איברים אנושיים על שבב

מיני בן אדם על שבב – איברים על שבב : הפיתוח הבינלאומי פורץ הדרך, בהובלת אוניברסיטאות תל אביב והרווארד, עשוי לייעל באופן משמעותי את התהליך הנהוג היום, ולחסוך זמן, משאבים וסבל הכרוכים בניסויים בבעלי חיים ובניסויים קליניים בבני אדם

מדענים ישראלים ואמריקאים פיתחו מערכת פורצת דרך אשר מחברת בין מספר איברים שמצויים על שבבים שונים, וכך יוצרת סימולציה של פעילות מערכות גוף שלמות משולבות זו בזו בדומה לפעולה של אותן מערכות בגוף האדם. והכל – על שבב או אם תרצו – איברים על שבב או אפילו מיני בן אדם על שבב. השיטה החדשנית עשויה ליצור תמורות מרחיקות לכת באופן פיתוח תרופות. כיום הליך של פיתוח תרופות חדשות הינו יקר וממושך במיוחד ולמרות זאת יעילותו מוגבלת . עוד יתרון של הטכנולוגיה הוא  יצירת סימולציות טובות יותר במקום ניסויים ראשוניים בבני אדם וכן יכולת להימנע מפגיעה מיותרת בבעלי חיים בניסויים  כלומר הימנעות מבעיות אתיקה רפואיות שקשורות בניסויים בבעלי חיים.

“פיתוח של תרופות כיום כרוך בתהליך שאורך 20-10 שנה, ועולה כ-2-1 מיליארד דולר לתרופה. מתוכו, כ-6-3 שנים מוקדשות לניסויים בתרביות ובבעלי חיים, ועוד כ-8-6 שנים מוקדשות לניסויים קליניים בבני אדם. ולאחר כל המאמץ וההשקעה, מסתבר שהתהליך אינו יעיל: כ-90-60% מהתרופות שמיטיבות עם בעלי חיים נכשלות בבני אדם. ,” מסביר ד”ר בן מעוז, בין מובילי הפרויקט הבינלאומי. ” מצב זה גורם למדענים בכל העולם לחפש הליכים חלופיים לפיתוח תרופות. אחת הטכנולוגיות בעלות הפוטנציאל הגדול ביותר בתחום היא OOC (Organ-on-a-Chip), או בעברית ‘איבר-על-שבב.” במסגרת השיטה, שפותחה לראשונה ב-2010 באוניברסיטת הארווארד, משתמשים המדענים בתאים מאיבר אנושי מסוים – לב, מוח, כליה, ריאות וכד’, ובעזרת טכניקות של הנדסת רקמות מניחים אותם במחסנית מפלסטיק – הלא היא השבב.

"מיני אדם על שבב" – שמונה איברים מחוברים בתוך מחסניות מפלסטיק.(אילוסטרציה : Wyss .Institute at Harvard University)
“מיני אדם על שבב” – שמונה איברים מחוברים בתוך מחסניות מפלסטיק.(אילוסטרציה : Wyss .Institute at Harvard University)

המחקר בוצע על ידי מדענים מאוניברסיטת תל אביב בהובלת ד”ר בן מעוז מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב ומתפרסם בימים אלה נערך בשיתוף עם אוניברסיטת הרווארד. במחקר לקחו חלק 57 מדענים ממוסדות מחקר ומחברות לפיתוח תרופות בעולם.  שני המאמרים שמעוררים עניין רב ראו בכתב העת Nature Biomedical Engineering.

בשנים האחרונות פיתחו בעולם מגוון ‘איברים-על-שבב’ שמתפקדים בדומה לאיבר האנושי עצמו. ד”ר מעוז פיתח לפני כשנתיים איבר-על-שבב שמחקה את פעולתו של מחסום הדם-מוח, ובמקומות אחרים פותחו שבבים של לב, כליות, מעיים ועוד. בפרויקט הנוכחי פותחה לראשונה מערכת שמסוגלת לחבר בין השבבים השונים, ומאפשרת לדמות את פעולתן של מערכות שלמות בגוף האדם, ואת תגובתן לתרופות ניסיוניות המוזנות למערכת – כמעין מיני בן אדם על שבב.

