רקמת לב מהונדסת מתאי גזע

מדענים פיתחו רקמת לב תלת-ממדית מהונדסת שתשמש להתאמה אישית של תרופות ולפיתוח טיפולים חדשים 

בפיתוח ייחודי הצליחו מדענים מהקריה הרפואית רמב”ם (בית חולים רמב”ם בחיפה) ומהטכניון בצוותא עם עמיתיהם בבית החולים הקנדי UHN ליצור רקמות לב תלת-ממדיות מהונדסות מתאי גזע אנושיים מושרים במעבדה. רקמות הלב שיוצרו במעבדה מדמות רקמות של לב כולל רקמות של עליות הלב וחדרי הלב. הרקמות הללו ישמשו את המדענים להתאמה אישית של תרופות למטופלי מחלות לב ועל מנת לפתח תרופות חדשות עבור מחלות לב. בטווח הרחוק יותר צופים המדענים שהטכנולוגיה הזו ושיפורה יסייעו לייצור שתלים לאזורים פגועים בעליות הלב ובחדרי הלב.

הלב האנושי הוא רקמת שריר שבתוכה חללים ריקים המתכווצת במטרה להזרים את הדם דרך כלי הדם. הלב מחולק לארבעה חלקים חלולים ראשיים: העלייה הימנית של הלב, עליית הלב השמאלית, החדר הימני וחדר הלב השמאלי. המבנה של הלב ייחודי והוא כולל מסתמי לב שמיועדים לחסום זרימה של דם כנגד הכיוון.

זרימת הדם מהלב. אילוסטרציה: Pixabay Narupon Promvichai
זרימת הדם מהלב. אילוסטרציה: Pixabay Narupon Promvichai

במחקרם, המדענים פיתחו מודל של הפרעת קצב ברקמה עלייתית להדגמת הפוטנציאל הטמון במודלים אלה. המודל מדמה פרפור עליות הלב שהינה ההפרעה הנפוצה ביותר מקרב הפרעות קצב לב. המודל מאפשר לבחון את השפעתן של תרופות רלוונטיות במניעת הפרעת הקצב או בהפסקתה לאחר שכבר התפתחה.

פיתוח רקמה תלת מימדית

ממצאי המדענים חדשניים במספר רבדים-  בשלב קודם הציגה קבוצת המחקר התקדמות מיצירת תאי לב בודדים מתאי גזע מושרים של מטופלים ליצירת רקמה דו-ממדית, ואילו בשלב זה הושג מעבר לרקמה תלת-ממדית.

בנוסף לכך, במחקר הנוכחי המדענים מדדו פעילות חשמלית של רקמת הלב אשר מתקבלת בעזרת מערכת מיוחדת והן את הכוח המכני שהמערכת מייצרת – משתנה חשוב במיוחד המשפיע משמעותית על פעילות הלב התקינה. יתרה מכך, בניגוד לייצור רקמה שהיא ערבוב תאי לב שונים, כעת המדענים ייצרו  תאי עליה של הלב לחוד ותאי חדר לב לחוד – שני סוגי תאי שריר לב (קרדיומיוציטים) שהם משמעותיים לפעולת הלב אולם עובדים באופנים שונים.

פרופ’ גפשטיין מציין כי “ההפרדה בין שני סוגי התאים חשובה כי תרופות המשפרות את תפקוד תאי העלייה, וכך מונעות הפרעות קצב עלייתיות, עלולות להזיק לתפקוד תאי החדר ואף לעורר הפרעות קצב חדריות. לדוגמה, בפרפור עליות- הפרעת הקצב השכיחה ביותר, האחראית ליותר מרבע ממקרי השבץ המוחי – אנחנו רוצים להשפיע באמצעות תרופות רק על הפעילות החשמלית של תאי העלייה מבלי לפגוע בתפקוד הרקמה החדרית. כעת, כשאנחנו יכולים לייצר בנפרד תאי עליה ותאי חדר, נוכל לבדוק כל תרופה על כל אחד מסוגי התא לחוד.

המדענים סבורים שכלי המחקר שפותחו באופן ייחודי – רקמות עליה ורקמות חדר מהונדסות, ושיטות חדשניות לחקור אותן – עשויים להוביל מהפכה בתחום פיתוח התרופות וביכולת להתאים תרופות באופן אישי לחולה שממנו הופקה הרקמה – רפואה מותאמת אישית. פרופ’ גפשטיין מקווה שבטווח הרחוק ניתן יהיה להסתייע ב”שיטות דומות כדי לייצר גם רקמות לב שישמשו להשתלות בחולי לב. רקמות אלה ייקלטו היטב משום שהן מבוססות על המאפיינים הגנטיים של המטופל עצמו ולא של תורם זר.”

חקירת הפרעות קצב לב במחלות גנטיות

את המחקר הנוכחי שראה אור בכתב העת Nature Communications  משלים מחקר קודם ממעבדתו של פרופסור גפשטיין, אשר ראה אור בכתב העת הקרדיולוגי המוביל Journal of The American College of Cardiology. במחקר המשלים המדובר תואר מודל דו-מימדי של רקמת לב ממקור תאי גזע אנושיים. מודל זה מאפשר לחקור הפרעות קצב במחלות גנטיות. בעבודה זו,  נעשה שימוש במודל האמור לחקר תסמונת גנטית מסוכנת בשם תסמונת ה-QT המקוצר. עבודת מחקר זו נערכה על ידי המדענים ד”ר ראמי שינואי ונעים שאהין מקבוצת המחקר של פרופסור גפשטיין, תסמונת זו עלולה להוביל להפרעות קצב שונות וגם להוביל למוות פתאומי במטופלים צעירים. המודל שהוצג מאפשר לשחזר ולחקור את הפרעת הקצב הנוצרת, לבחון במעבדה טיפולים שונים ולבחור מראש את הטיפול האופטימלי עבור המטופל הספציפי. עבודה זו גם הדגימה אפשרות להשתמש בעריכה גנטית (CRISPR) לתיקון המוטציה המובילה להפרעת הקצב.

על פי המדענים “המודלים המהונדסים הדו-ממדיים והתלת-ממדיים המתוארים בשני מאמרים אלה מבוססים על יצירת תאי לב בטכנולוגיית תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (human induced pluripotent stem cells, hiPSCs). טכנולוגיה זו פותחה בראשיתה על ידי החוקר היפני שינייה יאמנקה, חתן פרס נובל ברפואה לשנת 2012. אחד מיתרונותיה הבולטים של טכנולוגיה זו הוא האפשרות לייצר תאים ורקמות להשתלה מתאי גופו של המטופל עצמו – מה שמונע את בעיית הדחייה, האופיינית להשתלה של תאים שמקורם באדם אחר. התהליך, בתיאור פשטני, מתחיל באיסוף תאים בוגרים – תאי עור, למשל – מהמטופל. תאים אלה עוברים תכנות מחדש במעין “מנהרת זמן תאית” ומוחזרים למצב של תאי אב המזכירים תאי גזע עובריים. בהמשך ממוינים תאי האב במעבדה לרקמה הרצויה. במעבדתו של פרופ’ גפשטיין, המתמקדת בגידול רקמות לב, משתמשים החוקרים בגורמי גידול שונים כדי לכוון את התמיינותם של תאי הגזע לתאי לב, וכפי שהודגם במאמר האחרון, אפילו לסוגים שונים של תאי לב: תאי חדר, תאי עלייה ותאי קוצב.”

המחקר נעשה במסגרת שיתוף פעולה המחקרי בין הטכניון ואוניברסיטת UHN בטורונטו, עם מעבדתו של פרופ’ גורדון קלר. והתבצע בהובלתו של הפרופסור ליאור גפשטיין, ראש מעבדת סוניס לאלקטרופיזיולוגיה של הלב ולרפואה רגנרטיבית בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט ומנהל מערך הלב בקריה הרפואית רמב”ם, והדוקטורנטית עידית גולדפרכט.


דילוג לתוכן