בונים בשר חי

השנה הצליחו מדענים לבנות את הכליה המלאכותית הפעילה הראשונה. כעת הם מנסים להשתמש באותה שיטה כדי לרפא שרירים קרועים, עצמות מרוסקות ואולי יום אחד גם לבנות אדם שלם מאפס
X זמן קריאה משוער: 10 דקות

"זה התחיל כפצע קטן ליד הברך, כנראה עקיצת יתוש," אומרת אליזבת לוֹבּוֹאה. אבל המשחה האנטיביוטית לא עזרה ותוך שבועיים פצע אחד הפך לשלושה. לפי מראה הפצעים, הרופא חשד בחיידק העמיד MRSA ורשם אנטיביוטיקה חדשנית וחזקה שלוקחים דרך הפה. בשלב הזה הפיתוי פשוט היה גדול מדי. "במקום לקחת את האנטיביוטיקה, החלטתי לנסות טיפול שפיתחתי – על עצמי," היא אומרת.

לובואה היא לא סתם עוד מטופלת. במעבדה שלה באוניברסיטת נורת' קרוליינה סטייט ברַייְלי, עבדה מהנדסת החומרים על סוג מיוחד של תחבושת-על שמשמידה את עצמה ומסוגלת לרפא פצעים מזוהמים במהירות בלי להשאיר צלקות ובלי להשתמש באנטיביוטיקה המקובלת. הסופר-פלסטר הזה מבוסס על חומר שמתפרק עד שלא נשאר דבר מלבד התאים המחודשים והבריאים שלכם. יתרה מזו, יום אחד יהיה אפשר להשתמש באותו טריק כדי לרפא שרירים קרועים, רקמה פגועה במערכת העיכול ואף עצמות מרוסקות. חוקרים מסוימים כבר הצליחו להשתמש בו כדי לבנות איברים שלמים מאפס, ויום אחד הוא עשוי אף לסייע בתיקון מוחות פגועים. "זה ממש מלהיב," אומרת סוצ'יטרה סומיטראן-הולגרסון מאוניברסיטת גטבורג בשבדיה. "אנחנו מנסים ליצור אדם חדש לחלוטין."

אז מהו חומר העל הזה? בתוך הגוף הוא מוכר בתור מטריצה חוץ-תאית – החומר שנשאר אם תולשים תאים חיים מכלי דם, איבר, או חתיכת עור, למשל. הפיגומים האלה מעניקים לחלקים שונים בגופנו את הצורה המפורטת והמוצקוּת שלהם.
בעבר חשבנו שזה כל מה שהם עושים. "כולם חשבו שהמטריצה (מַשְׁתִּית) היא הדבק שמחבר בין הדברים," אומר סטיבן בדילק, חוקר של רפואה רגנרטיבית באוניברסיטת פיטסבורג בפנסילבניה. הוא אחד החלוצים בנושא טיפולים המבוססים על מטריצה. חוקרי רפואה רגנרטיבית ניסו במשך זמן רב להשתמש בו לגידול מחדש של איברים כי הם האמינו שהם זקוקים לה כפיגומים לאיבר. בניסויים על חיות, למשל, לקחו חוקרים כליה והסירו ממנה את התאים המקוריים שלה בעזרת חומר ממיס חלש. לאחר מכן, הם השתמשו במה שנותר כתבנית שלתוכה יצקו את הכוכבים-כביכול של המופע: תאי גזע שציפו מחדש את המטריצה בבשר חי.

אבל לפני כמה שנים התברר שהמטריצה עושה הרבה יותר משהיה נדמה. "פתאום ראינו שהמבנה שלה הוא משני," אומר בדילק. "יש לה המון תפקידים מעשיים."
מבחינה ביולוגית, המטריצה אינה מתבוננת בשקט מהצד. היא אמנם מורכבת בעיקר מחלבונים מבניים דוממים כגון קולגן ואלסטין, אבל היא כוללת גם חלבונים שמשדלים את התאים הנכונים להיות במקום הנכון בזמן הנכון. לדוגמה, מולקולות דמויות וו שנקראות פיברונקטינים ואינטגרינים מספקות מעין סקוץ' מולקולרי לתאים מסוימים.

