שיפור יעילות ייצור תאי גזע עובריים

חוקרים ישראלים פיתחו שיטה להגברת יעילות הייצור של תאי גזע

טיפול באמצעות תאי גזע עובריים טומנים בחובם פוטנציאל רפואי רב. צעד מכריע לקראת השימוש בהם למטרות רפואיות נעשה כאשר התגלה כי אפשר ליצור תאי גזע מתאים בוגרים – תגלית שזיכתה את מגליה בפרס נובל לשנת 2012, ואולם יעילות התהליך נותרה נמוכה. מחקר בראשותו הדוקטור עקוב חנא ממכון ויצמן למדע, שהתפרסם בכתב-העת Nature, חושף את הבלם אשר מעכב את ייצור תאי הגזע, ומשפר את יעילות התהליך במידה ניכרת. ממצאי המחקר יקלו על ייצור תאי גזע לטיפול בחולים, וכן יקדמו את הבנתנו על התהליך המסתורי בו הופכים תאי גוף בוגרים וממויינים לתאי גזע.

תאי גזע עובריים של עכבר. מקור: ויקיפדיה ברשיון חופשי. באדיבות: USA National Science Foundation
תאי גזע עובריים של עכבר. מקור: ויקיפדיה ברשיון חופשי. באדיבות: USA National Science Foundation

תאי גזע עובריים טרם עברו את תהליך ה”התמחות”, ולכן יכולים להפוך לכל אחד מתאי הגוף. בשל כך ניתן להשתמש בהם, בין השאר, לשיקום רקמות פגועות, לריפוי מחלות ניווניות ואוטו-אימוניות, ואף לגידול איברים להשתלה. עם זאת, השימוש בתאי גזע שמקורם בעוברים הוגבל בשל בעיות זמינות ושיקולים אתיים. התקדמות משמעותית הושגה לפני מספר שנים, כאשר צוות מדענים בראשות שיניה ימנאקה מאוניברסיטת טוקיו גילה, כי אפשר “לתכנת מחדש” תאים בוגרים ולהפוך אותם ל”תאי גזע מושרים” (iPSC) באמצעות החדרת ארבעה גנים לתוכם. למרות פריצת הדרך, יישום תהליך ה”תיכנות מחדש” נתקל בקשיים: הוא נמשך זמן ארוך למדי – עד ארבעה שבועות, ובסופו רק חלק קטן מאוד מהתאים – כשני אחוזים מהם – אכן הופכים לתאי גזע.

מה הוא המכשול – או המכשולים – ? במחקרו הבתר-דוקטוריאלי הראה ד”ר חנא, באמצעות מודלים מתמטיים, כי קיים ככל הנראה מכשול יחיד המונע ממרבית התאים לעבור בהצלחה את תהליך ה”תיכנות מחדש”. ועם זאת, הוא הראשון להודות כי בביולוגיה כמו בביולוגיה, יש לספק הוכחות ניסיוניות. במחקר הנוכחי הוא מגלה את זהותו של אותו מכשול יחיד, ומוכיח כי הסרתו משפרת במידה ניכרת את יעילותו של התיכנות מחדש.

צוות המדענים מקבוצתו של ד”ר חנא, אותו הובילו ד”ר נועה בונרשטרן, יואח ראיס, אסף צבירן ושי גאולה, מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית, התמקד בחלבון מסוים בעל תפקיד לא ידוע, הקרוי MBP3. חלבון זה מתבטא בכל אחד ואחד מתאי הגוף, ובכל שלבי ההתפתחות – תופעה נדירה, מכיוון שלרבים מהחלבונים תפקידים ספציפיים, הגורמים לכך שיתבטאו בתאים מסוג מסוים, ובשלבי ההתפתחות בהם הם נדרשים. הצוות גילה כי להתבטאות הכוללת של החלבון יש יוצא מהכלל: הוא אינו מצוי בתאי העובר בשלושת ימיו המוקדמים ביותר, כלומר, מיד לאחר ההפרייה. אלה הם בדיוק שלושה ימים בהם מתחלק התא המופרה הראשוני, ומייצר מאגר תאי גזע עובריים רב-תכליתיים, מהם נוצרים כל תאי העובר. החל מהיום הרביעי, תאים אלה עוברים התמיינות ראשונית ומאבדים את תכונת “רב התכליתיות”; בשלב זה נכנס לתמונה החלבון MBP3.

נראה, שהעדרותו של MBP3 היא שמאפשרת את היווצרות תאי הגזע בעובר. המדענים חיקו מצב זה במבחנה, ו”תיכנתו מחדש” תאים בוגרים שאינם מייצרים את החלבון. התוצאה: בתוך כשמונה ימים הפכו כל התאים, באופן מסונכרן, לתאי גזע. ד”ר חנא מדמה את ארבעת הגנים שגילה ימנאקה ל”דוושת גז” באמצעותה יוצא לדרכו תהליך התיכנות מחדש, ואת תגליתו שלו – החלבון MBP3 – לבלם יד: הרכב אמנם נוסע כאשר בלם היד מורם, אך באופן מקרטע. הורדת בלם היד מאפשרת נסיעה חלקה ומהירה.

ממצאים אלה ישפרו במידה ניכרת את השיטות לייצור תאי גזע מושרים לטיפול בחולים. בתהליך ה”תכנות מחדש” של ימנאקה נעשה שימוש בנגיפים כדי להחדיר את ארבעת הגנים לתאים הבוגרים. השיטות הרפואיות אינן משתמשות בנגיפים להחדרת הגנים – מטעמי בטיחות – ואחוזי ההצלחה שלהן קטנים עוד יותר: רק עשירית אחוז מהתאים הופכים לתאי גזע. הסרת MBP3 מהתאים משפרת את היעילות פי 1000 – עשרה אחוזים מהתאים הופכים לתאי גזע מושרים. בנוסף, קיצור משך התהליך מארבעה שבועות לשמונה ימים, והעובדה שכל התאים עוברים אותו בו-זמנית, יאפשר למדענים לראשונה להתחקות אחריו שלב אחר שלב, ולפענח את המנגנונים המוציאים אותו לפועל. ד”ר חנא מדגיש כי מקור ההישג הוא בגילוי מסלול טבעי של התפתחות עוברית. “מדענים שמנסים לחקור את תהליך ה’תכנות מחדש’ ירוויחו אם ינסו להבין כיצד תאי הגזע העובריים נוצרים בטבע”, אומר ד”ר חנא. “אחרי הכל, הטבע הוא שמייצר אותם בצורה הטובה והיעילה ביותר”.


דילוג לתוכן