הרובוטים שמגדלים מיני-איברים אנושיים במעבדות

הרובוטים שמגדלים מיני-איברים אנושיים במעבדות

במעבדות באוניברסיטת וושינגטון, תוכלו למצוא רובוטים המגדלים מיני-איברים מתאי גזע אנושיים. מדובר במערכת אוטומטית חדשה המסוגלת להפיק במהירות וביעילות מיני-איברים – שיאיצו את מדע הביו-רפואה[1].

באופן רגיל, כשחוקר רוצה לבחון תרופות או טיפולים על תאים מרקמה מסוימת – למשל, כליה – הוא צריך לגדל קודם את התאים במעבדה בצלחת הפטרי. אלא שהתאים גדלים על תחתית הצלחת ויוצרים רקמה דו-ממדית דקה, שאינה משקפת את המתרחש ברקמה התלת-ממדית המורכבת המתקיימת בגוף. בשנים האחרונות הצליחו חוקרים לגרום לתאי גזע להתפתח למבנים תלת-ממדיים הדומים יותר לאלו הקיימים בגוף, ומכונים מיני-איברים. חוקרים מסוגלים לבחון טיפולים שונים על המיני-איברים, ולהיות בטוחים יותר שהם אכן משקפים את המתרחש בגוף החי. ומי יודע? בהחלט ייתכן שבשנים הקרובות נוכל להתחיל גם להשתיל מיני-איברים בגוף החי, על מנת לפצות על נזקים שאירעו בשרירים, בכליות ואפילו במוח.

אבל יש בעיה אחת גדולה: לוקח הרבה מאד זמן ועבודה אנושית להפיק מיני-איברים. צריך לזרוע את התאים בצלחות הפטרי, להחליף את המדיום (סביבת המחיה הנוזלית המקיפה אותם) מדי יום, לעקוב אחר הצלחות ולוודא שאינן מזדהמות, ולזהות את תאי הגזע שמתחילים להתמיין למיני-איברים. זוהי עבודה יקרה ומייגעת – וככזו, היא גם פוגעת במחקר. חוקרים שרוצים, למשל, לנסות לחשוף את המיני-איברים למאות חומרים כימיים שונים, צריכים קודם להפיק אלפי מיני-איברים שכאלו בכוחות עצמם בזמן קצר – משימה שכמעט בלתי-אפשרית לביצוע מבלי שייפלו טעויות בדרך.

זו הייתה הסיבה למחקר החדש שהגיע מאוניברסיטת וושינגטון, ובו הדגימו חוקרים לראשונה מערכת אוטומטית לגמרי לגידול מיני-איברים. הרובוטים עשו, ובכן, הכל. הם זרעו את תאי הגזע בצלחות עם מאות באריות, וטיפחו את התאים בכל בארית ובארית לאורך 21 ימים, עד שאלו הפכו למיני-איברים המדמים את פעילות הכליות. כל צלחת שכזו הכילה אלפי מיני-איברים, והייתה מחייבת עבודה מאומצת של חוקר לאורך יום שלם. הרובוט, לעומת זאת, ביצע את העבודה בעשרים דקות – וביצע אותה מבלי מאמץ מיוחד, מבלי שיתעייף ומבלי שיעשה טעויות.

בזאת לא הסתיימה עבודתם של הרובוטים. חוקרים אחרים מאוניברסיטת מישיגן שיתפו פעולה עם החוקרים מאוניברסיטת וושינגטון, והראו כיצד מערכת רובוטית נוספת מסוגלת לעבור על רצפי הרנ"א שבתאים על מנת לזהות את סוגי התאים השונים שבמיני-איברים.

אוטומציה שכזו של המחקר אמורה לאפשר לחוקרים, כאמור, לבחון רעיונות רבים בקלות על מספר עצום של מיני-איברים. לא מפתיע, לפיכך, שעוד במהלך העבודה עם המערכת האוטומטית, הצליחו החוקרים לגלות דרך חדשה להגדיל את מספר כלי הדם במיני-איברים, על מנת שיהיו דומים יותר לכליות אמיתיות. הם גם ניסו לחשוף את המיני-איברים לחומרים שונים וגילו כי אחד מהם – בלביסטטין – גרם לנזקים לכליות במנגנון פעולה שיתחיל להיחקר עתה, ועשוי לספק לנו רמזים חשובים לגבי מחלות כליה שונות.