ברגע שהם מזמנים את התאים הנכונים, המטריצה עושה דבר נוסף: היא גורמת להם להפוך לתאי עצם, שריר או שומן, בהתאם למתח שהיא מפעילה עליהם. בגוף שלנו, המתח הזה הוא פשוט תוצר לוואי של הלחצים היומיומיים של תנועת השריר. במעבדה הוא נוצר על-ידי טפלול (מניפולציה) של נוקשות המטריצה. למשל, מתח גבוה במבנה של המטריצה יגרום לתאי הגזע הנכנסים להפוך לשריר או עצם. אם נשים אותם במטריצה רפויה יותר, הם יהפכו לתאי שומן.

מטריצה סינתטית עשויה לשמש גם כתבנית לבניית חלקי גוף חזקים יותר מאשר בטבע. קבוצה אחת שעשויה להפיק מזה תועלת עצומה היא מיליוני האנשים שעוברים מדי שנה דיאליזות

השימוש בתכונות האלה הביא למהפכה באופן שבו אנחנו מגדלים איברים. מוקדם יותר השנה בנה הראלד אוט מבית החולים מסצ'וסטס ג'נרל את הכליה המלאכותית הפעילה הראשונה. הכליה היא איבר מורכב מאוד, וחוקרי תאי גזע הניחו תמיד שיהיה צורך לגדל אותו מאפס עם אינספור סוגים שונים של תאים. אוט הזין לתוך מטריצת כליה נטולת תאים רק שני סוגי תאים – תאי גזע דמויי דם שהוכנסו לכלי הדם ותאים אנדותליים שהוכנסו לצנרת המבוכית שמסננת את הדם – ונדהם לגלות שכל סוגי התאים האחרים נוצרו במקומות שבהם היו אמורים להיווצר. הכליות שיצר עבדו בצורה כל כך טובה בעכברושים עד שאוט משתמש כעת בטכניקה דומה כדי לפתח לבבות, ריאות ולבלבים. המעבדה שלו אינה היחידה שעובדת בשיטה הזאת. "אנחנו עובדים על כבדים, לבבות, כליות, וְשָׁטִים, גרונות ומעיים דקים," אומרת סומיטראן-הולגרסון.

אבל איברים אינם הדברים היחידים שאנחנו רוצים לחדש. בדילק הסיק מיד שהאיתותים של המטריצה יעזרו לו לפתור בעיה אחרת – גידול שריר. שרירים פגומים עשויים להתחדש במידה חלקית, אבל אם פציעה חמורה הורסת חלק גדול מדי מקבוצת שריר מסוימת, צלקות הרקמה מונעות מהם לגדול בחזרה. החלופה היחידה היא להעביר שריר ממקום אחר בגוף, אבל זה לא עובד היטב, אומר בדילק. פציעה כזו מובילה בדרך כלל לקטיעה ולחיבור תותבת.

אבל מה יקרה אם נוכל להשתמש במטריצה כדי לפתות שריר מהתאים של אותו אדם? זאת לא תהיה הפעם הראשונה שדבר כזה קורה: רופאים השתמשו בקני נשימה נטולי תאים מגופות כדי ליצור קני נשימה חדשים פעילים לחלוטין אצל מטופלים. אז בדילק התחיל בניסוי שבו הוא השתמש במטריצה שנלקחה משלפוחית של חזיר כדי לחדש גושי שריר גדולים אצל שישה אנשים שאיבדו יותר מחצי מהשריר בתאונות דרכים או תאונות אחרות. אחד המתנדבים היה רון סטרנג, נחת אמריקאי בן 28. שריר הירך הארבע-ראשי שלו נהרס בפיצוץ באפגניסטן. "רון אפילו לא היה מסוגל לקום מכיסא בלי עזרה," אומר בדילק.

אחרי שהרקמה הצלקתית הנותרת סולקה בניתוח, בדילק פשוט הכניס מטריצה לתוך החלל החשוף. הוא הקפיד למתוח אותה מספיק כדי לסמן לגוף שהיא אמורה להפוך לשריר, לא שומן. התוצאות הראשוניות מדהימות. אחרי שישה חודשים, מטריצת החזיר נעלמה. היא הוחלפה לחלוטין על-ידי מטריצה טבעית וחדשה מגופם של המתנדבים – כולל השריר המתאים.

"אני יוצא לטיולים רגליים," אומר סטרנג, "ואני מסוגל לרכוב על אופניים." הוא התחיל גם לשחק כדורגל וכדורסל. גם מצבם של המתנדבים האחרים השתפר משמעותית. "חלקם יוצאים לרכיבות על אופני הרים, כשלפני כן הם לא היו מסוגלים לעמוד," אומר בדילק. המטרה הבאה שלו היא לשחזר לפחות עשרים וחמישה אחוז מרמת התפקוד האבודה אצל שמונים מתנדבים נוספים.

בניית שריר היא דבר אחד. אבל מה לגבי בנייה מחדש של עצם מרוסקת? זה מה שמנסים לעשות בחברת Carmell Therapeutics בפיטסבורג, חברה שצמחה מאוניברסיטת קרנגי מלון. המטריצה שהם משתמשים בה עשויה מדם אנושי. "החומר שלנו הוא למעשה קריש דם מרוכז מאוד," אמר אלן ווסט, מנכ"ל החברה. ההצלחה של ניסויים שנערכו לאחרונה בחיות דרבנה אותו להתחיל בניסויים במתנדבים אנושיים.
במטריצה דמוית הבצק יש ריכוזים גבוהים של גורמי צמיחה שתורמים לתיקון עצמות. בניסוי בן שנה בדרום אפריקה עזרה "פלסטלינת העצם" הזאת לתקן עצמות שוקה שבורות של עשרה מתנדבים. ווסט אומר שמוקדם מדי לדווח על תוצאות, אבל רומז שההחלמה המואצת של חברי הקבוצה אמורה לעזור לחברה להשיג אישור לניסויים נרחבים יותר באירופה, ולעבודה על עצמות אחרות.

קרבות החיידקים

ובכל זאת, גם למטריצה הטבעית יש גבולות. לובואה, למשל, ידעה שהמטריצה החוץ-תאית הטבעית אינה עמידה בפני חיידקים. אבל היא התחילה לחשוב על הבעיה לעומק רק אחרי שחבר הלך לבית חולים להחלפת קרסול, והפצע שלו הזדהם ב-MRSA. "בסופו של דבר הם היו צריכים לקטוע את הרגל מתחת לברך," היא אומרת. זאת הייתה קריאת השכמה. "אנחנו לומדים כל כך הרבה על חידוש כל מיני רקמות," היא אומרת, "אבל איך חוסמים זיהומים בעידן של חיידקים עמידים בפני תרופות?"
אז לובואה התחילה לעבוד על מטריצה סינתטית שמסוגלת לחסום את החיידקים האלה. היא תהפוך באטיות לרקמה של המטופל עצמו בלי לחשוף את הבשר שמתחת לחיידקים. "זאת התחבושת שלעולם לא צריך להחליף," היא אומרת.

פרופ' אליזבת' לובואה

פרופ' אליזבת' לובואה

בדרך כלל נקצרת המטריצה מגופות של חזירים. כדי ליצור את הגרסה שלה, התחילה לובואה עם חומצה פולילקטית. זהו חומר מתכלה שלעתים קרובות מוכנס לשתלים רפואיים כסיבים שנועדו לחקות את הארכיטקטורה של העור. "החידוש הוא במה שאפשר לעשות עם הסיבים האלה," היא אומרת. "אפשר לעשות אותם מוצקים, נקבוביים, או חלולים." היא בחרה במבנה הנקבובי שאפשר להספיג את המטריצה בקוקטייל של תרופות אנטי-דלקתיות ובסילבאדור (Silvadur), חומר שמכיל יונים של כסף. היונים האלה קטלניים לחיידקים שעמידים בפני תרופות, כולל MRSA. החומר עובד בשני שלבים: הגל הראשוני מכריע את כל החיידקים הקיימים, והמִשְׁמר השני דולף לאט ומחסל תוקפים אחרים. המבנה מכתיב את קצב השחרור של היונים והתרופות האחרות. לובואה בדקה את המטריצה מדליפת הכסף בחזירים: גם פצעים באורך ארבעה סנטימטר שלתוכם הוזרקו חיידקי MRSA או אי קולי, עמדו במתקפה.

אחרי שראתה כל כך הרבה פעמים שהמטריצה עובדת במטופליה החזירים, היא ניסתה אותה על הפצע שלה. ואז ההשלכות האמתיות התבררו. "התקנתי את הפיגומים שלי, והפצעים נעלמו תוך שלושה ימים," היא אומרת. במהרה גם התחבושת נעלמה. בתחילה היא השאירה צלקת כהה שבינתיים כמעט נעלמה גם כן. לובואה עומדת לפרסם את תוצאות המחקר שלה, עם השמטה אחת. "אני לא כוללת את הנתונים על הרגל שלי," היא אומרת בחיוך.

מטריצה סינתטית עשויה לשמש גם כתבנית לבניית חלקי גוף חזקים יותר מאשר בטבע. קבוצה אחת שעשויה להפיק מזה תועלת עצומה היא מיליוני האנשים שעוברים מדי שנה דיאליזות. דיאליזה היא תהליך קשה בשביל הגוף: על המטופל להיות מחובר למכונות שמטהרות את הדם שלוש פעמים בשבוע, וכוללת ניקוב של עורק זרוע גדול. כדי לעשות תוך כמה שעות עבודה שהכליות עושות בכמה ימים, יש לדחוף לתוך המערכת דם - בכוח ובמהירות גבוהה. לעתים קרובות השימוש המכביד הזה גורם לתֶמֶט ורידים, ולכן הרופאים צריכים לפתוח אותם שוב ושוב. אם זה לא עובד, יש אפשרות להשתיל ורידים ממקומות אחרים בגוף, אבל במהלך החודשים שבהם מתאקלמים הוורידים החדשים יש להשתמש בצנתר פלסטיק שנוטה להזדהם. "זה מעיק וכואב," אומרת לורה ניקְלָסון, מהנדסת רקמות מאוניברסיטת ייל.

אז ניקלסון ועמיתיה החלו לעבוד על יצירת מטריצת ורידים שתהיה חזקה יותר מהדבר האמתי. לשם כך הם שילבו תחילה פולימר מתכלה-במהירות בצינורית שממדיה כממדי וריד אך דפנותיה עבות יותר. ואז הם ציפו את הצינורית בתאי שריר חלק. תוך כמה ימים, התאים החליפו לחלוטין את הצינורית המתכלה במטריצה של קולגן טבעי. המטריצה החדשה הייתה זהה לזו של מטופל מלבד היותה עבה יותר ועמידה יותר בפני הלחצים הגדולים של הדיאליזה. הצינוריות האלה הושתלו במטופלים בניתוח ושימשו כווריד למטרות דיאליזה. ניקלסון הכניסה את מטריצות הווריד שלה לזרועותיהם של שלושים מתנדבים בפולין. הן מחזיקות מעמד כבר כמה חודשים. היא מתכננת עשרים השתלות נוספות בארצות הברית. ניקלסון כל כך נלהבת לגבי מטריצות הווריד שלה עד שהיא מקווה שישתמשו בהן גם כעורקים בניתוחי מעקפים.

עם זאת, מטריצות מלאכותיות עדיין לא כוללות את מגוון המאפיינים של מטריצה טבעית. סומיטראן-הולגרסון, שעובדת עם חומרים מלאכותיים באוניברסיטת גטבורג, אומרת שלמרות הפוטנציאל הטמון בשתלים סינתטיים, מטריצות טבעיות תמיד יידרשו לבניית איברים. "הן בהחלט יעילות יותר כי הן משמרות כל כך הרבה תכונות שחשובות לחיבור ולהבדלה בין תאים," היא אומרת.

המטריצה מספקת מערך מדהים של אפשרויות עתידיות. לובואה, למשל, עובדת על גרסה רב-שכבתית שתוכל לחדש בה בעת סוגים רבים של רקמות שנפגעו בתאונות קשות. בדילק ואחרים אף מתחילים לחקור את האפשרות להשתמש בה בתיקון נזק מוחי

ביישומים מסוימים אפשר לשלב את המיטב משני העולמות. זהו נתיב מבטיח לטיפול באחת ההשלכות החמורות ביותר של מחלת קרוהן: פיסטולה פֶּרי-אנאלית.
המורסות האלה חופרות במעי ערוץ שמאפשר לצואה לדלוף החוצה דרך העור, ובמקרים גרועים יותר - לתוך חללי גוף. "אחרי עשרים שנה עם המחלה, כחמישים אחוז מהאנשים סובלים מהדברים האלה," אומר יוג'ין בולנד, שמנהל את Techshot בגרינוויל, אינדיאנה, חברה שמעצבת מכשירים רפואיים בהתאמה אישית. "ומבין אלה, חמישים אחוז לעולם לא יחלימו." זוהי תחזית קודרת; מדובר בבעיה בלתי ניתנת לטיפול שדורשת לבישת חיתולים ונטילה בלתי פוסקת של משככי כאבים.

בולנד עבד עם אוניברסיטת לואיוויל בקנטאקי על תכנון פקק מבוסס מטריצה לפיסטולה. הוא השתמש בפוליקָפְּרולקטון, רכיב שאפשר להתאים כדי ליצור נישות חדשות לתאים, בדומה לסיבים של לובואה. הוא הוסיף גם פיברינוגן, רכיב במטריצה הטבעית שעוזר להחלמת פצעים.

המוח המתאושש

בולנד ציפה את מטריצת הכלאיים בתאים שנלקחו מהשומן שלה עצמה, ואז השתיל את הפקקים בשני אנשים עם פיסטולות שעמדו בפני כל סוגי הטיפולים לאורך שנים. הם עבדו מצוין בשני המקרים. "הפקקים סגרו את הערוצים תוך שבועיים," הוא אומר. הוא מקווה לטפל בעשרים אנשים נוספים לפני שימשיך לניסוי מלא.

המטריצה מספקת מערך מדהים של אפשרויות עתידיות. לובואה, למשל, עובדת על גרסה רב-שכבתית שתוכל לחדש בה בעת סוגים רבים של רקמות שנפגעו בתאונות קשות. בדילק ואחרים אף מתחילים לחקור את האפשרות להשתמש בה בתיקון נזק מוחי. גרג ביקס מאוניברסיטת טקסס A&M בקולג' סטיישן גילה רכיב מפתח במטריצה שעשוי לבדו לאפשר תיקון נזק מוחי: מולקולה מאותתת שנפלטת ממטריצת מוח שנפגעה משבץ, ונקראת (perlecan domain five (DV. היא מעודדת ייצור של כלי דם חדשים. כשביקס הזריק DV לעכברים ועכברושים שהחוקרים גרמו להם שבץ במכוון, התוצאות היו מדהימות. "תוך שבועיים," הוא אומר, "לא היה אפשר לדעת שהם עברו שבץ."

יעבור עוד זמן רב לפני שהטיפולים האלה יהפכו למציאות, אבל לובואה מאמינה שהרעיון שלה ייַצֵר טיפולים חדשים לפצעי עור בעתיד הלא רחוק. וגם אם אנחנו רחוקים עוד עשרות שנים מיצירת איברים מלאכותיים מרכזיים, כפי שטוענים אוט וחוקרים אחרים, המטריצה עדיין תעזור בתיקון נזקים שכיחים יותר בגוף, כמו בטיפולים שיצרו בדילק ואחרים לשרירים, עצמות ורקמות. אפילו פצעי עור פשוטים נעשים מסוכנים מתמיד מכיוון שחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה משגשגים בבתי החולים ומחוץ להם. וכאן עשויה התחבושת של לובואה להיות יעילה. "בתי חולים הם מקומות מפחידים עכשיו," אומרת לובואה.

@2013 New Scientist Magazine, Reed Business Information Ltd. All rights reserved. Distributed by Tribune Media Services, Inc.

מאמר זה התפרסם באלכסון ב על־ידי אנדי קוגלן, New Scientist.


תגובות פייסבוק

2 תגובות על בונים בשר חי