ראשי » בריאות- כללי, חדשות חמות, כתבות-מרכזיות-ראשי » חיישן חדשני לזיהוי תאי גידול סרטני

חיישן חדשני לזיהוי תאי גידול סרטני

חיישן ייחוד מסמן עבור המנתח את שולי הגידול בדיוק רב ומאפשר להוציא את תאי הגידול הסרטני תוך מיזעור פגיעה בתאי בריאים

במקרים רבים בהם מבצעים הרופאים המנתחים ניתוחים להסרת גידולים סרטניים הם מתקשים לדעת מה הם גבולותיו המדויקים של הגידול הסרטני ומשתמשים בטכניקות שונות על מנת לנסות לאבחן באופן מדויק ככל האפשר את שולי הגידול וכך לדעת במהירות רבה ובדייקנות מירבית אילו רקמות להסיר. לכן, במקרים רבים לאחר ניתוח, מאחר ושיעור מסוים של הגידול הסרטני לא הוסר, מאחר ולמנתחים לא היתה דרך להסיר את כלל התאים הסרטניים, המחלה חוזרת. כיום בפרקטיקה מה שנעשה בפועל הוא שהרופאים אינם יכולים להיות בטוחים שהסירו את כל התאים הסרטניים, ולכן מסירים רקמות בריאות סביבו, כדי להגדיל את הביטחון שכל הגידול הוסר,. יחד עם זאת פרקטיקה זו היא בעלת השפעות שליליות ואף סיכונים לחולים. פיתוח חדש ופורץ דרך של חוקרים באוניברסיטת תל אביב צפוי לאפשר את מה שהמנתחים והחולים מייחלים ומצפים לו: אפשרות יעילה ומדויקת לתייג את כל התאים הסרטניים במהלך הניתוח, על מנת שהללו יוסרו במלואם על ידי המנתח בהליך הפולשני.

חיישן ננו מטרי עם אור פלוריסטנטי ומראה למנתח איפה להסיר תאים

ניתוח פלסטי. מקור: ויקיפדיה ברשיון חופשי. באדיבות US NAVY. צילום: Lt. Arwen Chisholm

חיישנים חכמים: שיפור בניתוח. מקור: ויקיפדיה ברשיון חופשי. באדיבות US NAVY. צילום: Lt. Arwen Chisholm

החיישן הננומטרי פועל כמתג המדליק אור פלואורסצנטי בנוכחות תאים סרטניים. החיישן מסמן את הגידול ואת שוליו ברמת דיוק גבוהה במיוחד, ובכך מאפשר למנתחים להסיר את הגידול במלואו – תוך פגיעה מינימלית ברקמות הבריאות סביבו, ומבלי להותיר בגוף תאים ממאירים, שעלולים להתפתח מחדש ו/או לשלוח גרורות קטלניות לאיברים אחרים.

“במחקר החדש שפיתחה קבוצת מחקר רב תחומית, בהובלת פרופ’ רונית סצ’י-פאינרו, ראש המחלקה לפיזיולוגיה ולפרמקולוגיה בפקולטה לרפואה ע”ש סאקלר התבססו המדענים על מחקרים קודמים בהם הם גילו מאפיין ייחודי של מגוון גידולים סרטניים: ביטוי מוגבר של אנזימים (חלבונים המזרזים תהליכים כימיים בתאים), המכונים קטפסינים. פרופסור  סצ’י-פאינרו מסבירה כי “תפקידם של אנזימים אלה, המצויים בכמות פחותה בהרבה גם בתאים בריאים, הוא לזהות ולחתוך רצף מסוים של חומצות אמינו (אבני הבניין של החלבונים). אנחנו ניצלנו את התכונה הזאת כדי לבנות חיישן חכם, שיזהה ויתייג תאים סרטניים.”

כיצד החיישן והתהליך עובד בפועל ?
1. החוקרים יצרו ננו-חלקיקים המורכבים מאותו רצף חומצות אמינו שהקטפסינים נועדו לחתוך.

