תַקצִיר
מוח אשר נפגע עקב פגיעה מוחית טראומטית, יאבד חלק מתאיו. אם תאי המוח של אדם ניזוקים, עלולות להיווצר אצלו בעיות של שליטה בתנועה; בדיבור, או אפילו בזיכרון! התחזית היא כי בעתיד הנדסת רקמות תוכל בתקווה לסייע לאנשים עם פגיעה מוחית טראומטית. הנדסת רקמות מְעָרֶבֶת בנייה של פיסת רקמה מחוץ לגוף, או סיוע לַחֵלֶק שנפגע ברקמה לגדול מחדש ולתפקד בתוך הגוף. תאים הם אבני הבניין של הגוף, מוקפים על ידי מַטְרִיצָה שתומכת בהם, ומכונה 'מטריצה חוץ-תאית'. מדענים יכולים לייצר חיקויים מלאכותיים של המטריצה החוץ-תאית. המטריצה החוץ-תאית המלאכותית מסייעת לרקמה שניזוקה לגדול מחדש. במאמר זה נדון באופן שבו חומר בשם 'גֶ'ל-מָא' (Gel-MA), שהוא מטריצה חוץ-תאית מלאכותית, יכול לאפשר תכונות מְרַפְּאוֹת במוחות פגועים.
הקדמה
האם ידעתם כי לטאה יכולה לגדל מחדש את זנבהּ שנחתך? תכונה זו מכונה רֶגֶנֶרַצְיָה (התחדשות). רגנרציה היא יכולת שאינה ייחודית ללטאות. חיות רבות מסוגלות לגדל מחדש חלקים מגופן במטרה להחליף חלקים שניזוקו. כאשר תולעת שטוחה מסוימת נחתכת לחתיכות, כל חתיכה כזו יכולה להפוך לתולעת שלמה חדשה! כוכב ים יכול לגדל מחדש זרוע חדשה אם הוא מאבד אחת, ולעיתים זרוע בודדת יכולה לגדול לכדי כוכב ים שלם. גם לבני אדם יש יכולת לבצע רגנרציה, אולם ברמה פחותה. לדוגמה, האם אי פעם תהיתם מדוע כשאנו חותכים את עצמנו בטעות עם משהו חד, מאוחר יותר אנו מוצאים שהחתך נרפא ללא סימני פציעה, מלבד צלקות מזדמנוֹת? זה קורה הודות ליכולת הרגנרטיבית של העור. למרבה הצער, לא כל חלקי הגוף והרקמות שלנו יכולים לתקן את עצמם, וחלקם אף פעם לא עושים זאת.
המוח האנושי
מוחותינו הם כמו מכונות שפועלות יום ולילה, ללא הפסקה. איננו נותנים את הדעת על מַרבית התפקודים שהמוח האנושי שולט עליהם, כמו נשימה; ויסות פעימות הלב, ועיכול המזון הנאכל באמצעות הֲנָעַת שרירי הקיבה.
המוח הוא איבר מורכב הנמנה עם מערכת העצבים המרכזית. במוח ישנם שני סוגים עיקריים של תאים: תאי עָצָב (נוֹיְרוֹנִים) ותאי גְּלִייָה (איור 1). נוירונים הם השחקנים הראשיים בעיבוד מידע. המוח של כל אחד מאיתנו מכיל כ-100 מיליארד נוירונים – כמות השווה למספר הכוכבים בגלקסיית שביל החלב! נוירונים הם התאים המאפשרים את יכולותינו לחשוב; ללמוד; לזכור דברים ולהעביר הודעות לאזורים שונים בגוף. תאי גלייה תומכים בנוירונים. הם פועלים כמו מנהלי משק בית או אחים סיעודיים של המוח – מספּקים לנוירונים תזונה ראויה; מְפַנִּים נוירונים מתים ומגינים על נוירונים חיים מפני זיהום על ידי אורגניזמים זרים.
- איור 1 - המבנה התלת-ממדי של תאים במוח – תאי מוח והמטריצה החוץ-תאית שמקיפה אותם.
- המוח האנושי מורכב משני סוגים עיקריים של תאים, המוצגים באזור המוגדל (מימין למעלה). אזור זה גם מראֶה תאי מוח המוקפים על ידי מטריצה חוץ-תאית (ECM – Extracellular Matrix). המטריצה החוץ-תאית מורכבת מרשת של מולקולות ביולוגיות, כפי שמוצג בעיגול המוגדל (משמאל למטה). היא מקיפה את הנוירונים ויוצרת מבנה תלת-ממדי סביב לתאים, הַמַּקְנֶה להם את צורותיהם ומסייע להם לבצע את תפקודיהם. שני סוגים עיקריים של תאים במוח, נוירונים (Neurons) ותאי גליה (Glial cell), מפורטים באזור המוגדל מימין למעלה. תאים אלה משתנים בצורותיהם, במבנים שלהם ובתפקודיהם. נוירונים מעבדים מידע ומעבירים אותו למערכות הגוף ולאיברים השונים בו. תאי גלייה תומכים בנוירונים באמצעות אספקת חומרי מזון, ומגינים על המוח כולו מפני נזק תָּאִי וזיהום על ידי אורגניזמים זרים.
הנוירונים מחוברים זה לזה ויוצרים רשת שמאפשרת למוח לבצע את תפקודיו. אם רק כמה נוירונים במוח ניזוקים או מתים, הפרעה בסדר גודל קטן כזה ברשת הנוירונים עשויה שלא להיות מורגשת על ידי האדם שהושפע מכך. אולם, אם נוירונים רבים מתים, האדם שהושפע מכך עלול לסבול ממגוון בעיות: בתנועה; בזיכרון; בדיבור; בחשיבה וכד'. כאשר המוח מאבד נוירונים רבים מדי, הוא לא יכול להחליף את כולם. הסיבה לכך היא שהמוח, שלא כמו העור, אינו יכול לגדול מחדש. לכן, חייבים להגן על האיבר החיוני הזה!
דבר שחשוב לדעת על המוח הוא שטַלְטֵלָה גורמת לו להישבר. פגיעת ראש שנובעת ממכה חזקה או מנפילה נקראת פגיעה מוחית טראומטית. היא עלולה לגרום טראומה למוח, ולשבש את תפקודיו התקינים. חבלות שונות בראש עלולות להוביל לסוגים שונים של פגיעות מוחיות טראומטיות, בדרגות שונות: קלה, בינונית וחמורה. התסמינים המופיעים עקב טראומה במוח תלויים במידת החומרה של הפגיעה המוחית הטראומטית, ובתכיפותה. פגיעות מוחיות טראומטיות אינן נדירות. זעזועי מוח למשל, שעלולים להתרחש כשאנו נופלים מאופניים; עוסקים בספורט, או מעורבים בתאונת רכב, הם אחד הביטויים של פגיעה מוחית טראומטית.
רפואה רגנרטיבית מציעה מענה לפגיעות מוח טראומטיות
מכה במוח עלולה לפגוע בחלק מהנוירונים, ואפילו לגרום להם למות. נוירונים מתים לא ניתן להחליף כראוי. אפשר לְדַמּוֹת זאת לפיצוץ המתרחש בעיר, וגורם לחלק מהבניינים להתמוטט. ברור שהבניינים אינם יכולים לבנות את עצמם מחדש - כדי לתקן את הנזק נדרשים מהנדסים ופועלים. אם מיישׂמים את אותו הרעיון לאזורי גוף פגועים (כמו למשל המוח), רפואה רגנרטיבית יכולה לפעול כמו מהנדסים ופועלים, ולהציל את המצב [1].
הודות לרפואה רגנרטיבית, מתאפשר כיום שחזור של תפקודי גוף שניזוקו כתוצאה מפגיעה או מחלה. רפואה רגנרטיבית יכולה לשמש לטיפול במחלות מסוימות של מערכת העצבים, ובחלק ממחלות הלב. כמו כן ביכולתה להחליף או לתקן רקמות ואיברים שניזוקו עקב טראומה (כמו פגיעה מוחית טראומטית), או עקב הזדקנות. ישנן שתי דרכים שבהן רפואה רגנרטיבית יכולה לסייע. ראשית, על ידי שימוש בתאים שמיוצרים מחוץ לגוף להַחלפת תאים אבודים בגוף או תאים שניזוקו. שנית, על ידי הַגבּרת הייצור של תאים חדשים בתוך הגוף. גישות הרפואה הרגנרטיבית הללו יכולות לתרום לחיזוק תפקוד של רקמות; הַפחתת מוגבלויות ושיפור איכות החיים [2].
הנדסת רקמות והַדֶּבֶק הקסום
הנדסת רקמות היא תת-תחום חדש ברפואה רגנרטיבית, המשלב בין מדעי החיים להנדסה, ומיישׂם עקרונות משני תחומי דעת אלה. הנדסת רקמות מתמקדת בפיתוח רקמות מחוץ לגוף החי, שיכולות לשמש לשחזור תפקוד גוף או תחזוקו, או אפילו להחליף איבר שלם.
תאים הם אבני הבניין של רקמות, מחוברים באמצעות סוג של דבק שנקרא מטריצה חוץ-תאית. המטריצה החוץ-תאית מייצרת מבנה תלת-ממדי סביב לתא, אשר מסייע לתא לשמור על צורתו (איור 1). מבנה תלת-ממדי זה מסייע לתאים לתקשר זה עם זה, ומאפשר להם לתפקד כראוי. לכל סוג של תא (תאי מוח, תאי לב וכד') יש מטריצה חוץ-תאית הייחודית לו, ורק היא יכולה לאפשר לאותו סוג תא לתפקד כראוי. צורה אחת של הנדסת רקמות מנסה לספּק לתאים את דבק המטריצה החוץ-תאית הַמַּתְאִים, שיוכל לסייע בתיקון תאים שניזוקו. הדבק הטוב ביותר הוא זה שהכי דומה למטריצה החוץ-תאית המקורית שבתוך הרקמה. לדוגמה, כדי שיהיו לנו תאי מוח תפקודיים, עלינו להשתמש במטריצה חוץ-תאית שדומה למטריצה החוץ-תאית הטבעית שמקיפה תאי מוח בתוך הגוף. הסיבה לכך היא שרק המטריצה החוץ-תאית של המוח מספּקת לתאי המוח את המבנה התלת-ממדי התקין שלהם.
כאשר מהנדסים רקמה, מדענים משתמשים בתאים שהם מגדלים במעבדה ו/או בדבק מטריצה חוץ-תאית. הם יכולים לבנות רקמה שלמה במעבדה, ואז להשתיל אותה לאדם שזקוק לה. אפשרות נוספת היא לספּק ישירות לרקמה הפגועה את החומרים להם היא זקוקה כדי לבנות את עצמה מחדש. במקרה זה, דבק המטריצה החוץ-תאית יכול להיות מוּסָף לרקמות שניזוקו, ללא צורך בהוֹספַת תאים [3].
גֶ'ל-מָא – מטריצה חוץ-תאית המתאימה לטיפול בפגיעה מוחית טראומטית
אחד האתגרים של הפרעות מוחיות, כמו למשל פגיעה מוחית טראומטית, הוא שלא פשוט להחליף את הנוירונים שנפגעו. לנוירונים קשה לגדל את עצמם מחדש, מדענים עומלים קשה כדי לגרום לכך לקרות. מאחר שביצוע ניסויים על מוחם של בני אדם חיים אינו אֶתִי, מדענים משתמשים בתאים שגדלים בצלחות פלסטיק קטנות, שנקראות צלחות לתרבּיוֹת תאים (איור 2A). במעבדה שלנו, אנו מְגדלים תאים מיוחדים שמְבצעים תפקודים דומים לנוירונים. תאים מיוחדים אלה מתורבתים על מטריצה חוץ-תאית מלאכותית המכונה גֶ'ל-מָא (Gel-MA). ג'ל-מא הוא סוג של ג'ל המורכב מג'לטין (אותו חומר הַמַּקְנֶה לג'לי את מרקמו). בָּחַנּוּ את ההשפעות של ג'ל-מא במטרה לבדוק אם הוא יכול לסייע לתאים לגדול. גידלנו את התאים המיוחדים עם כמויות שונות של ג'ל-מא. שמנו את התאים בצלחות לתרבּיוֹת תאים למשך יום אחד, ובדקנו כיצד הם גדלים. מצאנו שככל שהגדלנו את כמות הג'ל-מא, כך תאים רבים יותר חיו. כלומר, ג'ל-מא סייע לתאי המוח המיוחדים האלה לגדול טוב יותר (איור 2A).
- איור 2 - ג'ל-מא הוא מטריצה חוץ-תאית פוטנציאלית לטיפול בפגיעות מוחיות.
- (A) תאים מיוחדים בשם ,PC12 שדומים מאוד לנוירונים, גודלוּ בצלחות לתרביות תאים. כאשר ג'ל-מא הוּסף לתאים, מספרם גדל. (B) ג'ל-מא הונח ישירות על המוחות הפגועים של עכברים, במטרה לחקור את ההשפעות המועילות והמְּרפאות שלו בפגיעה מוחית טראומטית. נמצא כי ג'ל-מא הקטין את היקף הפגיעה כאשר הונח על המוחות הפגועים, וסייע לתאי גלייה ולנוירונים לתפקד טוב יותר.
בניסוי אחר, בָּחַנּוּ אם ג'ל-מא יכול להגן על נוירונים מפני נזק על ידי פגיעה מוחית טראומטית. לשם כך, השתמשנו בעכברים שאותם חשפנו לפגיעה מוחית טראומטית. מיקמנו טיפה של ג'ל-מא בַּמָּקוֹם של פגיעת הראש. כעבור שבוע, העכברים עדיין היו בחיים, כלומר לג'ל לא היו השפעות רעילוֹת. כשבדקנו את המוחות של העכברים שניזוקו, מצאנו שהפגיעות כמעט נעלמו בחלוֹף שבוע ממועד הוֹספַת הג'ל-מא. כעת, אנו בודקים אם ג'ל-מא, שמוּסף למוחות הפגועים של עכברים, יכול לשפר את התנהגותם של עכברים אלה, או אם בעקבות כך הם יכולים לבצע מטלות מנטליות בצורה טובה יותר. אם נראה שיפור, המשמעות היא שג'ל-מא מסייע בריפוי פגיעות מוחיות, וביכולתו לשחזר תפקודים מוחיים (איור 2B).
סיכום ומסקנות
אנו משתמשים בג'ל-מא מאחר שביכולתו לסייע לנוירונים לבסס את המבנה התלת-ממדי התקין שלהם. זאת בדומה לְמָה שמטריצה חוץ-תאית טבעית מבצעת במוח. היבט חשוב נוסף הוא שג'ל-מא אינו רעיל לתאים, להפך, הוא מגביר את גדילתם. ממצא זה מְרַגֵּשׁ מאחר שמשמעותו היא כי באמצעות שימוש במטריצה חוץ-תאית מלאכותית, כיום אנו מסוגלים לסייע למוח הפגוע בתהליך החלמתו [4]. בניסויים שלנו נוכחנו כי לג'ל-מא יש תכונות מְרפאות במהלך פגיעה מוחית טראומטית. שאיפתנו היא שבעתיד מדענים יוכלו לשפר את הטיפול בפגיעה מוחית טראומטית באמצעות ג'ל-מא או בצורות אחרות של הנדסת רקמות. למוח, שבמשך זמן רב נחשב כבלתי ניתן לתיקון, יש כעת פוטנציאל ריפוי. ג'ל-מא יכול להציע שיטה חדשנית ומבטיחה עבור טיפול בפגיעה מוחית טראומטית. עתה, עלינו ליישם את הממצאים שלנו על עכברים בבני אדם, כדי שנוכל להתמודד עם פגיעה מוחית טראומטית – נושא בעל חשיבוּת בכל רחבי העולם.
מילון מונחים
יכולת רגנרטיבית (Regenerative Capacity): ↑ היכולת של הגוף לתקן ולהחליף תאים; רקמות, או איברים שניזוקו כתוצאה מפגיעה או ממחלה.
מערכת עצבים מרכזית (Central Nervous System): ↑ מערכת הגוף שמורכבת מרקמות עצבים, שולטת בפעילויות של הגוף. אצל בעלי חוליות היא כוללת את המוח ואת חוט השדרה.
פגיעה מוחית טראומטית (Traumatic Brain Injury - TBI): ↑ נזק שנגרם למוח עקב חבלה בראש. הפגיעה בדרך כלל מפריעה לתפקוד מוחי תקין.
רפואה רגנרטיבית (Regenerative Medicine): ↑ ענף רפואי שמְפתח שיטות להחליף או לייצר מחדש תאים אנושיים; רקמות, או איברים במטרה לשחזר תפקוד תקין או לבססוֹ. התפקוד הפגום יכול להיות תוצאה של כל גורם, לרבּות מומים מולדים; מחלה; טראומה, או הזדקנות.
הנדסת רקמות (Tissue Engineering): ↑ תת-תחום ברפואה רגנרטיבית המיישׂם עקרונות מתחומי הנדסה ומדעי החיים. משמשת לפיתוח תחליפים ביולוגיים שיכולים לשחזר רקמות או איבר שלם, לתחזקם או לשפר את תפקודיהם. עם התחליפים הביולוגיים נמנים בִּיוֹ-חומרים; תאים ומולקולות פעילוֹת ביולוגית. אלה יכולים לשמש ליצירת רקמות או תוצרים תאיים מחוץ לגוף, או לסייע לתקן רקמות בתוך הגוף.
מטריצה חוץ-תאית (Extracellular Matrix - ECM): ↑ רשת תלת-ממדית של מולקולות ביולוגיות שנמצאות סביב לתאים. מספקת תמיכה לתאים שהיא מקיפה.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מאמר המקור
↑ Al Rifai, N., Hasan, A., Kobeissy, F., Gazalah, H., and Charara, J. 2015. “Culture of PC12 neuronal cells in GelMA hydrogel for brain tissue engineering,” in 2015 International Conference on Advances in Biomedical Engineering (ICABME). p. 254–7. doi: 10.1109/icabme.2015.7323300
מקורות
[1] ↑ Mondello, S., Schmid, K., Berger, R. P., Kobeissy, F., Italiano, D., Jeromin, A., et al. 2014. The challenge of mild traumatic brain injury: role of biochemical markers in diagnosis of brain damage. Med. Res. Rev. 34:503–31. doi: 10.1002/med.21295
[2] ↑ Colombo, F., Sampogna, G., Cocozza, G., Guraya, S. Y., and Forgione, A. 2017. Regenerative medicine: clinical applications and future perspectives. J. Microsc. Ultrastruct. 5:1–8. doi: 10.1016/j.jmau.2016.05.002
[3] ↑ Kim, Y., Ko, H., Kwon, I. K., and Shin, K. 2016. Extracellular matrix revisited: roles in tissue engineering. Int. Neurourol. J. 20:S23–9. doi: 10.5213/inj.1632600.318
[4] ↑ Al Rifai, N., Hasan, A., Kobeissy, F., Gazalah, H., and Charara, J. 2015. “Culture of PC12 neuronal cells in GelMA hydrogel for brain tissue engineering,” in 2015 International Conference on Advances in Biomedical Engineering (ICABME) Beirut. p. 254–7. doi: 10.1109/icabme.2015.7323300