"ריאה על שבב": הטכנולוגיה היפנית שתכין אותנו למגפה הבאה

מגפות נשימה כמו הקורונה הוכיחו לנו עד כמה אנחנו פגיעים לנגיפים חדשים. אבל מה אם נוכל לחקור את התנהגותם של הנגיפים הללו מבלי לסכן חיי אדם? מדענים יפנים מאוניברסיטת קיוטו מציעים פתרון מהפכני: "ריאה על שבב" - מכשיר זעיר המחקה את פעולת הריאות האנושיות ומאפשר לחוקרים לבחון כיצד נגיפים שונים תוקפים את מערכת הנשימה.

הטכנולוגיה החדשה, שתוארה החודש בכתב העת המדעי Nature Biomedical Engineering, מבוססת על שבבים מיקרוסקופיים המדמים שני חלקים מרכזיים בריאות: דרכי הנשימה העליונות (שם נכנס האוויר) ונאדיות הריאה - אותם שקיקי אוויר זעירים שבהם מתרחשת החלפת הגזים.

סאצ'ין יאדב, דוקטורנט שהוביל את המחקר, מסביר שהשבבים החדשים מאפשרים לחקור כיצד אזורים שונים בריאה מגיבים לזיהומים נגיפיים. היתרון הגדול הוא שכל התאים מגיעים מאותו מקור גנטי, מה שמאפשר השוואה מדויקת.

הייחודיות של המערכת טמונה בשימוש בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) - תאים שעברו "תכנות מחדש" במעבדה ויכולים להפוך לתאי ריאה. העובדה שכל התאים מגיעים מאותו מקור גנטי מאפשרת השוואה מדויקת בין התגובות של חלקי הריאה השונים - יכולת שלא הייתה קיימת עד כה בשיטות המחקר המסורתיות.

השבבים מגלים: ההבדלים בין קורונה לשפעת

באמצעות השבבים החדשים, הצוות חקר כיצד נגיף הקורונה (SARS-CoV-2) ונגיף השפעת משפיעים על הריאות - וגילה הבדלים מרתקים.

כאשר נגיף הקורונה תקף את שבב דרכי הנשימה העליונות, המערכת החיסונית הגיבה במהירות ובעוצמה. אבל בשבב נאדיות הריאה, התמונה הייתה שונה לחלוטין: התגובה החיסונית הייתה איטית ולא מאוזנת, והגוף הפעיל חלבונים שגורמים לדלקת. השפעת, לעומת זאת, גרמה לתגובה חיסונית חזקה יותר ולנזק תאי גדול יותר בשני סוגי השבבים בהשוואה לקורונה.

"היכולת לשחזר במדויק את השונות בתגובות המארח לנגיפים שונים ולאזורי ריאה שונים יכולה לשפר משמעותית את הבנתנו לגבי נגיפים מתעוררים ולהקל על סינון תרופות מוקדם", אומר טאקשי נודה, אחד מהחוקרים הבכירים בצוות.

היתרון הגדול של הטכנולוגיה החדשה הוא האפשרות ליצור "ריאות על שבב" מתאי גזע של מטופלים ספציפיים. "שילוב תאי הגזע במערכת שלנו מציע יתרונות חסרי תקדים, כולל אפשרות לרפואה מותאמת אישית", מסביר ד"ר שימפיי גוטו, חבר בכיר בצוות המחקר.

פרופסור ריוג'י יוקוקאווה, שעמד בראש הפיתוח, מוסיף: "התובנות שהושגו יכולות לשמש לפיתוח מודלים של איברים אנושיים אחרים ומערכות רב-איבריות, מה שמקל על חקר אינטראקציות בין איברים".

המשמעות המעשית ברורה: במקום לחכות למגפה הבאה ולנסות להבין אותה תוך כדי התפשטות, נוכל לבחון מראש כיצד נגיפים חדשים עלולים להשפיע על הריאות ולפתח טיפולים מתאימים. היישומים הפוטנציאליים חורגים מזיהומים נגיפיים, והמערכת יכולה לשמש גם לחקר מצבים רפואיים אחרים. בעידן שבו מגפות נשימה הפכו לאיום ממשי, זוהי בשורה משמעותית.