2. הננו-חלקיקים הפולימריים חוברו לתגים פלואורסצנטיים העשויים ממולקולות של חומר הצבע ציאנין (Cy) – צבע סינתטי בגוון כחול-ירוק. חיבור זה יוצר למעשה את החיישן, שמוזרק לגוף החולים לפני הניתוח.

3. כשמולקולות רבות של הצבע ציאנין מוחזקות יחד על ידי הפולימר שיצרו החוקרים, גלי האור שהן פולטות מבטלים זה את זה, והן נותרות חשוכות.

4. עם זאת כאשר הננו-חלקיק הפולימרי מגיע לתא סרטני, הוא נחתך על ידי הקטפסינים, מה שגורם לשחרור ולהרחקת מולקולות הציאנין זו מזו, שחוזרות להאיר באור זוהר.

5. בהשוואה לתאי הסרטן, ברקמה הבריאה שמסביב, הפולימר אינו נחתך, והאזור נותר חשוך, מה שגורם לכך שהגבול בין האזור המואר (הגידול) לחשוך (תאים בריאים) ברור מאוד לעין.

המשמעות היא שלחיישן החכם יש רגישות גבוהה – הוא מגלה את כל התאים הסרטניים, וגם סלקטיביות גבוהה – הוא אינו מתייג תאים בריאים. בדרך זו הוא מדווח למנתח על מיקומם של התאים הסרטניים בזמן אמת, כלומר במהלך הניתוח עצמו – מתחת לסף הגילוי של אמצעי הדימות הקיימים כיום.

את המחקר, שצפוי לאפשר עלייה ניכרת באחוזי ההישרדות ובסיכויי ההחלמה של המנותחים, הובילו רחל בלאו, יאנה אפשטיין ויבגני פיסרבסקי, סטודנטים לדוקטורט ממעבדתה של פרופ’ סצ’י-פאינרו, והוא .

המחקר שראה אור בכתב העת המדעי Theranostics בוצע בשיתוף פעולה עם פרופ’ צבי רם, מבית החולים איכילוב, וסגניתו ד”ר רחל גרוסמן. בשלב הראשון הוכח כי האנזים המפעיל את החיישנים אכן קיים ומבוטא ביתר שאת ברקמות שנכרתו מחולים בחדר הניתוח והועברו למעבדה. בהמשך נעזרו החוקרים במודלים של עכברים לסרטן השד ולסרטן העור מסוג מלנומה, שנוטים לשלוח גרורות למוח ולריאות. העכברים חולקו לשתי קבוצות עיקריות: חלקם נותחו להסרת הגידול תחת אור לבן רגיל, ללא עזרים נוספים, ואילו לקבוצה השנייה הוזרק החיישן החדש לפני הניתוח.

רגיש, סלקטיבי ונדלק מהר יותר
התוצאות היו מבטיחות ביותר: בעכברים שנותחו ללא החיישן אובחנו תוך זמן קצר גרורות או חזרה של הגידולים עצמם, ותוחלת החיים שלהם הייתה קצרה – רק 40% מהעכברים בקבוצה זו שרדו 120 יום לאחר הניתוח. לעומת זאת, כשהניתוח בוצע בעזרת החיישן החדש, שרידות העכברים הייתה כפולה: 80% מהם נותרו בריאים כעבור 120 יום. בסופו של דבר, 60% מהעכברים שנותחו בניתוח ‘הרגיל’ מתו מהמחלה, בהשוואה ל-20% בלבד מאלה שנותחו באמצעות החיישן החכם.

בנוסף, ביצועי החיישן החדש הושוו לשני חיישנים אחרים שנמצאים כיום בניסויים קליניים בחדרי ניתוח. נמצא כי רמות הרגישות והסלקטיביות שלו גבוהות יותר, והוא אף נדלק הרבה יותר מהר. ברמה הטיפולית, המשמעות היא כי אין צורך לאשפז את המטופל יום קודם, ואפשר להזריק לו את החיישן רק כ-4 שעות לפני הניתוח.

“רשמנו מספר פטנטים על הפיתוח,” מסכמת פרופ’ סצ’י-פאינרו, “וכעת אנחנו מנהלים משא ומתן עם מספר חברות תרופות, במטרה להתקדם לשלב הניסויים הקליניים, ובהמשך לייצור בכמויות מסחריות. אנחנו מאמינים שהחיישן החכם שלנו יכול להביא לשיפור של ממש בתוצאות של ניתוחים להסרת גידולים סרטניים, ולהעלות משמעותית את סיכויי החולים לשרוד את המחלה”.

במחקר

חד האתגרים הגדולים ביותר העומדים כיום בפני הרפואה, הוא מציאת פתרונות חכמים שיאפשרו למגר הופעה חוזרת ונשנית של גרורות סרטניות בגופם של החולים. גם לאחר ניתוחים להסרת גידולים, לא ניתן להבטיח שהמחלה לא תחזור. הרופאים אינם יכולים להיות בטוחים שהסירו את כל התאים הסרטניים, ולכן מסירים רקמות בריאות סביבו, כדי להגדיל את הוודאות שכל הגידול הוסר, אבל גם לכך יש השפעות שליליות ואף סיכונים לחולים. פיתוח חדש ופורץ דרך של חוקרים באוניברסיטת תל אביב צפוי לאפשר את מה שהמנתחים והחולים מייחלים ומצפים לו: אפשרות יעילה ומדויקת לתייג את כל התאים הסרטניים במהלך הניתוח, כדי שאף לא אחד יחמוק מעיניו ומידיו האמונות של המנתח.

 

לתייג תאים סרטניים באמצעות מתג של אור

החיישן הננומטרי החכם, שפיתחה קבוצת מחקר רב תחומית, בהובלת פרופ’ רונית סצ’י-פאינרו, ראש המחלקה לפיזיולוגיה ולפרמקולוגיה בפקולטה לרפואה ע”ש סאקלר, פועל כמתג המדליק אור פלואורסצנטי בנוכחות תאים סרטניים. החיישן מסמן את הגידול ואת שוליו ברמת דיוק גבוהה במיוחד, ובכך מאפשר למנתחים להסיר את הגידול במלואו – תוך פגיעה מינימלית ברקמות הבריאות סביבו, ומבלי להותיר בגוף תאים ממאירים, שעלולים להתפתח מחדש ו/או לשלוח גרורות קטלניות לאיברים אחרים.

 

“במחקר החדש התבססנו על מחקרים קודמים, בהם גילינו מאפיין ייחודי של מגוון גידולים סרטניים: ביטוי מוגבר של אנזימים (חלבונים המזרזים תהליכים כימיים בתאים), המכונים קטפסינים. תפקידם של אנזימים אלה, המצויים בכמות פחותה בהרבה גם בתאים בריאים, הוא לזהות ולחתוך רצף מסוים של חומצות אמינו (אבני הבניין של החלבונים). אנחנו ניצלנו את התכונה הזאת כדי לבנות חיישן חכם, שיזהה ויתייג תאים סרטניים.” מסבירה פרופ’ סצ’י-פאינרו.

 

איך זה עובד?

1. החוקרים יצרו ננו-חלקיקים המורכבים מאותו רצף חומצות אמינו שהקטפסינים נועדו לחתוך.

2. הננו-חלקיקים הפולימריים חוברו לתגים פלואורסצנטיים העשויים ממולקולות של חומר הצבע ציאנין (Cy) – צבע סינתטי בגוון כחול-ירוק. חיבור זה יוצר למעשה את החיישן, שמוזרק לגוף החולים לפני הניתוח.

3. כשמולקולות רבות של הצבע ציאנין מוחזקות יחד על ידי הפולימר שיצרו החוקרים, גלי האור שהן פולטות מבטלים זה את זה, והן נותרות חשוכות.

4. אולם, ברגע שהננו-חלקיק הפולימרי מגיע לתא סרטני, הוא נחתך על ידי הקטפסינים, מה שגורם לשחרור ולהרחקת מולקולות הציאנין זו מזו, שחוזרות להאיר באור זוהר.

5. לעומת זאת, ברקמה הבריאה שמסביב, הפולימר אינו נחתך, והאזור נותר חשוך, מה שגורם לכך שהגבול בין האזור המואר (הגידול) לחשוך (תאים בריאים) ברור מאוד לעין.

במונחים מקצועיים, המשמעות היא שלחיישן החכם יש רגישות גבוהה – הוא מגלה את כל התאים הסרטניים, וגם סלקטיביות גבוהה – הוא אינו מתייג תאים בריאים. בדרך זו הוא מדווח למנתח על מיקומם של התאים הסרטניים בזמן אמת, כלומר במהלך הניתוח עצמו – מתחת לסף הגילוי של אמצעי הדימות הקיימים כיום.

את המחקר, שצפוי לאפשר עלייה ניכרת באחוזי ההישרדות ובסיכויי ההחלמה של המנותחים, הובילו רחל בלאו, יאנה אפשטיין ויבגני פיסרבסקי, סטודנטים לדוקטורט ממעבדתה של פרופ’ סצ’י-פאינרו, והשתתפו בו גם פרופ’ גליה בלום מהפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית ופרופ’ דורון שבת מבית הספר לכימיה באוניברסיטת תל אביב. המחקר מומן על ידי האיחוד האירופי (ERC), הקרן הלאומית למדע, משרד המדע והאגודה למלחמה בסרטן.

המחקר בוצע בשיתוף פעולה עם פרופ’ צבי רם, ראש המחלקה לנוירוכירורגיה בבית החולים איכילוב, וסגניתו ד”ר רחל גרוסמן. בשלב הראשון הוכח כי האנזים המפעיל את החיישנים אכן קיים ומבוטא ביתר שאת ברקמות שנכרתו מחולים בחדר הניתוח והועברו למעבדה. בהמשך נעזרו החוקרים במודלים של עכברים לסרטן השד ולסרטן העור מסוג מלנומה, שנוטים לשלוח גרורות למוח ולריאות. העכברים חולקו לשתי קבוצות עיקריות: חלקם נותחו להסרת הגידול תחת אור לבן רגיל, ללא עזרים נוספים, ואילו לקבוצה השנייה הוזרק החיישן החדש לפני הניתוח.

רגיש, סלקטיבי ונדלק מהר יותר

התוצאות היו מבטיחות ביותר: בעכברים שנותחו בלי סיוע של החיישן אובחנו תוך זמן קצר גרורות או חזרה של הגידולים עצמם, ותוחלת החיים שלהם הייתה קצרה – רק 40% מהעכברים בקבוצה זו שרדו 120 יום לאחר הניתוח. לעומת זאת, כשהניתוח בוצע בעזרת החיישן החדש, שרידות העכברים הייתה כפולה: 80% מהם נותרו בריאים כעבור 120 יום. בסופו של דבר, 60% מהעכברים שנותחו בניתוח ‘הרגיל’ מתו מהמחלה, בהשוואה ל-20% בלבד מאלה שנותחו באמצעות החיישן החכם.

יתרה מכך, השוו המדענים את ביצועי החיישן החדש הושוו ביחס לשני חיישנים אחרים שנמצאים כיום בניסויים קליניים בחדרי ניתוח. נמצא כי רמות הרגישות והסלקטיביות שלו גבוהות יותר, והוא אף נדלק הרבה יותר מהר. ברמה הטיפולית, המשמעות היא כי אין צורך לאשפז את המטופל יום קודם, ואפשר להזריק לו את החיישן רק כ-4 שעות לפני הניתוח. “אנחנו מאמינים שהחיישן החכם שלנו יכול להביא לשיפור של ממש בתוצאות של ניתוחים להסרת גידולים סרטניים, ולהעלות משמעותית את סיכויי החולים לשרוד את המחלה”. מסכמת פרופ’ סצ’י-פאינרו.

הפיתוח מוגן במספר פטנטים וכיום נבחנים מספר אפיקים למסחור אפשרי של הפתרון עם חברות תרופות כל מנת להתקדם לשלב הניסויים הקליניים, ובהמשך לייצור בכמויות מסחריות.