גלי קול בתדר גבוה עשויים לאפשר ייצור יעיל של תאי עצם להשתלה מכמה סוגים של תאי גזע
התאים שלנו יכולים להגיב על מגוון רחב של גירויים מהסביבה, כמו טמפרטורה, טעם, או מגע, בזכות תעלות יוניות, שהן חלבונים בצורת צינור העובר דרך קרום התא ודרכו נכנסים לתא או יוצאים ממנו אטומים בעלי מטען חשמלי, או יונים. התעלות נפתחות ונסגרות בתגובה לשינויים בסביבה החיצונית של התא, כמו ריכוז סוכר או מלח, שינויים בטמפרטורה ואפילו שינויים בכוח הפיזי שמופעל על התא עצמו. להבנה מעמיקה של תהליכי חישה מכנית (mechanosensation) יש חשיבות ביולוגית עצומה, ולראיה, פרס נובל לרפואה בשנה שעברה הוענק לחוקרים שגילו את הקשר בין תעלות יונים לחישה של טמפרטורה ומגע.
חישת השינויים בסביבה יכולה להשפיע על גורל התא. דוגמה לכך היא גורלם של תאי גזע, תאים שעדיין אינם "מחויבים" לסוג רקמה מסוים, ויש להם פוטנציאל להפוך לכל סוג של תא בגוף, כמו תאי שריר, עצב, כבד ועוד. היכולת הזאת של תאי גזע מרתקת את הקהילה המדעית בגלל הפוטנציאל הרפואי שלה, במיוחד לאחר שהתגלו דרכים להחזיר תאי גוף למצב של תאי גזע. בשיטות כאלה אפשר לגדל תאי עצב ולהשתילם במוח כך שיחליפו תאים שנפגעו, ואפילו לחשוב על גידול איברים שלמים.
מחקרי עבר הראו כי תאי גזע יכולים להפוך למגוון סוגי תאים גם בתגובה ללחצים מכניים, בלי צורך בנוכחותם של חומרים כימיים. חוקרים מאוניברסיטת RMIT במלבורן, אוסטרליה הראו במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת Small, כיצד אפשר לגרום לתאי גזע להתמיין לתאי עצם בעזרת שימוש בגלי קול בלבד, אשר גורמים לגירוי מכני של התאים.
החוקרים השתמשו בתאי גזע מזנכימליים שמקורם במח העצם. אלה תאים שכבר התחילו את התמיינותם לרקמה או קבוצת רקמות, אך עדיין לא התחייבו לאיזה סוג של תא יתפתחו בתוך הרקמה הזו. במקרה זה אלה תאים של מערכת השלד, שיכולים להתמיין לתאי עצם, תאי סחוס או תאי שומן. החוקרים בנו מתקן אשר מפיק גלי קול בתדר של 10 מגה-הרץ. כאשר גלי הקול פוגעים בתאים הגדלים בצלחת, התאים חשים את הרעידות ומגיבים עליהן. מחקרים דומים בעבר בחנו את השפעתם של גלי קול בתדירות נמוכה יחסית, ואילו במחקר הנוכחי בדקו את השפעתם של גלים בתדר גבוה יותר, בטווח התדרים של מכשירי אולטרסאונד רפואיים.
הלחץ המכני של גלי הקול גורם לתאי הגזע להתמיין לתאי עצם. תאי אדם | איור: SEBASTIAN KAULITZKI / SCIENCE PHOTO LIBRARY
עד העצם
החוקרים חשפו את תאי הגזע בתרבית לגלי הקול בתדירות הגבוהה ל-10 דקות ביום במשך חמישה ימים. הם עקבו אחר תאי הגזע במשך 21 יום נוספים, וראו כי הם הופכים בלא ספק לתאי עצם: הם ביטאו גנים שביטויים אופייני לתאי עצם וכמות משקעי הסידן בתאים הייתה דומה לכמות הסידן בתאי העצמות.
כדי להוכיח שהשיטה החדשה פועלת גם על תאי גזע מזנכימליים ממקורות אחרים, וכן כדי להרחיב את המקורות האפשריים להשגת תאי גזע למטרות טיפול, הפיקו החוקרים תאי גזע גם מרקמות שומן וגם מדם טבורי, דם המופק מחבל הטבור של תינוקות מיד עם לידתם. כאשר הפעילו את מתקן גלי הקול על התאים האלו, החוקרים ראו שגם תאי גזע מזנכימליים אלה הופכים לתאי עצם.
השיטה החדשה להפיכת תאי גזע לתאי עצם זולה ביותר (לדברי החוקרים עלות ייצור המכשיר של גלי הקול היא כדולר אחד בלבד) והיא אינה מצריכה שימוש בחומרים מיוחדים, הדרושים בדרך כלל בעבודה עם תאי גזע. יתרה מזו, השימוש בגלי קול בתדר גבוה גורם לתאי הגזע להפוך לתאי עצם מהר יותר מאשר תדרים נמוכים, חמישה ימים לעומת שבוע ויותר בתדרים האלה. גם השימוש המוצלח בתאי גזע ממקורות זמינים יותר מאשר מח עצם מעודד את החוקרים ומלמד כנראה כי שיטה זו תאפשר להפיק כמויות גדולות של תאים בזמן קצר.
הממצאים מבטיחים, אך בשלב זה מדובר בתוצאות ראשוניות, אשר נבדקו בתנאי מעבדה בלבד. על החוקרים לבצע ניסויי המשך, ובהם למצוא דרך להגדיל את יכולת הייצור של תאי העצם כך שיהיו להם די תאים כדי לגדל מחוץ לגוף עצמות מתאימות להשתלה לפי הצורך. במצב של שבר רגיל, כל עוד הוא אינו גדול מדי, התאים שבעצם יכולים לאחות את השבר עם הזמן, אך בשברים גדולים במיוחד, או במצבים רפואיים כמו סרטן עצמות, יש איבוד גדול מדי של עצם, והגוף אינו יכול לאחות את השברים בכוחות עצמו. במצבים כאלה יש לבצע השתלת עצם, שבה רופאים לוקחים עצם, או שבבי עצם, מחלק אחר בגוף ומשתילים אותה באזור הזקוק לעצם. מדובר בתהליך כואב עם סיבוכים, לכן חוקרים מנסים לפתח דרכים לגדל עצמות מהתאים של החולה עצמו, מחוץ לגוף בצורה יעילה במקום התהליך הזה. יש כמה חברות המנסות לעשות זאת, בהן בונוס ביו גרופ הישראלית, שהייתה הראשונה בעולם לבצע השתלת עצם שגודלה מחוץ לגוף. החוקרים של המחקר הנוכחי מקווים כי השיטה שפיתחו תסייע לקדם עוד יותר את התחום ותאפשר לגדל עצמות בקלות יותר לאלו שזקוקים לכך.
