השנה החולפת הייתה מאתגרת מכל הבחינות, אך עולם המדע המקומי לא עצר. מתוך מחקרים רבים ומרתקים, פריצות דרך ישראליות של ממש, בחרנו עבורכם את חמשת המחקרים ששבו את לבנו - וסוללים את הדרך לקראת שינוי משמעותי בעולם האמיתי.
1. מייצור שבבים לרפואת סרטן: תאי מערכת החיסון עוברים שדרוג
מערכת החיסון שלנו נועדה להגן עלינו על ידי זיהוי ותקיפת תאים נגועים או חולים. עם זאת, תאים סרטניים מצליחים לעתים קרובות "לרמות" את מערכת החיסון על ידי העמדת פנים שהם תאים בריאים. בשנים האחרונות פותח טיפול חדשני: בידוד של תאי T, שהם "החיילים הקרביים" של מערכת החיסון, מהדם של חולה - ותכנותם מחדש במעבדה כדי לזהות ולהשמיד טוב יותר תאים סרטניים.
במהלך התכנות מחדש, תאי ה-T מופעלים באופן דומה להפעלתם בגוף בעת זיהום ומהונדסים גנטית כדי לייצר קולטנים מיוחדים שבאמצעותם התאים מזהים תאי סרטן מסוגים ספציפיים.
לאחר הגדלת הכמות של התאים המתוכנתים, המכונים תאי CAR T, מוזרקים אלה בחזרה לדם חולה, שם הם פועלים בדיוק מירבי כנגד התאים הסרטניים. עם זאת, למרות ההבטחה הגלומה בו, הטיפול הזה עדיין מוגבל. אחת הסיבות המרכזיות לכך היא אורך הפעולה הקצר של תאי CAR T, שמותשים במהרה לאחר הזרקתם לדם.
כדי להתמודד עם בעיה זו, שתי קבוצות מחקר מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בראשות פרופ' מארק שוורצמן מהמחלקה להנדסת חומרים ופרופ' אנג'ל פורגדור מהמחלקה לאימונולוגיה, שיתפו פעולה במטרה לחקור מדוע תאי T נשארים פעילים בגוף במהלך תגובות חיסוניות טבעיות - אך מאבדים במהירות תפקוד כאשר הם מופעלים ומהונדסים גנטית באופן מלאכותי במעבדה.
הם שיערו כי הבדל עיקרי טמון במאפיינים הפיזיים של הסביבה שמפעילה את התאים: במעבדה, תאי T בדרך כלל מגורים באמצעות חרוזי פלסטיק נוקשים המצופים במולקולות מפעילות. בגוף, לעומת זאת, תאי T מגורים על ידי תאים נושאי אנטיגן, תאים לא תקינים או תאים נגועים, שהם בדרך כלל רכים ואלסטיים, עם משטחים מורכבים המכוסים בבליטות ננומטריות הדומות לזרועות זעירות.
אי לכך הם הנדסו משטחים מלאכותיים מכוסים בננו-מבנים המחקים את אלה שעל תאים המגרים תאי T בגוף. החוקרים גילו שתאי T אנושיים שהופעלו על משטחים מלאכותיים אלה, הציגו הפעלה חזקה וארוכת טווח, המדמה את סביבתם הטבעית. יתר על כן, הם הבינו שניתן לכוונן את עוצמת הגירוי על ידי התאמת הגיאומטריה והקשיחות של הננו-מבנים.
בעקבות הממצאים, פרופ' שוורצמן ופרופ' פורגדור פנו לתכנן משטחים מלאכותיים המותאמים במיוחד ליצירת תאי CAR T חזקים ובעלי פעילות נגד סרטן לטווח ארוך.
לאחר שבחנו מגוון משטחים עם ננו-מבנים, החוקרים ערכו עם המשטח המנצח ניסויים במעבדה ובמודלים של עכברים. הם הראו שתאי CAR T המופקים בשיטה החדשה הם בעלי יכולת זיהוי והשמדת תאי סרטן חזקה וארוכת טווח הרבה יותר מהשיטות הקיימות. כעת, הם מתמקדים בהרחבת הטכנולוגיה ובמעבר ממעבדת המחקר ליישום קליני.
"כדי לייצר ננו-מבנים מפעילים אלה השתמשנו בתחילה בטכניקות שהותאמו מטכנולוגיית ייצור שבבים", הסביר פרופ' שוורצמן. "הביקוש המתמשך לרכיבים אלקטרוניים קטנים יותר ויותר בשבבים הביא את הטכנולוגיה הזו לנקודה שבה ניתן לייצר מבנים כמעט בכל גודל, אפילו ברמה המולקולרית".
הצוות פיתח שיטות ננו-טכנולוגיות חסכוניות המתאימות לייצור המוני, וכבר ייצר אבות טיפוס ראשונים המסוגלים לייצר תאי CAR T בכמות המספיקה לטיפול קליני.
המחקר פורסם בכתב העת Advanced Materials.
2. לראשונה: חוקרים גידלו רכיבי כליה של עובר אנושי
חוקרים מהמרכז הרפואי שיבא תל השומר ומאוניברסיטת תל אביב גידלו לראשונה בעולם מרכיבי כליה עוברית אנושית מתאי גזע רקמתיים. הכליה גדלה והתפתחה במקביל למתרחש ברחם הן מבחינת משך הזמן והן מבחינת התהליכים, ובכך אפשרה לחוקרים לראות בזמן אמת את התפתחות האיבר, לבודד גנים שמובילים למומים מולדים, לפתח טיפולים חדשניים בתחום הרפואה הרגרנטיבית ולבדוק רעילות של תרופות בהיריון על כליות עוברים.
צוות המחקר, בהובלת פרופ' בנימין דקל, מסביר כי חוקרים מגדלים אורגנואידים - תרביות תלת-ממדיות דמויות-איברים - בתנאי מעבדה כדי לחקור איברים באופנים שאינם מתאפשרים בבני אדם. אלא שאורגנואידים שמקורם מתאי גזע פלוריפוטנטיים (שיכולים להתמיין לכל תא בגוף) עלולים להכיל תאים שאינם קשורים לאיבר ועלולים להתרחק מהמקור.
לעומת זאת, אורגנואיד הכליה שצמח מתאי גזע רקמתיים של כליה עשה זאת באופן "נקי", שכן תאי גזע אילו מתוכנתים בטבע להתמיין אך ורק לרקמת כליה. תאים אלה התמיינו לסוגים שונים של תאי כליה, ויצרו לאורך 34 שבועות רקמות שונות של הכליה, כמו מסנני דם וצינורות שתן.
"האפשרות לגדל כליה עוברית למשך זמן השווה לזמן שבו הכליה צומחת בהיריון יכולה לשפוך אור חדש על תהליכים ביולוגיים בכלל, ובפרט על תהליכים שמובילים למחלות כליה", אומר פרופ' דקל.
"כיום כדי ללמוד על מום מולד זה או אחר, משתמשים בעכברים: משנים להם גן זה או אחר, ועוקבים אחר ההתפתחות. אבל בסופו של דבר מדובר בעכבר, לא באדם. מן הסתם איננו יכולים לשחק עם גנים של עוברים בהיריון.
"לעומת זאת, אורגנואיד כליה במעבדה אין בעיה לחקור, במיוחד אם מסלולי האותות של ההתפתחות זהים למקור כפי שנמצא בטכנולוגיה שפיתחנו. ובאמת כשחסמנו בצורה נקודתית מסלול אותות מסוים, ראינו איך בצד השני הוא מוביל למום מולד. אנחנו ממש רואים בלייב איך בעיה בהתפתחות מובילה למחלת כליות שרואים בקליניקה, מה שיאפשר פיתוח טיפולים חדשניים".
פרופ' דקל מדגיש כי לפריצת הדרך השלכות החורגות בהרבה מההבנה הביולוגית של התפתחות הכליה. "העובדה שאנחנו יכולים לגדל לאורך זמן תאי גזע רקמתיים של כליה מחוץ לגוף פותחת פתח לרפואה רגנרטיבית, כלומר להשתלת רקמות כליה שגודלו במעבדה - בתוך הגוף. כעת יש לנו למעשה מקור בלתי נדלה של תאים כלייתיים שונים, והבנה טובה יותר של תפקידיהם השונים בהתפתחות ובתפקוד הכליה".
לדבריו, אפשר גם להשתמש באוגנואיד כדי לבדוק רעילות של תרופות – כמו סוגים שונים של אנטיביוטיקה שנשים נוטלות בהיריון.
בעתיד, רוצים החוקרים לשכלל את האורגנואיד ולהוסיף לו רשת כלי דם, דבר שיוסיף ממד נוסף של מורכבות – ויקרב אותו אף יותר לדבר האמיתי.
המחקר התפרסם בכתב העת The EMBO Journal.
3. מסתבר שהגוף שלנו יודע לייצר אנטיביוטיקה
חוקרים ממכון ויצמן למדע גילו מנגנון חיסוני שלא היה ידוע קודם לכן, המייצר באופן טבעי מאות אלפי חומרים הפעילים נגד בקטריות. הגילוי עשוי להוביל לפיתוח דור חדש של אנטיביוטיקות בתקופה שבה העולם מתמודד עם משבר של עמידות חיידקית לתרופות קיימות.
הצוות גילה כי לצד שתי זרועות מערכת החיסון המוכרות - החיסון המולד והחיסון הנרכש - פועלת זרוע שלישית שעד כה לא זוהתה.
הגילוי מבוסס על מחקר מתמשך של הפרוטאוזום, מבנה חלבוני הנמצא ברוב תאי הגוף ומכונה "מחסן המיחזור" של התא. בדומה לאופן שבו אנו ממחזרים פסולת לחומרי גלם, הפרוטאוזום מפרק חלבונים שתפקידם הסתיים ומחזיר אותם למחזור כאבני בניין לחלבונים חדשים.
"גילינו שבעת זיהום, הפרוטאוזום משנה את דרך הפעולה שלו ומתחיל לייצר רצפי חלבון קצרים בעלי יכולות אנטי-בקטריאליות", הסבירה פרופ' יפעת מרבל מהמחלקה למדעי המחשב והמתמטיקה יישומית, שהובילה את המחקר. החוקרים זיהו כי במהלך הדבקה חיידקית, התא מפעיל מנגנון מיוחד הגורם לפירוק ממוקד של חלבונים באופן שמייצר חתיכות קטנות הפעילות נגד החיידקים הפולשים.
בניסויים שביצע הצוות, התגלה כי כאשר החוקרים השביתו את המנגנון החדש, התאים נחשפו יותר לזיהומים חיידקיים. לעומת זאת, כשהפיקו את החומרים הפעילים ונתנו אותם לעכברים עם זיהומים חיידקיים, נמצא כי הם יעילים כמו אנטיביוטיקות מוכרות.
במהלך המחקר זוהו מאות חומרים שנמצאו בעבר כיעילים נגד חיידקים, אך עד כה לא היה ידוע שהם חלק ממערכת מסודרת בגוף האדם. "החומרים היו קבורים עמוק בתוך החלבונים ויכולים להשתחרר רק כשהחלבון מתפרק בצורה מסוימת", אומרת פרופ' מרבל.
לחומרים החדשים עשויים להיות יתרונות משמעותיים על פני אנטיביוטיקות מסורתיות. מכיוון שמדובר בחומרים שהגוף מכיר ומייצר באופן טבעי, יש סיכוי שהם יגרמו לפחות תופעות לוואי. בנוסף, שילובים של כמה חומרים כאלה יחד עשויים ליצור טיפולים יעילים יותר.
עם זאת, החוקרים מדגישים כי המחקר עדיין בשלביו הראשוניים. "בינתיים לא הצלחנו לחזות מראש בדיוק איזה רצף יהרוג איזה חיידק", מציינת פרופ' מרבל. "השלב הבא הוא מיפוי מפורט של החומרים ויעילותם מול זיהומים שונים".
הצוות בוחן כעת האם קיימים מנגנונים דומים גם להתמודדות עם וירוסים ופטריות, וחוקר דרכים לפתח את הממצאים לטיפולים קליניים בעתיד.
המחקר התנהל בשיתוף עם חוקרים מהאוניברסיטה העברית, אוניברסיטת בר-אילן ואוניברסיטת אילינוי בארה"ב.
הוא פורסם בכתב העת המדעי Nature.
4. מורשת הציידים-מלקטות מגיעה אל צריכת החלבון שלנו
האם כולנו מעכלים חלבון באופן דומה? מחקר שנערך בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון מגלה הבדל משמעותי בין מערכות העיכול של נשים וגברים: עיכול חלב ועיכול תחליף חלב אינו זהה בשני המינים.
קבוצת המחקר פיתחה מודל עיכול ייחודי המדמה מערכות עיכול של נשים וגברים, ובאמצעותו הושגו הממצאים המפתיעים הבאים: במודל של מערכת העיכול הגברית, יעילות גבוהה של פירוק החלבונים התגלתה בחלב, ואילו במודל הנשי – במשקה הצמחי (תחליף חלב מבוסס שיבולת שועל).
החוקרים סבורים שממצאי המחקר תואמים את ידיעותינו על תרבות הציידים-לקטים, וליתר דיוק ציידים-מלקטות, שבה הגברים היו אחראים למזון מן החי והנשים למזון מן הצומח. אף שבסופו של דבר האוכל יועד לכלל הקהילה, אפשר להניח שגברים צרכו יותר מזון מן החי וכך הסתגלו קיבותיהם, במהלך האבולוציה, לחלבונים ממקור זה.
