לב בהדפסה אישית

חולה מגיע לבית חולים עם התקף לב קשה. הרופאים מצליחים לייצב את מצבו, אבל ברור להם שלטווח הארוך אין מנוס מהשתלה. במקום להכניס את החולה לרשימה של אלפי ממתינים, הם נוטלים דגימה קטנה מרקמת השומן שלו ומשחררים אותו למנוחה בבית. כעבור חודשים אחדים הוא מוזמן לניתוח שבו ישתילו בגופו לב חדש, תקין ורענן, שיוצר במדפסת בית החולים מרקמת השומן שלו עצמו.

עד להגשמת החזון העתידני הזה יעברו כנראה עוד עשור שנים לפחות, אבל הצעדים הראשונים נעשים כבר כיום באוניברסיטת תל אביב, במעבדתו של פרופ' טל דביר במחלקה למיקרוביולוגיה מולקולרית וביוטכנולוגיה. במחקר חדש המתפרסם כעת, דביר ועמיתיו מציגים שיטה חדשה המאפשרת להדפיס לב שלם ומתפקד במדפסת תלת ממד ביולוגית, תוך שילוב טכנולוגיות ביולוגיות המאפשרות לייצר את הלב מתאים של החולה עצמו, כך שמערכת החיסון לא תתקוף את השתל.

בונה את רקמת הלב השלמה בשכבות. מדפסת התלת ממד מדפיסה לב | צילום: איתי נבו

שומן טוב ללב

דביר ועמיתיו הראו במחקר קודם את יתרונות השימוש ברקמת שומן בשם אומנטום (Omentum), שומן בטני שקל להוציאו והוא עשיר ככל הנראה בהורמונים, גורמי גדילה וחומרים נוספים המסייעים להתחדשות רקמות. החוקרים מפרידים את התאים מהחומר החוץ תאי ברקמה, המכיל בעיקר חלבוני קולגן וסוכרים, וכמובן את החומרים המעודדים התחדשות שהוזכרו קודם. מהחומרים החוץ תאיים הם מייצרים מעין דיו ביולוגית, שתשמש בסיס ללב המודפס. תאי השומן עובדים במעבדה תהליך של "הצערה", וחוזרים למצב של תאים המסוגלים להתפתח לכל תא בגוף. בכך הם דומים לתאי גזע עובריים, אבל מכיוון שמדובר בתאים רגילים שהוצערו באופן מלאכותי, הם מכונים תאי גזע מושרים.

את התאים המושרים מגדלים החוקרים בתרבית, ובאמצעות טיפול בחומרים מתאימים גורמים להם להתמיין לסוגי התאים הדרושים לייצור רקמת לב: תאי שריר לב, תאי אנדותל היוצרים את כלי הדם, וסוגים שונים של תאי תמך, כמו למשל פיברובלסטים, היוצרים את רקמת החיבור.

את סוגי התאים השונים החוקרים מכניסים למדפסת ביולוגית מיוחדת, לצד הדיו הביולוגית שהופקה מהחומר החוץ תאי. כדי לתכנן את ההדפסה יוצרים החוקרים הדמיה של הלב המבוקש, על בסיס סריקת לבו של החולה, וקובעים את גודל המרכיבים השונים, מיקום כלי הדם וכן הלאה. כל מה שנשאר הוא להפעיל את המדפסת, והיא בונה את רקמת הלב השלמה בשכבות, כמו מדפסת תלת-ממד רגילה, כשבכל נקודה היא מזריקה דיו או תא מסוג מסוים.

רקמת לב, מרושתת בכלי דם, המודפסת בתלת ממד מחומרים ותאים אנושיים ומותאמת לאנטומיה של המטופל | מתוך המאמר: Noor et al

