת התכנות של הטכנולוגיה לריפוי מחלת ה־AMD (ניוון מקולרי תלוי גיל), שבה התאים שתומכים בקולטנים של העין המאפשרים ראייה נפגעים בעקבות הזדקנות של תאי התמיכה. בעזרת הטכנולוגיה שלנו אנחנו רוצים לאפשר הצערה של אותם התאים ובכך לעכב את התפתחות המחלה, ואולי אף לשפר את הראייה".
העתיד: "אנחנו חוקרים גם הצערה של מערכת החיסון. אנו יודעים היום שיש קשר הדוק בין זיקנה לחוזק של מערכת החיסון. בחזון שלנו נוכל להצעיר את מערכת החיסון של האדם ובכך למנוע או לעכב הרבה מחלות זיקנה".
הצמחת רקמות
המעבדה של פרופ' טל דביר / מרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית ובית הספר שמוניס לחקר הסרטן, אוניברסיטת תל אביב
במה אנו עוסקים: בהצמחת רקמות מתאי גזע.
הטכנולוגיה: "אמנם יש תאי גזע שיודעים לבנות את הרקמה כשהיא נפגעת, אבל גילינו שברקמות מורכבות, כמו במערכת העצבים, הלב והכבד למשל, לפעמים היכולת הזאת לא קיימת או לא מספיקה. לעובר, לעומת זאת, יש תאי גזע שיודעים להתפתח ולהתמיין לכל תא. במעבדה שלנו אנחנו לוקחים תאי גזע בוגרים שכבר ממוינים לרקמה מסוימת, ובאמצעות הכנסה של ארבעה גנים הופכים אותם לתא גזע עוברי שיוכל להתמיין לכל תא. את המיון אנחנו עושים באמצעות חיקוי של הרקמה המתפתחת בעובר, ובעצם נותנים לתא כל מיני חלבונים ומולקולות כדי שירגיש שהוא מתפתח בעובר".
הייחוד: "בניגוד לקבוצות מחקר אחרות, אנחנו מדמים את ההתפתחות העוברית בתלת־ממד בתוך ג'ל מיוחד שמקור חומרי הגלם שלו הם במטופל. הג'ל מאפשר גם לכלול בהתפתחות התאים את כל הרשתות והתנאים הדרושים לרקמה".
פרופ' טל דביר: "השיטה שלנו אפשרה לנו להצמיח רקמת לב ואפילו לב אנושי בממדים קטנים. למעשה אין לנו מגבלה ואנחנו יכולים ליצור כמעט כל רקמה שנרצה"
פריצת הדרך: "השיטה שלנו אפשרה לנו להצמיח רקמת לב ואפילו לב אנושי בממדים קטנים. מעבר לזה הצלחנו ליצור שתלים של מערכת העצבים ושל עמוד שדרה, שתלים של רקמות שומן ושתלים של כלי דם. כשמטופל מגיע אנחנו לוקחים ממנו רקמת שומן ומפרידים בין התאים לסביבה החוץ־תאית. מהתאים אנחנו מפיקים את תאי הגזע שנמיין לכל רקמה שנבחר, ומשאר החומרים ניצור את הג'ל הייחודי למטופל. חלק מהרקמות אנחנו מדפיסים באמצעות מדפסת תלת־ממד ביולוגית, ולאחר מכן בודקים שהרקמה אכן מתפקדת, למשל שתאי לב יודעים להתכווץ, שתאי עצב יודעים להעביר מידע חשמלי וכדומה".
היישום: "למעשה אין לנו מגבלה ואנחנו יכולים ליצור כמעט כל רקמה שנרצה. על בסיס הטכנולוגיה שלנו, שיש לנו עליה פטנט, הקמנו חברת סטארט־אפ שאיתה נרצה לצאת לקליניקה ולרפא רקמת שדרה פגועה".
העתיד: "נוכל לנצל את הטכנולוגיה שלנו ולשלב איתה בינה מלאכותית, כך שנוכל לדמות מערכת שלמה ולהדגים למשל פעילות של תרופה מסוימת על מטופל ספציפי. בעתיד הקרוב יותר נוכל לרפא רקמות פגועות ולשקם אותן ולהפוך את הרפואה להרבה יותר מותאמת אישית".
ריפוי סרטן
המעבדה של פרופ' מרסל מחלוף/ דיקאנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, הטכניון
במה אנו עוסקים: בשימוש בננו־גוסט להשמדה ממוקדת של גידולים סרטניים.
הטכנולוגיה: "במוח העצם יש הרבה תאי גזע והוא המקור להתחדשות תאי הדם שלנו. בין תאי הגזע במוח העצם קיים תא גזע מזנכימלי, ובמקרים של פציעה, למשל, הוא יודע להתמיין לתאי סחוס, שומן, עצם או לסוגים אחרים. בנוסף התא הזה משחק תפקיד מרכזי במצבי דלקת והחלמה ממנה. במחקרים שנערכו בעבר גילו כי במחלת סרטן התא הזה מקיף את הגידול הסרטני ומגן על תאי הסרטן בשלבים הראשונים שלהם מפני מערכת החיסון שלנו, וכך למעשה מאפשר לגידול להתפתח.
"במעבדה שאלנו מדוע התאים האלה נשארים עם הגידול הסרטני ולא נוקטים פעולה. גילינו שמעורבת בכך אינטראקציה בין התא הסרטני לתא המזנכימלי, וכי התאים הסרטניים מפרישים מולקולות שגורמות לתאים המזנכימליים להימשך אליהם. כשהבנו את זה, חשבנו איך ניצור גוף שיודע לעשות את אותה האינטראקציה עם התא סרטני בלי להגיב איתו. לקחנו את התא המזנכימלי, רוקנו אותו מהתוכן שלו והפכנו אותו בעצם לרוח רפאים שאנו קוראים לה Nano-Ghost. מרוח הרפאים הכנו חלקיקים קטנים שאנחנו יכולים למלא במה שאנחנו רוצים. גרמנו לכך שבעצם הננו־גוסט יידע להסתובב בגוף ולזהות גידולים סרטניים ולהיצמד רק אליהם. אם הוא לא יזהה גידול סרטני, הוא ימשיך להסתובב בתא עד שיתפנה".
פרופ' מרסל מחלוף: "כשהמערכת תותאם לבני אדם, נוכל להכניס בה מגוון תרופות ורכיבים אחרים ולטפל במגוון מחלות שכיום אי אפשר לרפא"
הייחוד: "אנחנו חתומים על פטנט ייחודי לנו שכבר מאושר בכמה מדינות בעולם, בהן ארצות הברית, חלק ממדינות אירופה והודו. יש לנו שיטות שמותאמות לסוג התרופה שנרצה להכניס לננו־גוסט ולמעשה אין לנו באמת מתחרים".
פריצת הדרך: "הטיפול ממוקד ויעיל, בניגוד לתרופות שקיימות כיום בשוק שלא תמיד מצליחות להיכנס לעומק הגידול ונשארות בפריפריה שלו".
היישום: "כבר הוכחנו על גבי חמישה גידולים בבעלי חיים שהננו־גוסט נכנסים לגוף, יודעים להיצמד אך ורק לתאים הסרטניים הרלוונטיים אליהם (ולא לתא בריא) והתאים הסרטניים 'מאמינים' לננו־גוסט, שבעצם נכנסים כסוס טרויאני פנימה אל תוך הגידול ולעומקו".
העתיד: "אנחנו רוצים לעבור מהמודל החייתי למודל האנושי, ועל בסיס זה קמה חברת הסטארט־אפ Nano-Ghost. כשהמערכת תותאם לבני אדם, נוכל להכניס בה מגוון של תרופות ורכיבים אחרים ולטפל במגוון מחלות שכיום אי אפשר לרפא. מובן שייתכנו אתגרים בהתאם לתרופות שנרצה להכניס ובהתאמה לבני אדם ולמי שאמור לקבל את התרופה, אבל אנחנו מאמינים שנוכל להתגבר עליהם. לקח זמן להקים את Nano-Ghost ולהוכיח שזה יכול לעבוד. גם העובדה שאני אישה ושביוטק הוא יקר לא סייעו, אבל היום אנחנו יודעים להגיד ש־Nano-Ghost תשנה את הרפואה של העתיד".
שיקום רקמות
המעבדה של פרופ' שולמית לבנברג/ ראש המעבדה להנדסת רקמות ותאי גזע והמרכז לביו־הדפסה, הטכניון
במה אנו עוסקים: בהנדסת רקמות ויצירת רקמות שיכולות לסייע בשיקום רקמה פגועה.
הטכנולוגיה: "השיטה שלנו מבוססת על לקיחת תאי גזע שאמורים לחדש את הרקמה ולגדל אותם בסביבה תלת־ממדית הכוללת שימוש בכלי דם, ובכך לאפשר לתאי הגזע להתבגר ולהתמיין לרקמה בדרך הקרובה ביותר לדרכם הטבעית בגוף. כלי הדם מאפשרים לתאים להתמיין כמו שצריך, לקבל אותות בדומה לאותות שהם היו מקבלים בגוף ובכך להשתלב טוב יותר ברקמה. בנוסף, לאחר ההשתלה יאותתו כלי הדם המשולבים ברקמה לכלי דם מסביב לחדור לרקמה המושתלת ולהזין אותה מהר יותר".
הייחוד: "המעבדה שלנו כוללת שיתוף פעולה של אנשי רפואה ומהנדסים מכל התחומים. זה למעשה באמת הייחוד שלנו ושל שאר החוקרים בפקולטה להנדסה ביו־רפואית. אנחנו משתמשים בשיטה של הנדסת רקמות הכוללת ספוגים. בתוך החללים של הספוגים התאים יכולים לגדול ולייצר רקמה הכוללת את התאים וגם את הסביבה החוץ־תאית. הספוגים נמסים עם הזמן, כך שנשארת הרקמה עצמה בלבד. בנוסף, אנחנו יודעים לייצר כלי דם ומתלים שהם למעשה רקמות המשלבות כלי דם קטנים וגדולים, המאפשרים לאחר מכן, בעת הליך כירורגי, לשלב את השתל במהירות רבה יותר".
פריצת הדרך: "באמצעות הטכנולוגיה הזאת הצלחנו להראות לאחרונה שאנו יכולים לקחת תאי גזע של השריר בשם מיובלסטים, להרבות אותם במעבדה ולמיין אותם לסיב של שריר. גילינו שמעבר לשיקום של רקמת שריר פגועה בבעלי חיים, אנחנו יכולים לבצע דבר נוסף ובאמצעות הנדסה גנטית לגרום לתאי השריר לבטא יותר נשאים של גלוקוז, הרכיבים שמאפשרים לתא להכניס את הגלוקוז מהדם. הצלחנו להראות שכשהשתלנו את הרקמות המהונדסות בעכברים סוכרתיים, הצלחנו לרפא בהם סוכרת מסוג 2 בשני מודלים: השמנת יתר ועמידות לאינסולין.
פרופ' שולמית לבנברג: "הצלחנו להראות שכשהשתלנו את הרקמות המהונדסות בעכברים סוכרתיים, הצלחנו לרפא בהם סוכרת מסוג 2 בשני מודלים: השמנת יתר ועמידות לאינסולין"
"דבר נוסף שאנחנו מפתחים זה שימוש באקסוזומים, רכיבים שמופרשים מהתא והם עשויים מהמעטפת שלו ובתוכם אפשר למצוא חלבונים ומולקולות אחרות שחיוניות לתא ולתאים אחרים. את התוכן האקסוזומים יכולים 'לשפוך' לתא אחר כשהם מתאחים איתו. תאי גזע יודעים להגיע לאזור שבו יש רקמה פגועה או פצועה, וראינו כי האקסוזומים שמופרשים מתאי הגזע יודעים להגיע לאזור פגוע בחוט השדרה. הצלחנו גם לשפר את האקסוזומים ולהכניס להם מולקולות שבחרנו, וכך אנו יכולים לשפר למעשה את ריפוי הרקמה".
היישום: "על בסיס הטכנולוגיה הוקמה חברת נוראקסון ביולוג'יקס. אנחנו משתמשים באקסוזומים ויודעים להנדס אותם, כך שלאחר שהם ניתנים דרך האף, הם מגיעים לחוט שדרה פגוע ויכולים לסייע בתיקון הרקמה הפגועה. החידוש כאן הוא שאין צורך שהאקסוזומים יגיעו מגופו של מטופל ואין צורך להתחשב כאן בעניין של דחייה. העובדה הזאת יכולה להפוך אותם למוצר מדף".
העתיד: "ישנם אתגרים. אנחנו מנסים לחקות תהליך שקורה בגוף באופן טבעי במעבדה, וצריכים להבין את מנגנוני ההתמיינות של תאי הגזע ואת האותות המתאימים ליצירת רקמה מורכבת ופעילה. בנוסף, רוב המחקר שלנו הוא בבעלי חיים, וצריך עוד לעשות את המעבר ליישום הטכנולוגיה בגוף האדם. אנו מקווים שבעתיד נוכל לייצר רקמות גדולות אנושיות שיחליפו רקמה קיימת, ובכך לרפא את הרקמה או אפילו להקל במצבי מחלה במחלות כלל־מערכתיות, כמו סוכרת למשל, בלי להשתמש בתרופות".
הכותב הינו בוגר תואר (B.Sc) בביולוגיה מאוניברסיטת תל אביב וסטודנט לתואר שני בפקולטה לרפואה באוניברסיטת תל אביב