ניתוח מעמיק הראה הבדלים בריכוזי חומצות האמינו והפפטידים (שברי חלבונים) הנוצרים מפירוק החלבונים בתהליך העיכול – אצל גברים נמצאו בתהליך העיכול יותר פפטידים אנטי-מיקרוביאליים ואילו אצל נשים נמצא פפטיד המעורב בבניית העצמות (פפטיד אוסטואנאבולי).
ממצא זה מסקרן במיוחד נוכח העובדה ששכיחות האוסטאופורוזיס (דלדול עצם) גבוהה משמעותית בקרב נשים מבוגרות: אחת מכל שלוש נשים מעל גיל 50 תחווה שבר אוסטאופורוטי לעומת אחד מכל חמישה גברים בלבד. ייתכן אפוא שהמחקר עשוי להצביע על יתרון תזונתי ייחודי לנשים בבחירת מקורות החלבון שלהן.
לדברי פרופ’ אורי לזמס, שהוביל את המחקר, “המוטיבציה למחקר נבעה מהמעבר הגלובלי לתזונה מן הצומח ומהשגשוג של תחליפי בשר ותחליפי חלב. לאור הצריכה הגוברת של המוצרים האלה ביקשנו להבין אם גברים ונשים מפיקים תועלת תזונתית דומה מתחליפים אלה, תוך התמקדות בחלב ותחליפי חלב. אף שכבר נעשו מחקרים דומים על מערכת העיכול של ‘המבוגר הממוצע’, מועטים המחקרים שמתייחסים להבדל בין המינים".
המחקר חושף את השפעת המין הביולוגי על עיכול המזון וממליץ להתחשב בה בתכנון מדיניות תזונתית ובמיוחד בהנדסת מזון העתיד. לדברי פרופ’ לזמס, "עיבוד מזון הוא שאיפשר את התפתחותו של האדם המודרני, וראוי שנרתום את ממצאי המחקר לטובת שלב חדש בעיבוד מזון במאה ה-21, המבוסס על מחקרים בהנדסת מזון, תזונה ובריאות".
המחקר פורסם בכתב העת Food Research International.
5. מריחים את זה? חיישן חדש חושף את סודות המוח הכלבי
זה שנים רבות שהאדם עושה שימוש בחוש הריח המפותח של הכלבים לצרכיו שלו - באיתור נעדרים, בגילוי סמים וחומרי נפץ מוסתרים, ואפילו לזיהוי מחלות בבני אדם. אבל איך בעצם המוח של הכלב מעבד את הריחות?
מחקר שנערך במעבדתו של פרופ' זאב זלבסקי, סגן נשיא לקשרי תעשייה באוניברסיטת בר-אילן, בחן את הפעילות המוחית של כלבים במהלך הרחרוח וחשף מידע רב על עיבוד המידע המוחי. בניסוי חלוצי, פיתחו החוקרים חיישן אופטי המסוגל לעקוב מרחוק אחר פעילות המוח של כלבים כשהם מעבדים ריחות שונים.
הטכניקה הלא פולשנית מודדת פעילות בשלושה אזורים קריטיים במוח - בלוטת הריח, ההיפוקמפוס והשקדית - שכולם משחקים תפקיד מרכזי באופן שבו כלבים מבחינים בין ריחות.
בניגוד לשיטות מסורתיות כמו fMRI ו-EEG, הדורשות מהכלבים לשכב בלי לזוז או להיות מורדמים, הגישה החדשנית משתמשת בטכנולוגיה מבוססת לייזר לזיהוי דפוסים. מצלמה ברזולוציה גבוהה קולטת תגובות מוח בזמן אמת ללא צורך בציוד חודרני, ומאפשרת הצצה חסרת תקדים אל תוך נפשו של הכלב בסביבה טבעית.
עם ההבנה החדשה הזו של חוש הריח הכלבי, עובדים החוקרים כעת על מכשיר נייד הנשלט באמצעות Wi-Fi ומצויד במצלמה זעירה ומערכת לייזר. המכשיר יוכל להיות מותקן על ראשו של כלב כדי לעקוב אחר תגובות הריח שלו בזמן אמת - שינוי מהותי פוטנציאלי ביישומי זיהוי ריח.
"המטרה שלנו היא ליצור מכשיר קל לנשיאה שיוכל לעקוב אחר האופן שבו כלבים מעבדים ריחות בלי הצורך לאמן אותם להגיב בצורה מסוימת", הסביר ד"ר יפים ביידרמן ממעבדת המחקר האופטי בבר-אילן. "זה יכול לחולל מהפכה באופן שבו אנחנו משתמשים בכלבים לגילוי סמים, אבחונים רפואיים ואפילו במצבי חירום ואסון".
המחקר פורסם בכתב העת Journal of Biophotonics.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו