עמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > גנטיקה
גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה


תקציר
בניגוד לתפיסה שהייתה מקובלת עד לאחרונה, מסתבר שתאים יכולים לשנות את זהותם וצריך רק למצוא את התנאים המתאימים לכך. התהליך נשמע כאילו נלקח מסיפור מדע בדיוני ויחולל שינויים מרחיקי לכת בריפוי ובהשתלת איברים.



חלקי חילוף לבני-אדם
מחבר: אמיר עדן


ראשית הדרך?

ראשיתו של כל גוף חי היא בתא יחיד המתקבל לאחר הפרית תא הביצית על ידי תא-זרע. כדי ליצור את הגוף השלם מתחלק תא זה חלוקות רבות ובמקביל מתרחשים בתאים תהליכי התמיינות, בהם משתנים חלק מן התאים באופן מבוקר ורוכשים לעצמם מיומנויות ייחודיות בהתאם לרקמות שאליהן נועדו (מוח, שריר, כבד וכדומה), כיצד "יודעים" התאים השונים את זהותם וכיצד הם "מחליטים" מתי להתחלק ומתי להתמיין? בשאלות אלה עוסקת הביולוגיה ההתפתחותית. דוגמאות רבות מעידות כי תאים מקבלים אותות מסביבתם ומגיבים להם בחלוקה או בהתמיינות. אותות אלה הם למעשה מולקולת שונות (חלבונים, הורמונים שונים וגורמי גדילה) המופרשות בסביבת התאים או מוצגות לתאים על-ידי תאים סמוכים. אם אכן מדובר בתהליך המבוקר על-ידי גורמים מחוץ לתא, הרי שניתן יהיה לשלוט על זהותם של תאים על-ידי הוספת או החסרת גורמים בסביבתם. מאחר שניתן היום לגדל תאים בתרבית באופן פשוט יחסית, הרי אם נזהה את האותות הנכונים נוכל אולי לייצר כל סוג רקמה שנחפוץ.

שנים רבות של חקר תהליכי ההתפתחות הובילו להגדרת מספר עקרונות בשטח זה. נמצא למשל שבשלב מוקדם של התפתחות העובר ניתן לזהות שלושה טיפוסי תאים בסיסיים (אנדודרם, מזודרם ואקטודרם) וכל טיפוס משמש מוצא לסוגים מוגדרים של רקמות כך, למשל, המוח הוא ממוצא האקטודרם ואילו הכבד ממוצא האנדודרם. נמצא גם שתאים שעברו התמיינות סופית מפסיקים להתחלק ולא ניתן, על-פי רוב, לגדלם בתרבית. כמו-כן, לא ניתן היה לגרום לתא שעבר התמיינות מלאה לשנות את זהותו ולהפוך לתא מטיפוס אחר. עם זאת, ניתן היה לזהות שלבי-ביניים בהתפתחות הרקמות ובמספר מקרים נמצאו תאים שלא עברו התמיינות מלאה אלא חלקית. תכונה זו מאפשרת להם לשמש כתאי מוצא לטיפוסי תאים נוספים. למשל, תאים במוח העצם שמהם מתפתחים תאי הדם האדומים והלבנים ותאים נוספים. תאי מוצא אלה זכו לכינוי תאי גזע (Stem cells).

למעשה, תאי המקור לכל הרקמות הם התאים הראשונים המתפתחים בעובר. ואכן, בעכברים ניתן לבודד תאים מעוברים בשלב התפתחותי מוקדם, לגדלם בתרבית ולהחזירם לעובר אחר באופן שימשיכו להתרבות ולהתמיין לרקמות השונות בעכבר הבוגר. אלו הם תאי גזע עובריים בעלי פוטנציאל להתפתח ולהתמיין לכל סוגי הרקמות. בשנים האחרונות בודדו תאי גזע עובריים גם מפרות, חזירים וקופים אך הניסיונות לבודד תאי גזע עובריים ממקור אנושי נכשלו. שיתוף פעולה בין פרופ' יוסף איצקוביץ מהמרכז הרפואי רמב"ם בחיפה ובין חוקרים מאוניברסיטת מינסוטה בראשות ג. תומסון (Thomson) הוביל לראשונה לבידוד תאי גזע עובריים מאדם. מקור התאים בעוברים בני כמה מאות תאים בשלב הקרוי בלסטוציסט. עוברים אלה התקבלו בהפריית מבחנה, והחוקרים מצאו את התנאים המאפשרים את גידולם בתרבית ללא הגבלה ובאופן ששומר על הפוטנציאל שלהם להתמיין לרקמות שונות.

חשיבותם של תאי הגזע העובריים של האדם היא כפולה: התאים מאפשרים מחקר של תהליכי התפתחות והתמיינות בעלי השפעה מכרעת בשלבים עובריים מוקדמים, בעיקר תהליכים ייחודיים לאדם שלא ניתנים לחוקרם בעכברים או בחיות ניסוי אחרות. בנוסף, התאים מעוררים התלהבות בקרב מדענים הסבורים שמדובר בצעד ראשון לייצור רקמות שישמשו להשתלות ויקטינו את הצורך בתרומת איברים. חשוב להבהיר שאין הכוונה לגידול איברים בתרבית אלא לגידול תאים מהרקמה והחדרתם לאיבר הפגום באופן שיחליפו את התאים הפגועים. תהליך כזה לא יוכל לחסוך את הצורך בהשתלת כליה או ריאות, שהם איברים המורכבים מסוגי תאים שונים, אך כבר היום נחקרת הגישה בהצלחה בהשתלת רקמות בהן אין חשיבות רבה להיבט המבני של הרקמה, כגון מוח העצם, ניסיונות ראשונים נעשים בריפוי חולי סוכרת, בשיקום הכבד או בשיקום שריר הלב ללא צורך בהשתלת איבר אלא על-ידי החדרת תאים תקינים במקום, או בנוסף, לאלה הפגומים בחולה.

אחד הקשיים העיקרים בהשתלת איברים הוא תיאום הרקמות, כלומר מציאת תורם מתאים. גם לאחר השתלה מוצלחת ממשיכים החולים החדשים לקבל תרופות למניעת דחיית השתל. התאים החדשים פותחים פתח לפתרון בעיה זו באופן מקורי. אחת הדרכים המוצעות היא ליצור בנק של תאי גזע עובריים מתורמים שונים, לאפיין את כולם מבחינת תיאום הרקמות, ולכל מושתל לבחור את התאים המתאימים, לגדלם בתרבית, ולהביאם להימנות לסוג התא הדרוש ולהחזירם לחולה.

גישה אחרת מציעה להשתמש בתאי הגזע העובריים שכבר בודדו אך להוציא מהם, בשיטות של הנדסה גנטית, את הגנים האחראים על חלבוני תיאום הרקמות הגורמים לדחיית השתל. אפשרות נוספת שנבדקת מתבססת על ההצלחות האחרונות בשיבוט יונקים, לפיהם ניתן לקחת גרעין מתא בוגר, להחדיר אותו לביצית ולקבל יצור שלם. הרעיון הוא להחליף את גרעין תא הגזע העוברי בגרעין תא מהמושתל עצמו וכך להשיג התאמת רקמות מושלמת, להרבות תאי הגזע ה"אישיים", לגרום להם להתמיין לרקמה הרצויה ולהשתילם בחזרה לחולה.

למרות שהתהליך נשמע כאילו נלקח מסיפור מדע בדיוני, רוב השלבים בתהליך זה נעשו בהצלחה כל אחד בנפרד, בחלקם בבני-אדם ובחלקם בחיות מודל אחרות, ונראה שהאתגר הבא הוא לנסות לבצע את התהליך המלא. חישוב גס מראה שאם ניתן יהיה לבצע את כל השלבים ברצף, גם ברמת המיומנות הקיימת היום, יימשך התהליך כולו זמן קצר בהרבה ממשך ההמתנה להשתלה.

קיצור דרך?

הכבשה המשוכפלת דולי חוללה מהפכה מאחר שקיומה מוכיח כי - בניגוד למה שסברו לפני-כן - ניתן לגרום לתא מרקמה בוגרת שעבר התמיינות, "לשכוח" את זהותו ולהתפתח לכל סוגי הרקמות המרכיבות יצור שלם. מסקנה זו שבה ועולה מתוצאות ניסוי שהתפרסם לאחרונה בכתב העת סאיינס. בניסוי זה, השתמשו בתאי גזע, אלא שהפעם מדובר בתאי גזע עצביים ולא תאי גזע עובריים. תאים אלה, המבודדים מרקמת המוח, יכולים לגדול בתרבית ולהתמיין למספר טיפוסים של תאי עצב. עד עידן הכבשה דולי היה מקובל לחשוב שבמהלך ההתמיינות רוכשים התאים זהות שאינה ניתנת למחיקה, ולכן תאי גזע עצביים שעברו התמיינות חלקית יוכלו להוות מקור לתאי עצב אבל לא לתאים מסוג שונה, דוגמת תאי שריר או תאי כבד. הניסוי הנוכחי הראה שתאי הגזע העצביים יכולים להתמיין ולהפוך לתאי דם. אם תוצאות הניסוי יתבררו כנכונות יחייב הדבר שינוי בתפישות יסודיות בביולוגיה ההתפתחותית.

הניסוי התבסס על תהליך המקובל כיום לטיפול בסוגים שונים של סרטן הדם. תאי הדם נוצרים במוח העצם מתאי גזע, המשמשים תאי מוצא לתאי מערכת הדם, תאי מערכת החיסון ותאים נוספים. במצבים ממאירים ניתן טיפול כימי המשולב עם הקרנות, המשמיד לחלוטין את כל תאי הדם. רוב התאים הם אומנם תאים סרטניים, אך יחד אתם מושמדים גם תאים תקינים, ובכללם תאי הגזע. לאחר הטיפולים הכימיים והקרינתיים עובר המטופל השתלת מוח עצם מתורם בריא המתאים לו מבחינת סיווג הרקמות, ובא מועברים בעירוי תאי הגזע של מערכת הדם. התאים נודדים עם זרם הדם ומתיישבים במוח העצם, שם הם מחדשים את פעולתם כתאי גזע ומשקמים את מערך תאי הדם של המטופל.

בניסוי שנערך על ידי ביורנסון (Bjorenson) מקנדה ו-וסקווי (Vescovi) מאיטליה חזרו על תהליך זה בעכברי מעבדה, אלא שבמקום להזריק תאים שמקורם במוח העצם הזריקו החוקרים תאי גזע עצביים שמקורם, כזכור, ברקמת המוח. מכיוון שהתאים שהוזרקו נלקחו מזן עכברים שונה מהעכברים המטופלים, ניתן היה לזהותם ללא קושי ולהיווכח שמקורם של תאי הדם בעכברים שעברו את הטיפול היה תאי העצב שהוזרקו.

כלומר, תאי הגזע העצביים התמיינו לתאי דם למרות השוני הרב בין שני סוגי הרקמות. למען הסר ספק, החוקרים שללו את האפשרות שבין תאי הגזע העצביים שבהם השתמשו היו גם תאים אחרים הקרובים יותר לתאי דם.

המשמעות העיקרית של הניסוי היא, שבניגוד לתפיסה שהייתה מקובלת עד לאחרונה, תאים יכולים לשנות את זהותם וצריך רק למצוא את התנאים המתאימים לכך. אם נכון הדבר, הרי שביום מן הימים יוכל אדם שכבדו חדל לתפקד, ללכת למעבדה, שם ייקחו מעט מדמו, או אולי יגרדו מעורו מספר תאים. את התאים יגדלו בתרבית ובעקבות טיפול מתאים הם יהפכו לתאי כבד שיוזרקו חזרה לחולה וישקמו את האיבר הפגוע.



אל האסופה חידת התורשה3

ביבליוגרפיה:
כותר: חלקי חילוף לבני-אדם
מחבר: עדן, אמיר
תאריך: מרץ-אפריל 1999 , גליון 33
שם כתב העת: גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה
הוצאה לאור: SBC לבית מוטו תקשורת ולאתר IFEEL
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית