חוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן בארצות הברית מציגים התקדמות מסקרנת בחקר פגיעות חוט שדרה: בניסויי מעבדה הצליחו להדגים תהליכי שיקום עצביים ברקמות אנושיות שגודלו מחוץ לגוף. המחקר, שפורסם בכתב העת המדעי Nature Biomedical Engineering, מתאר לראשונה מודלים המדמים פגיעה בחוט שדרה אנושי בתנאי מעבדה, וכן בחינה של טיפול ניסיוני שכבר הראה תוצאות מעודדות בניסויים בבעלי חיים.
לשם כך יצרו החוקרים אורגנואידים של חוט שדרה אנושי - רקמות תלת-ממדיות זעירות שגודלו מתאי גזע אנושיים ומדמות היבטים מרכזיים של חוט השדרה, ובהם תאי עצב, תאי תמך ותאי חיסון של מערכת העצבים. בעזרת הרקמות הללו יכלו החוקרים, לראשונה, לשחזר במעבדה פגיעות אופייניות לחוט שדרה אנושי ולבחון טיפולים ישירות על רקמה אנושית, ולא רק באמצעות ניסויים בבעלי חיים.
4 צפייה בגלריה
רקמות חוט שדרה אנושיות שגודלו במעבדה שימשו לבחינת תהליכי פגיעה ושיקום. אילוסטרציה
(צילום: Shutterstock)
פגיעות שמדמות תאונות וניתוחים
במסגרת המחקר יצר הצוות שני סוגי פגיעה באורגנואידים: פגיעת חתך, המדמה נזק ניתוחי, ופגיעת מעיכה דחיסתית, הדומה לפגיעות הנגרמות בתאונות דרכים או בנפילות קשות. בשני המקרים נצפה מוות מיידי של תאי עצב, התפתחה תגובה דלקתית, ונוצרה רקמה דמוית "צלקת גליאלית" – תהליך מוכר שמקשה על צמיחה מחודשת של סיבי עצב לאחר פגיעה בחוט השדרה.
לאחר הפגיעה טופלו האורגנואידים בטיפול ניסיוני המבוסס על מבנים סופרא מולקולריים של אמפיפילים פפטידיים – מולקולות זעירות שמסוגלות להתארגן בעצמן למבנים דינמיים ברקמה. החוקרים מכנים אותן "מולקולות רוקדות", בשל האופן שבו הן נעות ומשנות צורה, תנועה שנועדה להשפיע על סביבת תאי העצב ולעודד תהליכי שיקום. מדובר באותו טיפול ניסיוני שכבר הוכיח בעבר, בניסויים בעכברים, יכולת להפוך שיתוק לאחר פגיעה חריפה וחמורה בחוט השדרה.
לדברי החוקרים, לאחר הטיפול ניכרו שינויים ברורים ברקמות הפגועות: הרקמה דמוית הצלקת הגליאלית פחתה בצורה משמעותית, רמות של גורמים המעודדים דלקת ירדו, והחלה צמיחה מחודשת של אקסונים ונויריטים – שלוחות עצביות חיוניות להעברת מסרים במערכת העצבים.
בנוסף שילבו החוקרים באורגנואידים גם מיקרוגליה – תאי החיסון של מערכת העצבים, שבדרך כלל אינם נכללים במודלים מסוג זה. שילובם אפשר לרקמה להגיב לפגיעה באופן הדומה יותר למה שמתרחש בחוט שדרה אנושי אמיתי, וחיזק את הרלוונטיות של המודל לבחינת טיפולים עתידיים.
האתגר הגדול של פגיעות חוט שדרה
ד"ר יצחק אנגל, מנהל היחידה לניתוחי עמוד שדרה במרכז הרפואי מאיר מקבוצת כללית, מסביר כי כדי להבין את המשמעות של מחקרים מהסוג הזה, חשוב להבין תחילה מה מייחד פגיעות בחוט השדרה לעומת פגיעות עצביות אחרות.
"בפגיעות חוט שדרה הבעיה אינה קרע של העצב, אלא תגובה מורכבת של הגוף לפגיעה", הוא מסביר. "נוצרת צלקת שמפריעה למעבר סיבי עצב, ובמקביל החלק של העצב שמצוי מעבר לנקודת הפגיעה נהרס – תהליך טבעי שמקשה מאוד על שיקום".
ד"ר יצחק אנגלצילום: דוברות מאירלדבריו, תהליך כזה מתרחש גם בחוט השדרה, וכאן טמון ההבדל המרכזי בין חוט השדרה לעצבים פריפריים, כמו אלה שבידיים או ברגליים. "בחוט השדרה עוברים מספר עצום של סיבי עצב, ארוכים מאוד, והמרחק בינם לבין איברי המטרה - בעיקר השרירים - גדול במיוחד. מעבר לכך, הסיבים הללו אינם מסודרים במסלולים פשוטים, אלא עוברים בתוך חוט השדרה בצורה מורכבת ולא אחידה. כאשר מתרחשת פגיעה ונגרם הרס של הסיבים הללו, גם אם נניח לרגע שלא נוצרת כלל צלקת, עדיין נדרש לבנות מחדש את כל הסיבים - בדיוק באותו סדר ובדיוק לאותם יעדים".
כדי להמחיש את המורכבות, הוא משווה את חוט השדרה לארון חשמל. "זו מערכת של חוטים סבוכים. אם כולם נפגעים, לא מספיק לחדש את החוטים עצמם - צריך גם לחבר כל אחד מהם בדיוק לשקע הנכון".
עם הזמן, הוא מוסיף, הצלקת שנוצרת באזור הפגיעה מתעבה והופכת למכשול פיזי של ממש, שמקשה על סיבי עצב חדשים, גם אם הם מתחילים להיווצר, לעבור דרכה ולהגיע ליעדם. "כל הגורמים האלה יחד מסבירים מדוע אצל מי שפיתח שיתוק בעקבות פגיעה בחוט השדרה, הסיכוי לשיפור משמעותי הוא נמוך מאוד".
4 צפייה בגלריה
פגיעה בחוט השדרה אינה קרע פשוט, אלא שיבוש של רשת עצבית סבוכה ומורכבת
(צילום: Shutterstock)
לדברי ד"ר אנגל, מרבית המחקר בתחום מתמקד כיום בניסיון להתמודד עם האתגרים הללו. "המטרה של פריצות דרך מהסוג הזה היא למצוא דרכים להפחית את הצלקת ולאפשר התחדשות של התאים שיוצרים את סיבי העצב. גם חברות ישראליות עוסקות כיום בפיתוחים המבוססים על אותו עיקרון", הוא אומר, ומתייחס בין היתר למחקר מאוניברסיטת תל אביב, בראשות פרופ' טל דביר, שהצליח להנדס במעבדה חוט שדרה אנושי מתאי גזע.
טכנולוגיה ישראלית זאת מבוססת על יצירת שתל תלת-ממדי מותאם אישית, המשלב תאי עצב שגודלו מתאים של המטופל עצמו בתוך מצע ביולוגי שמקורו ברקמת שומן שלו. גישה זו אפשרה לחוקרים, בניסויים בבעלי חיים, להראות כי לאחר השתלת הרקמה באזור הפגוע נרשם שיקום תפקודי משמעותי, ובמקרים רבים החיות חזרו ללכת. בהמשך לכך, ולאחר קבלת אישור עקרוני ממשרד הבריאות, מתוכננים כעת ניסויי חמלה ראשונים בבני אדם בישראל.
הבנת מנגנוני הפגיעה וההחלמה
פרופ' סמואל איי. סטאפ, שהוביל את המחקר, הסביר את חשיבות הגישה החדשה. "אחד ההיבטים המרגשים ביותר באורגנואידים הוא היכולת להשתמש בהם כדי לבדוק טיפולים חדשים ישירות על רקמה אנושית", אמר סטאפ, כך דווח באתר TechJuice. "מעבר לניסוי קליני, זו למעשה הדרך היחידה לעשות זאת".
לדבריו, הצוות פיתח במכוון שני מודלים שונים של פגיעה, במטרה לבחון האם התגובה לטיפול באורגנואידים דומה לזו שנצפתה בעבר בניסויים בבעלי חיים. "לאחר הטיפול, הצלקת הגליאלית דהתה בצורה משמעותית עד שכמעט לא ניתן היה לזהות אותה, וראינו צמיחה של נויריטים, בדומה לרגנרציה של אקסונים שראינו במודלים של בעלי חיים. מבחינתנו, זה מהווה אישור לכך שלטיפול יש סיכוי טוב לפעול גם בבני אדם", אמר.
במחקרים קודמים בבעלי חיים הראו החוקרים כי הזרקה אחת של הטיפול, שניתנה כ-24 שעות לאחר פגיעה חמורה, סייעה לעכברים לשוב וללכת בתוך שבועות ספורים. במחקר הנוכחי לא נבחנה יכולת תפקודית, אך החוקרים מדווחים על שינויים מבניים וביולוגיים ברקמה, התואמים תהליכים מוכרים של שיקום עצבי.
עם זאת, הם מדגישים כי מטרת העבודה אינה ליצור חוט שדרה שלם במעבדה, אלא לפתח מערכת מחקרית שתאפשר להבין טוב יותר את מנגנוני הפגיעה וההחלמה, ולבחון טיפולים בצורה מדויקת ובטוחה יותר לפני מעבר לניסויים קליניים בבני אדם. לדברי החוקרים, המודלים החדשים עשויים לזרז את פיתוחם של טיפולים לפגיעות בחוט השדרה, ואולי בעתיד גם לסייע בחקר ובפיתוח מענה לנזקים נוספים במערכת העצבים המרכזית הנגרמים כתוצאה מטראומה או ממחלות.
ד"ר אנגל מסכם ומדגיש את הפער בין ממצאים במודלים של בעלי חיים לבין יישום בבני אדם. "במחקרים רואים עכברים שחוזרים ללכת, אבל ההבדל בין גוף של עכבר לבין גוף האדם הוא עצום. המרחקים ארוכים יותר, המערכת מורכבת בהרבה, והאתגר המרכזי הוא כיצד לגרום לתאים החדשים להגיע בדיוק ליעד הסופי שלהם. הדרך משם ועד לריפוי בבני אדם עדיין ארוכה מאוד".
המידע הראשוני התקבל ממערכת ניתוח החדשות של חברת Alchemiq
