Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 31 בינואר, 2019

טיפול במחלות באמצעות תאי גזע

תַקצִיר

תאי גזע הם תאים שמהם יכולים להתפתח תאים של כל איברי הגוף – מִכּליות, כבד ועצמות, ועד דם ומוח. סוגים מסוימים של תאי גזע מסוגלים לעכב תגובה של מערכת החיסון. לכן הם יכולים להועיל מאוד לטיפול במחלות שבהן יש נזק לאיברים, או פעילות-יתר של מערכת החיסון. יש סוגים של תאי גזע שכבר משמשים כיום לטיפול, כמו תאי הגזע ההֶמַטוֹפּוֹיֶיטִיים – מהם מתפתחים סוגים שונים של תאי דם, ובאמצעותם מטפלים בסרטן מֵח העצם. האפשרויות להשתמש בסוגים אחרים של תאי גזע נחקרות כיום במעבדות ובטיפולים ניסיוניים. המדענים בודקים באיזה אופן כדאי לתת למטופלים את תאי הגזע, היכן בגוף המטופל למקם אותם, וכמה זמן הם שורדים בתוכו. אנו צופים שבעתיד ייכנסו לשימוש עוד סוגים רבים של טיפולים בתאי גזע.

תאי גזע: מבוא

גופנו מורכב מטריליוני יחידות קטנות הנקראות תאים. בשלב מוקדם מאוד בהתפתחותנו, כשהיינו עובּרים, היו לנו רק קומץ תאים. תאי גזע עובּריים הם התאים הראשונים של העובר, והם יכולים להתחלק ללא הגבלה, להתמיין ולהתפתח לכל סוגי התאים במהלך ההתפתחות העוברית. תאי גזע עובריים יכולים להתפתח לאחד משלושה סוגי תאים: תאי גזע אקטודרמליים (מהם מתפתחים תאי עור ותאי עצב), אנדודרמליים (מהם מתפתחים תאי מערכת העיכול), או מזודרמליים (מהם מתפתחים תאי עצם, תאי דם ועוד). משלושת הסוגים האלה מתפתחים כ-200 סוגי תאים שונים, המרכיבים את כל האיברים והרקמות בגוף. העצמות, הכליות, הכבד, הדם והמוח, תאי העור, תאי הדם האדומים, תאי הקשתית הצבעונית שבעין – כולם מתפתחים מתאי גזע. כשהתינוק נולד, כבר אין בגופו תאי גזע עובּריים.

לעומת זאת, יש מספר סוגים אחרים של תאי גזע אשר נמצאים בגוף ילדים, מבוגרים וגם זקנים. גם מהתאים האלה יכולים להתפתח תאים מסוימים בגוף, אך לא כל 200 הסוגים. תאי הגזע שבמֵח העצם נקראים תאי גזע הֶמָטוֹפּוֹיֶיטִיים, ומהם מתפתחים תאי הדם, כולל תאי הדם האדומים המובילים חמצן בגוף וכמה סוגים של תאי דם לבנים שהם חלק ממערכת החיסון. למערכת זו יש חשיבות עליונה בהגנה על הגוף מנגיפים וחיידקים – אבל היא עלולה גם לגרום בעצמה למחלות, כגון מחלות אוטו-אימוּניות, שבהן תאי הדם הלבנים תוקפים את הגוף עצמו [1]. גם דחייה של איבר מושתל היא פעולה של מערכת החיסון.

בנוסף למֵח העצם, יש גם מקומות אחרים בגוף שבהם קיימים תאי גזע. הם מרוכזים בעיקר באיברים שיש להם יכולת להתרפא במהירות. שכבות התאים שבתוך המעיים מתחדשות מדי כמה ימים, בזכות תאי הגזע במעיים. תאים אלה מתחלקים, ומהתאים החדשים (הנקראים תאי-בַּת) נוצָרות שכבות חדשות של תאי מעי. גם השכבות החיצוניות של העור מתחדשות ללא הפסקה, הודות לתאי הגזע של העור. ואחרון חביב – בכל הגוף נמצאים תאי גזע מֶזָנכִימָליים, שמהם נוצרים העצמות, הסחוס, השומן והשרירים. סקירה של תאי הגזע השונים מופיעה באיור 1.

איור 1 - סקירה של תאי גזע מסוגים שונים.
  • איור 1 - סקירה של תאי גזע מסוגים שונים.
  • תאי גזע עובּריים (במרכז האיור בסגול) יכולים להתמיין ולהתפתח לשלושה סוגים אחרים של תאי גזע: אקטודרמליים (צבועים כאן בכחול), אנדודרמליים (צהוב) או מזודרמליים (ורוד). מתאי גזע אקטודרמליים מתפתחים תאי עור ונוירונים (תאי עצב), מתאי גזע אנדודרמליים – תאי הריאות, בלוטת התריס והלבלב. מתאי הגזע המזודרמליים מתפתחים שני סוגים של תאי גזע נוספים: תאי הגזע המֶזֶנכִימָליים (משמאל), ההופכים לתאי שומן, עצם, סחוס ושריר; ותאי הגזע ההֶמָטוֹפּוֹיֶיטִיים (מימין), ההופכים לתאי דם אדומים ולסוגים שונים של תאי דם לבנים.

תאי גזע עוּבָּריים

כאמור, תאי גזע עובּריים נמצאים בגופם של עוברּים צעירים מאוד – בני שבוע, למען הדיוק. כאשר תינוקות נולדים, כבר אין בגופם תאים כאלה. בעתיד, תאי גזע כאלה ימלאו כנראה תפקיד חשוב בשיקום איברים פגועים. אפשר לגדל מהם במעבדה תאים מכל הסוגים, או מבנים תלת-ממדיים קטנים של תאים הדומים לאיברים ונקראים “אורגַנוֹאידים”. את התאים או האורגנואידים אפשר להשתיל באיברים שנפגעו מתאונות או מחלות, וכך לעזור להם להתרפא. הבטיחוּת של טיפולים כאלה עדיין נבדקת, אבל נערכו כבר כמה ניסויים ראשוניים בבני אדם, בהם הושתלו בתוך עיניים פגועות תאים שפותחו מתאי גזע עובּריים. תוצאות הניסויים האלה חשובות מאוד להמשך תהליך הפיתוח של טיפולים נוספים.

מחקר בתאי גזע עובריים נעשה עד כה על-ידי שימוש בתרומת עוברים עודפים מהפרייה חוץ גופית. כאשר מבצעים במעבדה הפרייה חוץ-גופית כדי לעזור לאנשים שאינם מצליחים להיכנס להיריון טבעי, הביציות המופרות מתפתחות והופכות כעבור כמה ימים לעובּרים זעירים, שאותם מחזירים לגוף האֵם. במקרים שבהם מתפתחים עובּרים רבים מכדי להחזיר את כולם לרֶחם האם, מקבלים לפעמים רשות לקחת מהם תאי גזע עובּריים. בעת המחקר, נלקחים תאים מעוברים בני חמישה ימים, כך שבפועל עוברים אלה לא מתפתחים. החיסרון בשיטה זו להשגת תאי גזע עובּריים הוא שצריך לקחת אותם מעוּבּרים של ממש.

קיימת שיטה נוספת להשיג תאי גזע עובּריים, שאינה מערבת עובּרים אמיתיים. בשנת 2006 גילה הפרופסור היפני שִיניָה יאמאנקה שיטה לקחת תאים מבני אדם בוגרים ולהחזיר אותם למצב של תאי גזע, שיש להם תכונות של תאי גזע עובּריים. מתקבלים תאים שמהם אפשר לפתח את כל 200 סוגי התאים בגוף, ממש כמו מתאי גזע עובּריים טבעיים – והיתרון האדיר הוא שאפשר לעשות זאת בלי עובּרים אמיתיים. פרופסור יאמאנקה זכה בפרס נובל בשנת 2012 על תגליתו.

תאי גזע הֶמָטוֹפּוֹיֶיטיים

בנוסף לתאי הגזע העובּריים יש סוגים נוספים של תאי גזע, הנמצאים אצל ילדים ואצל מבוגרים. הסוג היחיד מביניהם שנמצא כיום בשימוש נרחב בבתי חולים הוא הסוג הנקרא “תאי גזע הֶמָטוֹפּוֹיֶיטיים” – כלומר, תאים שמהם מתפתחים תאי דם. חולי לוקמיה, שהוא סוג של סרטן מח העצמות, מקבלים כימותרפיה כדי להשמיד את כל התאים הסרטניים. אבל הטיפול משמיד גם את כל תאי הגזע ההמטופּוייטיים של המטופל. לכן, לפני תחילת הכימותרפיה, אוספים ממח העצם של המטופל תאי גזע כאלה ושומרים אותם בהקפאה. לאחר הטיפולים מחזירים אותם לגוף החולה. התאים מתחלקים עד שנוצֶרת כמות מספקת כדי לייצר תאי דם אדומים ולבנים, ולבנות מערכת חיסונית מתַפקדת. אם אין אפשרות לקחת תאי גזע כאלה מהמטופל עצמו לפני הטיפול, הוא מקבל אותם מתורֵם מַתאים.

סוגים אחרים של תאי גזע עדיין לא אושרו לשימוש רפואי נרחב, אבל הם נמצאים בתהליכי בדיקה וטיפולים ניסיוניים (ניסויים קליניים). רבים מטיפולים אלה מתמקדים בתאי גזע מֶזֶנכִימָליים.

תאי גזע מֶזֶנכִימָליים

תאי גזע מֶזֶנכִימָליים נמצאים בכל איברי הגוף – העצמות, רקמת השומן, הריאות, הלב, המוח ועוד. אחד מתפקידיהם הוא לתקן איברי גוף שנפגעו. לשם כך הם מתפתחים לתאים של רקמות חיבור, שומן ועצם. תפקידם השני הוא לייצר חומרים המסייעים לתאים אחרים בגוף לשרוד ולהתחלק. התפקיד השלישי של תאי הגזע המֶזֶנכִימָליים הוא לעצור תגובות חיסוניות. אם מתעוררת תגובה כזו בגלל זיהום, הם אחראיים לכך שהיא לא תצא משליטה.

בזכות התכונות של תאים אלה, הם עשויים להתאים למגוון רחב של טיפולים – למשל איחוי של שברים וסדקים בעצמות שאינם מתאחים בעצמם, או טיפול במחלות שבהן מערכת החיסון פעילה מדי וגורמת נזקים, כמו מחלות אוטו-אימוניות. כדי שאפשר יהיה להשתמש בתאי גזע מֶזֶנכִימָליים, צריך ראשית לבודד אותם מתוך הרקמות. את הרקמה – מעט מח עצם או רקמת שומן – מוציאים מהגוף בניתוח קטן, ואז מבודדים ממנה את תאי הגזע המֶזֶנכִימָליים ומגדלים אותם בכלי לגידול תרבית תאים. שם הם מתחלקים במהירות, וכעבור כמה שבועות כבר יש מספר גדול של תאי גזע מֶזֶנכִימָליים, שבהם אפשר להשתמש לצורך טיפול רפואי (איור 2).

איור 2 - בידוד תאי גזע מזנכימליים מתוך רקמת שומן, ושימושים רפואיים שונים.
  • איור 2 - בידוד תאי גזע מזנכימליים מתוך רקמת שומן, ושימושים רפואיים שונים.
  • בבית החולים נלקחת מעט רקמת שומן מחולה או מתורם בריא. במעבדה מבודדים מהרקמה תאי גזע מזנכימליים, ומכניסים אותם לכלי גידול. התאים מתחילים להתחלק, וכעבור כמה שבועות כבר מתקבלת כמות המספיקה לטיפול. כיום משתמשים בתאים מזנכימליים לטיפול ניסיוני בשברים שאינם מתאחים בקלות, בבעיות במערכת החיסון, או בתגובה שלילית להשתלת איברים.

שימושים רפואיים בתאי גזע מֶזֶנכִימָליים

כיום נעשים טיפולים ניסיוניים בתאי גזע מזנכימליים במטרה לפתח טיפולים הולמים למגוון מחלות. התאים ניתנים לחולים בצורות שונות, בהתאם למחלה. כדי לטפל בעצמות שבורות, מכניסים את התאים לתוך השבר, על גבי מבנה התומך בהם. זוהי יחידה תלת-ממדית ובה נקבוביות קטנות המאפשרות לתאים לזחול על פני המבנה ולתוכו. אחרי שהתאים משתרשים במבנה, אפשר למקם אותו בשבר שבעצם. שם תיווצר מהם רקמת עצם שתעזור לו להתאחות.

לעומת זאת, כשמשתמשים בתאים מזנכימליים כדי למנוע ממערכת החיסון לפעול נגד הגוף או נגד איברים מושתלים, מזריקים את התאים לזרם הדם. חקרנו מה קורה לתאים המזנכימליים אחרי שהוזרקו, וגילינו שרבים מהם אינם מצליחים לעבור את הרֵיאות. זאת מפני שבתרבית הם גדלים עד כדי כך שאינם עוברים בכלי הדם הקטנים של הריאות, כך שהן “מסננות” אותם. גילינו גם שתאי גזע רבים מתים זמן קצר אחרי שנכנסו לזרם הדם [3 ,2]. יש עוד הרבה לעשות עד שנפתור את הבעיות האלה!

סיכום

כיום מתנהלים מחקרים רבים על השימוש בתאי גזע לריפוי מחלות. בעתיד צפוי שיפותחו טיפולים כאלה למחלות רבות שכרגע אין טיפול יעיל נגדן.

מילון מונחים

תאי גזע עובָּרִיִים (Embryonic Stem Cells): תאים המסוגלים להתפתח לכל סוגי התאים השונים בגוף.

תאי גזע אֶקטוֹדֶרמָליִים (Ectodermal Stem Cells): תאי גזע המתפתחים לתאים אקטודרמליים כגון תאי עור או נוירונים (תאי עצב).

תאי גזע אֶנדוֹדֶרמליים (Endodermal Stem Cells): תאי גזע המתפתחים לתאים אנדודרמליים כגון תאי הריאות, בלוטת התריס או הלבלב.

תאי גזע מֶזוֹדֶרמליִים (Mesodermal Stem Cells): תאי גזע המתפתחים לתאים מזודרמליים (כוללים תאי גזע מזנכימליים והמטופוייטיים).

תאי גזע הֶמַטוֹפּוֹיֶיטִיים (Hematopoietic Stem Cells): תאי גזע המתפתחים לתאי דם אדומים ולמספר סוגים של תאי דם לבנים.

מחלות אוֹטוֹ-אימוּניות (Autoimmune Diseases): מחלות שבהן מערכת החיסון תוקפת את הגוף עצמו.

תאי גזע מֶזֶנכימָלִיִים (Mesenchymal Stem Cells): תאי גזע המתפתחים לתאי שומן, עצם, סחוס ושריר.

הפרייה חוץ-גופית (In vitro Fertilization): הפריית ביציות בתאי זרע, הנעשית במעבדה, מחוץ לגוף.

כלי לגידול תרבית תאים (Culture Dish): כלי פלסטיק לגידול תאים במעבדה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Davis, R. and Hollis, T. 2016. Autoimmunity: why the body attacks itself. Front. Young Minds. 4:23. doi: 10.3389/frym.2016.00023

[2] Eggenhofer, E., Benseler, V., Kroemer, A., Popp, F. C., Geissler, E. K., Schlitt, H. J., et al. 2012. Mesenchymal stem cells are short-lived and do not migrate beyond the lungs after intravenous infusion. Front. Immunol. 3:297. doi: 10.3389/fimmu.2012.00297

[3] Eggenhofer, E., Luk, F., Dahlke, M. H., and Hoogduijn, M. J. 2014. The life and fate of mesenchymal stem cells. Front. Immunol. 5:148. doi: 10.3389/fimmu.2014.00148