זו בדיוק הסיבה שהפיתוח הרובוטי מרגש כל-כך: הוא מאפשר לנו להאיץ את קצב ההתקדמות המדעית ולבצע ניסויים גדולים יותר, מהימנים יותר ומעניינים יותר. חוקרים שישתמשו ברובוטים מסוג זה יוכלו להפיק תוצאות שהיו דורשות בעבר שנים ארוכות של ניסויים, או פעולה משותפת של מעבדות מסביב לעולם. המערכות הרובוטיות הללו מראות לנו שקצב ההתקדמות המדעית אינו נותר על כנו, אלא ממשיך לגדול כל העת. למעשה, הוא נבנה על עצמו, מאחר וכל הבנה ופיתוח מדעיים וטכנולוגיים, יקצרו את משך הזמן הנדרש להפקת התובנות והפיתוחים הבאים.

הדבר המרגש השני הוא שאנו רואים כאן כיצד פרוצדורות מדעיות בעלות השלכות ביו-רפואיות שהיו עולות בעבר הון-תועפות, עוברות אוטומציה כך שניתן לבצע אותן בעלויות מגוחכות. טיפולים מורכבים בהנדסת רקמות דורשים כיום עבודה מאומצת מצד חוקרים ורופאים אנושיים, וכל העבודה הזו עולה לחולים הרבה מאד כסף תמורת הטיפול. במוקדם או במאוחר נצליח להעביר את הפרוצדורות האלו אוטומציה – ואז נראה גם ירידה משמעותית בעלויות הטיפול. כמובן, חברות התרופות לא יורידו את עלויות הטיפולים באופן מיידי (בסופו של דבר, הן צריכות לכסות את עלויות המחקר שהביא לפיתוח הטיפולים הללו, ולהרוויח קצת כסף על הדרך), אבל לאורך זמן, המחירים ירדו והטיפולים יתייעלו.

כך ששוב, העתיד – גם בתחום הרפואה – נראה מבטיח.

 


 

אתם מוזמנים לקרוא עוד על עתיד הרפואה בספריי המדריך לעתיד ו- "השולטים בעתיד", בחנויות הספרים המובחרות (וגם אלו שסתם בסדר).

קישורים:

[1] https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180517123300.htm

טיפול רפואי הנמשך שבריר שנייה, גורם לתאים בגוף להתמיין מחדש

טיפול רפואי הנמשך שבריר שנייה, גורם לתאים בגוף להתמיין מחדש

סופר המדע הבדיוני והעתידן ארתור ס. קלארק אמר פעם ש- "כל טכנולוגיה מתקדמת מספיק נראית כמו קסם". זהו תיאור מוצלח של טיפול חדש שהודגם לאחרונה, במהלכו מתוכנתים מחדש תאים בגוף ומשנים את צורתם ותפקודם כתוצאה מנגיעה אחת בודדה ב- 'עט קסמים'.

אותו 'עט קסמים' פותח באוניברסיטת אוהיו, ומתבסס על עקרון פעולה פשוט של tissue nano-transfection: החוקרים מניחים שבב קטן על העור, המכיל מולקולות שאמורות להגיע לתאים בגוף החי ולהשפיע עליהם. 'עט הקסמים' הוא בסך הכל אלקטרודה שמעבירה זרם חשמלי בעוצמה נמוכה לעור, ומסייעת למולקולות לחדור לתוך התאים. מהרגע שהן נכנסו לתאים, מתחיל תהליך בן ימים ארוכים במהלכו התאים מקבלים הנחיות מהמולקולות ומשתנים לפי הדרישה. במהלך כל אותו תהליך, אין צורך בטיפול רפואי מכל סוג שהוא – צריך רק את הטיפול הראשוני האורך שנייה קצרה אחת כדי להדביק את התאים באזור ולגרום להם לצאת לדרך חדשה.