המדענים פיתחו את המערכת של איברים על שבב ובחנו אותה בשני מחקרים: במחקר הראשון פיתחו המדענים מערכת רובוטית אוטומטית אשר מחברת באופן מודולרי ופשוט בין שבבים של עד 10 איברים שונים, ומאפשרת שליטה בכל חומר שנכנס לכל שבב ויוצא ממנו. בנוסף המדענים  יצרו עבור הרקמות שעל השבבים סביבה ביולוגית מתאימה ותומכת, מעין ‘דם מלאכותי’, שמאפשר להן לתפקד ולתקשר ביניהן לאורך זמן. המדענים הציבו במערכת תשעה איברים-על-שבב – מוח, מחסום הדם-מוח, ריאות, לב, מח עצם, כליה, מעי, כבד ועור, ונוכחו כי היא פועלת בהצלחה במשך שלושה שבועות לפחות.

בשלב השני של ערכו המדענים מחקר נוסף בו הם הוסיפו תרופות שונות למערכת האוטומטית, ובדקו איך מגיבים האיברים השונים. קודם הוחדר למערכת ניקוטין, חומר שבדרך כלל נלקח דרך הפה כדי לסייע בגמילה מעישון, ונבחן כיום גם כתרופה למחלות ניווניות ולדלקות כרוניות של המעי. “עבור תרופות הנלקחות דרך הפה יש חשיבות גדולה לתהליך הקליטה של התרופה בגוף – דרך המעי שסופג אותה, הכבד שמפרק אותה ולבסוף הכליה שמסננת את החומר. לכן, עבור הניקוטין, היצבנו בפלטפורמה שלנו שבבים של שלושת האיברים הללו.” ,” מפרט ד”ר מעוז. התרופה השנייה שנבדקה הייתה ציספלטין, מרכיב נפוץ בטיפולים כימותרפיים לסרטן הניתנים דרך הווריד. עבורה הוצבו במערכת שבבים של כבד וכליה, וכן שבב של מח עצם – המושפע מאוד מהתרופה.

בשלב הבא ביקשו המדענים להתאים את התוצאות שנמדדו בפלטפורמה החדשנית לגוף האדם כמערכת כוללת, ולגשר על הפערים ביניהם. למטרה זו הם פיתחו מודלים חישוביים שמתרגמים את הערכים שהתקבלו במערכת לתוצאות מקבילות של בדיקות קליניות בבני אדם. ואכן, השילוב בין המערכת האוטומטית של איברים-על-שבב למודלים החישוביים הניב ערכים קרובים מאוד לאלה שנמדדו אצל מטופלים אנושיים בקליניקה.

ד”ר מעוז מסכם את הנושא באומרו כי  “לראשונה בעולם הצלחנו לפתח פלטפורמת איבר-על-שבב מהימנה וגמישה, שנותנת תוצאות קרובות מאוד לאלה המתקבלות אצל מטופלים אנושיים. כבר היום, לאחר שרשות התרופות האמריקאית (FDA) הודיעה כי היא תומכת בפיתוח איברים-על-שבב שישמשו ככלי תומך לפיתוח תרופות, יכולות חברות ומעבדות העוסקות בתחום להיעזר במערכת שלנו. כמו כן אנו מאמינים ומקווים שבעתיד, לאחר פיתוח נוסף, תוכל הפלטפורמה החדשה לשמש כחלופה לניסויים בבעלי חיים ואף לחלק ניכר מהניסויים הקליניים בבני אדם. כך היא תחסוך שנים של מחקר, כסף רב וגם סבל של בני אדם ובעלי חיים כאחד.”