מתחילים בקטן

עד כה צוות המעבדה לא הדפיס לב בגודל מלא, אלא רק לב זעיר, המתאים בערך לארנבת מבחינת גודלו - כ-2.5 ס"מ. תאי הלב הזה מתפקדים, אבל הלב עצמו אינו מתפקד כלב. כלומר, התאים מתכווצים ומתרפים כמו תאי לב רגילים, אבל הם אינם מסונכרנים ומתואמים זה עם זה כמו בלב מתפקד. "כדי להגיע לסנכרון כזה עלינו 'לבגר' את הלב המודפס, ולתת לתאים לפעול יחד זמן ממושך בביו-ראקטור שבו התאים יקבלו חמצן וחומרי מזון ממקור חיצוני", מסביר דביר. אתגר נוסף הוא יצירה של כלי דם חדשים, והחוקרים מקווים להתגבר גם עליו באמצעות החזקת הלב המתפקד במשך כמה שבועות במתקן הגידול. כיום מדפיסים בלב בעיקר את כלי הדם הגדולים, והחוקרים מקווים כי בנוכחות חומרים מתאימים יתחיל הלב המודפס לגדל בעצמו כלי דם קטנים, וישפר את אספקת החמצן לכל חלקיו.

החוקרים משוכנעים שכבר תוך כמה חודשים יצליחו לעבור את השלבים האלה, ולקבל לב מתפקד ממש במעבדה. השלב הבא יהיה להשתיל את הלב הזה בחיות מעבדה, חולדות או ארנבות, ולבדוק את התפקוד שלו בבעל חיים חי. "תחילה נשתיל אותו לצד הלב המקורי, כדי לראות כיצד הוא פועל וכמה זמן הוא מחזיק מעמד, ובהמשך נבדוק אם הוא יכול להחליף את הלב המקורי בתפקוד מלא", אומר דביר. "ייקח לנו עוד כמה שנים ודאי להגיע לניסויים קליניים בבני אדם, אבל היתרון הגדול של השיטה הוא שימוש ברקמות של החולה עצמו, כך שלא מתפתחת תגובה חיסונית נגד השתל. אני מצפה שעוד עשר שנים בערך יהיו מדפסות בבתי חולים להדפסת רקמות פשוטות בשיטה הזו, ובהמשך גם רקמות מורכבות יותר, כמו לב".

כיום התהליך כולו, מנטילת רקמת השומן ועד לקבלת הלב המודפס הזעיר, אורך כחודש ימים, בעלות של כמה אלפי שקלים. לייצור לב של אדם בגודל מלא יש צורך לגדל כמות עצומה של תאים, כך שהתהליך ודאי יהיה ארוך יותר, וגם בקרת איכות קפדנית תייקר אותו מאוד. עם זאת - האפשרות לייצר לכל אחד לב חדש ומותאם אישית במעבדה תחסוך ודאי מיליוני ימי אשפוז, תרופות, בדיקות וטיפולים יקרים, כך שגם תהליך יקר יחסית ככל הנראה ישתלם למערכות הבריאות. דביר ועמיתיו כבר רשמו כמה פטנטים על הרעיונות והתהליכים המלווים את הפיתוח החדש.

הדפסה תלת ממדית של לב אנושי בקנה מידה קטן מחומרים ותאים אנושיים | מתוך המאמר: Noor et al

טלאי על טלאי

עד שיצליחו להדפיס לב שלם ומתפקד, מתקדמים דביר ועמיתיו גם בנתיב מקביל - הדפסה בתלת ממד של "טלאים" לטיפול בלב אחרי התקף או אירוע לבבי חריף. במקרה כזה, חלק מתאי השריר בלב מתים, יעילותה של התכווצות השריר פוחתת ותפקוד הלב יורד. כיום חוקרים כבר מייצרים מעין טלאים של רקמת לב מתפקדת, שאפשר להניח בניתוח על האזור הפגום, והשתל מפצה - לפחות חלקית - על התפקוד שנפגע.

החידוש בפיתוח של דביר הוא הדפסת הטלאים עם כלי הדם מובנים בתוכם. החוקרים מקבלים סריקת CT של לב החולה, מתכננים את הטלאי, ומדפיסים אותו כך שהוא יתאים מרחבית ללב של החולה, וכלי הדם ברקמה המודפסת יתחברו לכלי הדם בלב המקורי - מה שצפוי לשפר את התפקוד של הטלאים. "כיום מדפיסים טלאים כאלה בלי תאים, רק שלד שהתאים יתרבו עליו, או עם תאים בלי כלי דם", מסביר דביר. "הטלאי שלנו אמור לתת מענה שלם יותר, ואנו כבר מנסים כמה מההיבטים של הטכנולוגיה הזו על חזירים".