החוקרים הדגימו את הטכנולוגיה על עכברים החולים בסוכרת וסובלים מנמק ברגליהם – בעיה רפואית ידועה היטב השכיחה גם בחולי סוכרת אנושיים. מגע אחד מ- 'עט הקסמים' ברגליהם של העכברים הספיק כדי לגרום לתאים באזור להתמיין מחדש ולהתחיל ליצור כלי-דם שיחליפו את אלו שקרסו בשל הסוכרת. תוך שבוע אחד החלו להופיע כלי דם פעילים ברגליים הפגועות, ותוך שבועיים סיפקו כלי הדם החדשים דם וחמצן לכל הרגל.

nano transfection.jpg

רגלי העכברים חולי הסוכרת סוג II שלא קיבלו טיפול (משמאל) לעומת אלו שזכו לטיפול (מימין).

הדבר המרגש הראשון בשיטה הוא שהיא עשויה לשמש בעתיד גם ליצירת חלקים זעירים של רקמות בעורו של החולה – ואז ניתן יהיה 'לקטוף' את אותן רקמות ולהשתילן במקום הנכון בגופו. וכן, זה נשמע נורא, אבל אותן רקמות צעירות וטריות ניחנות בכל הסממנים החיסוניים של החולה המקורי – ומה הפלא, הרי הן הגיעו מגופו הוא! – ולכן הן עדיפות לאין ערוך על רקמות שהגיעו מתורמי איברים, שכמעט תמיד גוררות תגובה חיסונית עוינת מצד מערכת החיסון של המושתל.

החוקרים ניסו להדגים שהם מסוגלים להביא גם לצמיחתם של תאי עצבים באותה השיטה בתוך עורם של העכברים, ואכן הצליחו בכך – ואז קצרו את תאי העצבים הצעירים והשתילו אותם בהצלחה במוחותיהם של עכברים שסבלו משבץ על מנת לסייע בשיקומם.

ואם תאי עצבים, למה לא גם סוגי תאים אחרים? אפשר לחשוב גם על יצירת כבדים זעירים, לבלבים מיניאטורים ועוד – וכל אלו יוכלו להיווצר בקלות יחסית, מאחר והפרוצדורה הטכנית קלה להפליא, ועלותן של מולקולות התכנות נמוכה יחסית.

הדבר המרגש השני הוא קלות השימוש בשיטה. בניגוד לנהוג לחשוב, סוכרת סוג II כבר אינה מחלה של מדינות מפותחות בלבד, והיא התפשטה לאסיה ולאפריקה בשצף קצף. לכפריים העניים באותן מדינות אין כסף – ולמדינות עצמן אין תשתיות מתאימות לרוב – כדי ליהנות מטיפולי הנדסת רקמות מורכבים. אך אם כל מה שנדרש כדי לשקם את כלי הדם ברגליים הוא מגע של שבריר שנייה בעור, ללא צורך בטיפול פולשני או בהנדסה גנטית מורכבת ומותאמת אישית, הרי שמדובר בטיפול שניתן יהיה לספק גם בכפר העני ביותר בעולם.

כמובן, כדאי להישאר ספקנים עדיין. על אף שהטיפול פורסם במגזין נייצ'ר ננוטכנולוגיה היוקרתי, הוא יצטרך עוד לעבור שפע של מבדקים וניסויים קליניים כדי להראות יעילות בשימוש בבני-אדם. אך אם יצליח, הוא בוודאי יוכל להיות משנה-משחק בטיפול במחלות קשות במדינות מתפתחות, ולהוות דוגמה נפלאה לדרך בה ניתן לגרום לגוף לרפא את עצמו באמצעות מתן ההנחיות הנכונות ישירות לתאים.


 

קישורים:

מקור באוניברסיטת אוהיו

המאמר המלא בנייצ'ר (מאחורי חומת תשלום)