חוקרים מרמב"ם ומהטכניון פיתחו מודל של דרכי הנשימה האנושיות על גבי שבב, וגילו כי חשיפה חוזרת לבנזן עוררה תגובה בתאים גם בריכוז שלא פגע בהם באופן ישיר. לדברי החוקרים, הפיתוח עשוי לאפשר לבחון את השפעתם של מזהמי אוויר על רקמה אנושית, ולהשלים את המידע המתקבל ממחקרים אפידמיולוגיים ומניסויים בבעלי חיים.
אמש דיווח משרד הבריאות על זיהום חריג באזור בתי הזיקוק בחיפה, ובעקבותיו הורה להעביר את הלימודים בשני בתי ספר בקריית אתא הסמוכה לאתרים חלופיים. לפי הודעת המשרד, בימים האחרונים בוצעו במתחם בז"ן עבודות תחזוקה תקופתיות ושיקום נזקים שנגרמו במלחמה. בסוף השבוע האחרון נמדדו ריכוזים חריגים מאוד של בנזן בתחנת הניטור הסביבתית הסמוכה לאזור התעשייה דשנים בקריית אתא (ניידת 4), וביתר תחנות הניטור סביב המתחם נמדדו באותם ימים ערכים תקינים.
מחקר: חשיפה חוזרת ל בנזן מעוררת תגובה בדרכי הנשימה גם בריכוז שלא גרם לפגיעה ישירה בתאים
(צילום: דוברות רמב"ם)
בנזן הוא תרכובת אורגנית נדיפה (VOC), המוגדרת כמסרטן ודאי לבני אדם. הוא נמצא בין היתר בעשן סיגריות, בגזי פליטה של כלי רכב ובפליטות תעשייתיות. לפי ארגון הבריאות העולמי, חשיפה לבנזן קשורה לעלייה בסיכון לחלות בסרטן במהלך החיים, גם בריכוזים נמוכים.
העובדה שריכוז מסוים אינו פוגע בתאים בבדיקות רעילות אינה מעידה בהכרח שאין לו השפעה ביולוגית. האם חשיפה חוזרת לריכוזים נמוכים של מזהם אוויר עשויה להשפיע על תאי דרכי הנשימה, גם כשלא נצפית רעילות ישירה? זו השאלה שבחן המחקר, שפורסם בגיליון יוני של כתב העת ACS Biomaterials Science & Engineering.
את המחקר הובילו ד"ר אדל גולדמן-פינקוביץ', חוקרת בכירה במרכז לטכנולוגיות למחקר רפואי יישומי (MATRiC) ברמב"ם, ד"ר ארבל ארצי-שנירמן, מנהלת המרכז, ופרופ' ג'וזואה שניטמן, דיקן הפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון ועומד בראש המעבדה לביו-זורמים.
הפער בין המדידה להשפעה
ד"ר ארצי-שנירמן הסבירה בשיחה עם ynet כי אחת הבעיות בהערכת החשיפה לזיהום אוויר היא הפער בין נתוני הניטור הסביבתי לבין ההשפעה הביולוגית של החומרים הנפלטים. "כיום לא קיימת טכנולוגיה שיודעת לנטר את כל החומרים שהתעשייה הפטרוכימית פולטת, ובטח שלא באופן רציף. למרות זאת, יש מספיק נתונים של איגוד ערים אזור מפרץ חיפה - הגנת הסביבה, שמוכיחים שבסביבת התעשייה הפטרוכימית נמדדים חומרים מסרטנים בריכוזים גבוהים יותר". לדבריה, כדי להבין את השפעתם של מזהמים שונים נדרשים כלים שיאפשרו לבדוק אילו השפעות יש לחומר מסוים, באילו ריכוזים הן מופיעות וכיצד תאים אנושיים מגיבים אליו.
לשם כך השתמשו החוקרים בטכנולוגיית "איבר-על-שבב", המאפשרת לפתח במעבדה מודלים המדמים מאפיינים של איברים אנושיים. "זו טכנולוגיה שמשמשת למעשה כלי משלים לניסויים בבעלי חיים. אנחנו משתמשים בשיטות הנדסה כדי ליצור תנאים שמדמים בצורה אמינה את מה שקורה בגוף. במחקר הנוכחי יצרנו איבר-על-שבב של דרכי הנשימה בריאה", הסבירה ד"ר ארצי-שנירמן.
אחד האתגרים בפיתוח המערכת היה השגת תאים אנושיים מתאימים, שכן נטילת תאים מרקמת ריאה כרוכה בהליך מורכב ופולשני. כדי להתגבר על כך השתמשו החוקרים בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) - תאים בוגרים שתוכנתו מחדש למצב דמוי עוברי, ולכן יכולים להתמיין לסוגים שונים של תאים בגוף.
באמצעות תהליך מבוקר במעבדה הביאו החוקרים את התאים להתמיין לתאי אפיתל של הסימפונות, הדומים לתאים המצפים את דרכי הנשימה. כך נוצרה מערכת המשלבת מבנה המדמה אזור מוגדר בדרכי הנשימה עם תאים אנושיים, ומאפשרת לבחון את תגובתם לחומרים מזהמים. "המערכת הזו מאפשרת לנו לשאול המון שאלות שלא ניתן לשאול במחקרים בעכברים, למשל, שבהם צריך להקריב את בעלי החיים כדי לדעת כיצד חומר כלשהו עלול להשפיע על הריאה", אמרה ד"ר ארצי-שנירמן. היא הדגישה כי המודל אינו מדמה ריאה שלמה, אלא אזור מסוים בדרכי הנשימה, ומאפשר לבחון את התגובה הראשונית של התאים לחשיפה למזהמים.
מה מדדו בתאים?
כדי לבחון את יכולות המערכת חשפו החוקרים את תאי הסימפונות לריכוזים שונים של בנזן, ובדקו את חיות התאים ואת הפרשת הציטוקינים - חלבונים המשמשים להעברת מסרים בין תאים ומעורבים בוויסות התגובה החיסונית והדלקתית בגוף. בחשיפה בודדת לריכוז הנמוך ביותר שנבדק לא נמצאה פגיעה בחיות התאים, וגם לא נרשמה עלייה מובהקת בהפרשת הציטוקין IL-10. לעומת זאת, לאחר חשיפות חוזרות לאותו ריכוז נרשמה עלייה בהפרשת החלבון.
"ראינו שלריכוז שנחשב לתקין יש השפעה על התאים לאורך זמן". ד"ר ארבל ארצי-שנירמן מרמב"ם
(צילום: הקריה הרפואית רמב"ם)
לדברי ד"ר ארצי-שנירמן, הממצא מעיד על תגובה תאית לחשיפה חוזרת, גם כשבבדיקות המקובלות לא מזוהה רעילות ישירה. עם זאת, העלייה בהפרשת IL-10 אינה מוכיחה כשלעצמה שנגרם נזק לריאות או שהתפתחה דלקת כרונית.
מעבר לממצאים הנוגעים לבנזן, החוקרים הדגישו כי עיקר חשיבותו של המחקר הוא בפלטפורמה שפותחה. כיום הערכת הסיכון הבריאותי מחשיפה למזהמי אוויר נשענת על שילוב של נתוני ניטור, מחקרים אפידמיולוגיים, תרביות תאים וניסויים בבעלי חיים, והמודל החדש עשוי להשלים את השיטות הקיימות ולאפשר לבחון ישירות את תגובתן של רקמות אנושיות לחשיפה למזהמים.
לדברי ד"ר ארצי-שנירמן, בעתיד יהיה אפשר להשתמש במערכת גם לבדיקת תערובות מורכבות של מזהמים, ואף של דגימות אוויר שייאספו מהסביבה. "ראינו שלריכוז שנחשב לתקין יש השפעה על התאים לאורך זמן, ויש לנו עכשיו כלי שמאפשר לנו לענות על המון שאלות שלא יכולנו לענות עליהן קודם".
