עמוד הבית > מדעים > רפואה וקידום הבריאותעמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > גנטיקה > הנדסה גנטית
גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה


תקציר
לגוף אין חלקי חילוף! אבל עובדים על זה.
מדענים ורופאים ברחבי העולם מרכזים מאמצים מעוררי השתאות על מנת להעמיד לרשותנו מלאי אברים מהונדסים, שישמשו כתחליף במקרים של קטיעות או מחלות שונות הפוגמות בתפקוד איברים חיוניים.



חלקי חילוף ביו היי-טק
מחברת: דניאלה מבור


מאגודלים ועד כבד ולב. מדענים ורופאים ברחבי העולם מרכזים מאמצים מעוררי השתאות על מנת להעמיד לרשותנו מלאי אברים מהונדסים. העתיד הביוני כבר כאן

בראשית ברא אלוהים את האדם, אבל לא ברא לו חלקי חילוף.

אלמוגים מחדשים זרועות קטועות, תולעים מגדלות מחדש אפילו מחצית מגופן. ואנחנו, האם נדונו להופעה חד פעמית, ללא מִקצה שיפורים? כנזר הבריאה, אנחנו אולי ללא תחליף, אך גופנו זקוק לחלקי חילוף: איברים נקטעים, מחלות שונות פוגמות בתפקוד איברים חיוניים, אחרים מתבלים ללא הכר, והמין האנושי הולך ומזדקן.

האפשרות להחליף ולחדש איברים ורקמות פגומים היה ונשאר אחד היעדים השאפתניים ביותר של המחקר הרפואי. אפילו ויכוחים אתיים בנושא מועטים יחסית. היום, כשמחפשים איברים להשתלה, הבעיה העיקרית היא למצוא תורמים. מקבלי איברים יימצאו בשפע.

חלוצים מהונדסים לפני המחנה

אפריל 1994. בגיל 12 היה שון מק קורמק לאדם הראשון בעולם שבגופו הושתל מבנה של צלעות בית חזה, שגודל במיוחד עבורו במעבדה. שון נולד עם פגם נדיר יחסית. כל חלקו השמאלי של בית החזה, הריאה, הצלעות ורקמת סחוס, היו חסרים. רק העור חצץ בין לִבו לבין העולם החיצון.

רופאים ומדענים מבית החולים לילדים בבוסטון גרדו תאי סחוס מגדם עצם החזה המנוונת של שון. את התאים האלה הם "זרעו" במעבדה על גבי פיגום מלאכותי שעוצב על פי מידותיו של שון, כך שיוכל להגן על בית החזה שלו. הפיגום נבנה ממולקולות שהתפרקו ונמסו בקצב מקביל להתרבות תאי הסחוס שעיצבו את המבנה שגדל והלך. פעולה חלוצית זו נראית היום פרימיטיבית יחסית. מבנה הסחוס לא עוצב בצורת צלעות, אלא לכעין לוח מגן. אך עבור שון, כיום בן 17, לוח המגן הגן על חייו והיום הוא מתייחס אליו כחלק מגופו הפרטי.

מִנהל התרופות והמזון האמריקני, הידוע בשמרנותו, אישר את הטיפול בשון, למרות שלא בוצעו בתחום זה ניסויים מוקדמים בבעלי חיים כמקובל בטיפולים חדשים. האישור ניתן לאחר שנים רבות של מחקר בתחום הנדסת רקמות והיווה חותמת הֶכשר לפיתוח תחום שעל חשיבותו אין עוררין: בניית חלקי חילוף לגוף האנושי.

נובמבר 1998. ראול מרסיה בן 36 מבוסטון היה הראשון בעולם שזכה לקבל איבר מהונדס. אגודל חדש גודל במיוחד עבורו לאחר ששלו נקטע בתאונת עבודה במפעל בו עבד. מִקטעי אלמוג-ים שִמשו כפיגום שעל גביו הוסיפו תאי עצם שנלקחו מגופו ומעליהם גידלו רקמת עור. עם סיום תהליך גידול הרקמות, התמוססו מרכיבי האלמוג והשתל חובר לידו של מרסיה. המחלקה שגידלה את האגודל בשבילו מגדלת שני אגודלים נוספים עבור חולים שאגודליהם נקטעו בתאונות דומות.

נשענים על כתפי ענקים

השנה היא 1979. יוג'ין בל, פרופסור בדימוס לביולוגיה מהמכון הטכנולוגי במסצ'וסטס (MIT) מצליח לגדל תאי עור אדם במעבדה. שני רופאים, האחים לבית ואקאנטי, בשיתוף פעולה עם מהנדס כימאי, רוברט לאנגר מ-MIT הראו את הפוטנציאל האדיר והשליחות האנושית שבפיתוח רקמות חלופיות. הם הדביקו מכוני מחקר רבים ברחבי העולם בקדחת העשייה בנושא.

יוסף ואקאנטי הוא כירורג ילדים העוסק בהשתלת איברים בבית החולים לילדים בבוסטון. את הדחף לפתח את נושא הנדסת האיברים הוא חש בכל פעם כשהוא חוזר ורואה במרפאתו ילדים ותינוקות פגועי כבד אשר מתים בשל חוסר תרומת כבד, שיוכל להצילם אם יישתל בגופם בעוד מועד. ידידו, רוברט לאנגר מ-MIT הוא מהנדס כימיה יצירתי ופורה במיוחד, בעל מוניטין עולמי. צ'ארלס ואקאנטי, אחיו הצעיר של יוסף, פרופסור לרפואת הרדמה באוניברסיטת מסצ'וסטס, חבר לאחיו ולרוברט לאנגר כעבור שנים אחדות. יחדיו ביצעו את ההשתלות החלוציות בשון מק קורמיק, בראול מרסיה והשתלות אחרות. בין היתר הם התפרסמו בסדרת ניתוחים ראשונים מסוגם של השתלת רקמות שפיתחו במעבדה, גידלו אוזן מהונדסת ושתלו אותה בעכבר, הֶשג שעשה כותרות בתקשורת העולמית.

הקונצפט של הצוות הרב-תחומי פשוט, יפה ובנוי ממרכיבים בני השגה. מגדלים במעבדה פיגומים שמעצבים אותם מראש, על-פי תווי צורתו של איבר המטרה. הפיגומים הם תלת ממדיים ועשויים מפולימרים המתכלים בסביבת הגוף (בִּיוֹ-מתכלים). למשל, קולגן רקומביננטי (ממוצא אנושי) או רכיבים סינתטיים אחרים, כגון חומצה פוליגליקולית עם ציפויים שונים.

על הפיגומים ובתוכם "זורעים" תאים חיים מסוג התאים המרכיבים את האיבר המוחלף. מאיצים את הִתרבות התאים על ידי הוספה של גורמי גדילה. השתל מוחדר למקום המיועד לו בגוף והופך לאיבר חדש. התאים החדשים מתַפקדים ומתרבים, כלי דם מתחברים אל השתל, הפיגום עליו נזרעו התאים הולך ומתמוסס והאיבר החדש נטמע בסביבתו בגוף.

עידן הגוף המהונדס יוצא לדרך. התחום החדש מאחד כירורגים, מהנדסים מתחום הכימיה וחקר החומרים, גנטיקאים, אנשי השתלות ועוד. כולם שותפים במעשה הבריאה המחודש, עם שינוי קטן: האיברים אמורים להיות משופרים.

מתיאוריה למעשה

לאחר עשרים שנות מחקר שהושקעו בהבנת התהליכים המשפיעים על גידול תאים והִתרבותם, על יחסי גומלין בין תאים בתוך רקמה ופיתוח הנדסת האיברים, הפרויקטים מגיעים לנקודת הזינוק האמיתית – אספקת חלקי חילוף לרקמות פגועות וגידולם בתוך הגוף.

שתי גישות עיקריות משמשות בתחום הנדסת האיברים. בגישה אחת מגדלים את הרקמות מתאי החולה עצמו במעבדה, או בתוך גופו. בגישה השניה מתכוונים לייצר "חלקי חילוף" אוניברסליים – רקמות ואיברים שיישמרו במלאי וייועדו לכל דכפין. כאן מתעוררת הבעיה של דחיית הרקמה על ידי המערכת החיסונית של מקבל השתל, ויש צורך במתן תרופות מדכאות דחיה למושתל בדיוק כאילו קיבל תרומת איברים. הבעיה איננה קיימת במקרים בהם מושתלים תאים שמקורם בגוף החולה עצמו.

חוקרים רבים מנסים להתמודד עם בעיית הדחיה בדרכים שונות. כך לדוגמה, מנסות חברות Biohybrid ו-Neocrin, שתיהן מארה"ב, לעטוף את הרִקמה הגדלה בקרום מיוחד שאינו מגיב עם הסביבה, וכך המערכת החיסונית בגוף החולה תימנע מלתקוף. שתי החברות פיתחו מודלים כאלה של תאים מיצרי אינסולין (תאי לנגרהאנס בלבלב), ואף ניסו אותם בהצלחה בחיות ניסוי. הניסויים הקליניים בבני אדם צפויים כבר השנה.

יישומים לשתי הגישות נמצאות כבר כמעט על קו הייצור. חברת ג'ננטק (Genentek) מארה"ב מפתחת חומר המבוסס על אחד מגורמי הגדילה (ששמו VEGF). את החומר החדש הם מנסים בהצלחה בחידוש צמיחת כלי דם ברקמת שריר הלב. גישה זו מייצגת פתרון פשוט יחסית לנושא הנדסת רקמות, ובה מדובר בחידוש רקמות שנפגעו בתוך הגוף עצמו על ידי חומרים מעודדי גדילה המוחדרים באופן מבוקר לאתר הפגוע. התפיסה המונחת ביסוד גישה זו היא כי הגוף עצמו מסוגל לחדש צמיחתה של כל רקמה שהיא ויש לעודד תהליכים אלה על ידי חומרים מזרזי גדילה מתאימים.

חברת אינטגרה (Integra) מפתחת שיטה להצמחת רִקמת עור עצמי על ידי חולים פגועי כוויות קשות. השיטה: מניחים על גוף החולים פיגומי רקמת קולגן שכוסו בגורמי גדילה המעוררים את תאי העור להתרבוּת מהירה. באותה גישה מנסים לגרות צמיחה של קצות עצבים בחולים, שרגליהם או ידיהם נפגעו בתאונות או בנסיבות אחרות. עתה מתחילים מדעני החברה בסדרת ניסויים קליניים לבדיקת החומר. בשיטה חלופית נוטלים מן החולה תאים מרקמה בריאה בגופו, מגדלים אותם במעבדה לכדי רקמה פעילה, או אפילו איבר שלם, ומחזירים לתוך גופו, להשלמת ההתפתחות במקומו המַתאים בגוף. ברור ששתי גישות אלו לא יכולות לתת פתרון למקרים של כשל איברים, שם אין זמן להצמחת רקמה מחדש, ויש לספק לחולה פתרון מהיר ככל האפשר. כאן בדיוק הוא מקומם של איברים מהונדסים העשויים מ"תאים אוניברסליים".

ניקח למשל את רקמת המיניסקוס, אותה פיסת סחוס קריטית המצויה בברך. מדעני חברת Genzyme Tissue Repair מגדלים תאי סחוס הנלקחים מן החולה. תאים אלה מוחדרים בחזרה לאזור הפגוע בברך, שם הם ישלימו את גידולם וימלאו את אזורי הנזק. באותו נושא מציעה חברת רגן (Regen) מקליפורניה פיגום עשוי מקולגן בצורת מיניסקוס עטוף בחומרים מעוררי גדילה. הפיגום מוחדר לאזור הברך ומעודד צמיחת תאי סחוס עצמיים שימלאו את מלוא הפיגום. בימים אלה עובר המוצר סדרת ניסויים קליניים בבני אדם. במקרים חמורים יותר, שבהם ההרס בברך מלא, ניתן יהיה להשתמש בחלקי מלאי תִקניים: רקמת סחוס בצורת מיניסקוס שגדלה במעבדה ומיועדת לכל. חברת Advanced Tissue Sciences מציעה מלאי כזה, והשנה החלה בניסויים הקליניים.

הנדסת רקמות קורמת עור וגם גידים

לאחר גיבוש צוותי העבודה והתקינה בנושא, אישרה רשות המזון והתרופות האמריקאית (FDA) בשנת 1996 מוצר המחדש צמיחת עור בשם אינטגרה, פרי פיתוח של החברה האמריקאית אינטגרה. בחודש מאי השנה אושר לשימוש רפואי האיבר הראשון המיוצר בכמויות מסחריות: רקמת עור אנושי בשם אפליגרף, שפותחה מתאי עורלה ואושרה לשימוש כתחליף עור אצל זקנים וחולי סוכרת, הסובלים מכיבים קשים בעיקר בעור הרגליים. חברת אורגנוגנסיס (Organogenesis) מארה"ב מפתחת השתלים, טוענת שהיא מסוגלת לספק היום שתלי עור בכל צורה, צבע וכמות, כמתבקש מפריט מלאי תעשייתי.

לפחות שלושה רכיבים קריטיים מונחים בבסיס פיתוח רקמות ואיברים מהונדסים: בחירת החומרים מהם ייבנה הפיגום; בחירת התאים הנכונים ובחירת גורמי הגדילה. מאז 1992 מופנה הזרקור לתאים ייחודיים הנראים מועמדים טובים להוות "מלאי חומרי גלם" לתהליך. אלה הם תאים עובריים שנלקחים מהעובר בשלבי התפתחותו הראשונים ומהם מתפתחים תאי הגוף, רקמותיו ואיבריו. תאים אלה, הקרויים תאי גזע (Stem Cells), נלקחים בשלב התפתחות מוקדם, בטרם עברו התמיינות לרקמות ואיברים, כך שניתן לכוון את התמיינותם לכל רקמה ורקמה בגוף. את תאי הגזע העובריים יודעים היום לגדל בתנאי מעבדה ולהשאירם במצבם הראשוני שבו אצורה בהם היכולת להתחלק ולהתמיין. ממחקרים רבים עולה כי תאי הגזע העובריים מתמיינים לרקמה שאליה הם מועברים. בחודש אוגוסט השנה התפרסם בכתב העת סאיינס מחקר לפיו תאי גזע עובריים שקיבלו הנחייה להתפתח לתאים מייצרי מיאלין (שִׁכבת הבידוד של סיבי עצבים), שמרו על תפקודם לאחר שהועברו למוח ולמוח השִׁדרה.

במאמר שהתפרסם בסאיינס בחודש ינואר השנה, דווחו חוקרים כי הצליחו לגרום לתאים ממערכת העצבים לשנות את זהותם ולהתפתח לתאי דם כאשר העבירו אותם לרקמת מֵח העצם – שבה מתפתחת רקמת הדם. זהו צעד חשוב ומשמעותי בכיוון תיעוש הנדסת הרקמות על ידי גידול תאי גזע עובריים כ"מלאי חומרי גלם", מהם ניתן יהיה לפתח קווי תאים לפי הצורך. חברת Stemcell מקליפורניה מיהרה לרכוש את הזכויות לפיתות השיטה ויישומה.

מחקרים מרמזים כי תאי הגזע העובריים מתרבים היטב לאחר שתילתם בתוך הגוף. הַשְׁערות שונות הועלו ביחס לאפשרות כי התאים עצמם משחררים חומרים, שטרם זוהו, המעודדים את המשך צמיחתם וקליטתם בסביבה החדשה. התוצאות עדיין ראשוניות וברור למפתחים כי יש להתמודד עם בעיות כמו תגובת המערכת החיסונית לתאים המושתלים ועוד. יחד עם זאת, יש לזכור שצמיחת רקמות, מוצלחת ככל שתהיה, עדיין איננה יוצרת איבר. בנוסף לרקמות ולאספקת כלֵי דם, יש צורך להתגבר על קושי נוסף – עִצבוב האיבר. ללא קישור האיבר החדש למערכת העצבים, לא תתכן בקרה על פעילותו. יהיה זה צבר תאים ורקמות ולא איבר.

הממסד

ברור היום כי יש צורך דחוף במלאי זמין של רקמות ואיברים אנושיים לצורכי השתלה. עלותן של פגיעות ומחלות ברקמות ואיברים מגיע בארה"ב עד כדי 400 מיליארד דולר בשנה. הזדקנות האוכלוסייה גם היא גורם מאיץ, ונראה כי תרומות איברים ורקמות לא ידביקו את קצב הדרישה.

שנים רבות חלפו עד שהיפנה המִמסד את תשומת הלב הראויה למחקר הנדסת הרקמות. מכון הבריאות הלאומי האמריקאי (NIH), החל לתקצב מחקרים העוסקים בפיתוח רקמות לצורך יצירת שתלים רק בשנה שעברה. בהיותו אמון על עידוד ותקצוב חלק ניכר מהמחקרים בארה"ב ובעולם הרחב, רואים בו ברחבי העולם מתווה מדיניות וקובע סדרי עדיפות לאומיים בתחום המחקר הביולוגי והרפואי. בשנת 1998 הקציב המכון פחות מששה מיליון דולר לכשלושים מחקרים בנושא.

המקורבים לענף טוענים שבדיעבד מחסור זה היה לברכה, שכן הוא חייב את מבצעי הפרויקטים והחברות העוסקים בהנדסת רקמות להתקדם במהירות לפתרון בעיות מוחשיות, כפי הנדרש בסביבת השקעות הון פרטי.

מִנהל התרופות והמזון האמריקאי (FDA), גם הוא הִתקשה בהתמודדות עם הנושא. התוצר קשה להגדרה אדמיניסטרטיבית – הוא נופל אי שם בין הגדרתו כאביזר רפואי, כתרופה וכטיפול גנטי. ה-FDA שהתקשה במיון על פי הקריטריונים שלו עצמו, הקים בשנת 1995 צוות מיוחד לטיפול בנושאי הנדסת רקמות וגיבוש תקנים לנושא.

עידן בִּיוֹני חדש?

מדעני הנדסת הרקמות טוענים שהגישות התרופתיות הנקוטות ברפואה היום ומטפלות בבעיות כשל איברים באופן כימי, עשויות בעתיד הקרוב להיתפש כמיושנות ומגוחכות. התפתחויות בתחום תחליפי תאים ורקמות ישאפו לספק פתרון כוללני ואפילו משופר לאיברים שניזוקו.

בעוד מדעני הנדסת הרקמות מנסים לפתח איברים ורקמות שימלאו את תפקידי האיברים איתם נולדנו, מפליגים מרחיקי הראות שבהם אל מעבר לאופק. מדוע לא לפתח רקמות אשר יפעלו בנוסף לתפקידם הטבעי גם כנשאי טיפול תרופתי? לדוגמה מדוע לא להנדס בלוטות רוק שישחררו חומרים נגד זיהומים בפה, בבית הבליעה, בגרון וכדומה? ומה לגבי עצמות, שיוכלו לשחרר הורמון גדילה בחולים בהם פונקציה כזו נפגמה? הדמיון הוא הגבול.

האם אנו רואים באופק את כלי השיט שיוביל אותנו בבטחה אל עבר הגוף המתחדש תמיד? ואולי נסתפק בשכלול תפקודים שלגביהם הטבע חנן אותנו בביצועים בינוניים ומטה? אוזן ביונית? עין אלקטרונית? שרירים שאינם מתעייפים?

ביבליוגרפיה:
כותר: חלקי חילוף ביו היי-טק
מחברת: מבור, דניאלה
תאריך: נובמבר-דצמבר 1999 , גליון 37
שם כתב העת: גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה
הוצאה לאור: SBC לבית מוטו תקשורת ולאתר IFEEL
הערות לפריט זה: 1. דניאלה מבור עוסקת בפיתוח עסקים ופרוייקטים בתחומי מדעי החיים.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית