השתלת תאי מוח אנושיים במוח חולדה פותחת דרך מבטיחה לחקר מחלות הפוגעות בתפקוד המוח
המוח הוא האיבר המאפשר לנו לחשוב ולהרגיש, שם אנחנו קולטים מה מתרחש סביבינו ומשם גם נשלחות ההוראות לשרירים שלנו. המוח שלנו הוא, במידה רבה, אנחנו. אין פלא אם כך שכל שיבוש בפעילותם של תאי המוח עלול להביא לתוצאות קשות, מהידרדרות שכלית ועד למחלות מסכנות חיים. כדי לפתח טיפולים מתאימים למחלות כאלה יש לחקור את השיבושים שגורמים להן, אלא שאי אפשר להבין באמת את פעילותם של תאי מוח כאשר הם נחקרים מחוץ לסביבה של המוח הפעיל והשלם. במחקר חדש הצליחו חוקרים להשתיל תאים ממקור אנושי במוח המתפתח של חולדות צעירות, וכך לאפשר לראשונה מחקר מעמיק של תאי מוח אנושיים בתוך מוח שלם ומתפקד.
חיקוי הוא לא הדבר האמיתי
המוח, איבר שפעילותו סבוכה ומתוחכמת, מורכב ממיליארדי תאים שמקיימים ביניהם תקשורת ייחודית. במסעם לחקור ולהבין את המוח, חוקרים שואפים לערוך ניסויים ממוקדים שיסבירו כיצד תאים אלה פועלים לחוד וביחד. לרשותם של חוקרי מוח עומד ארגז כלים ניסויי עשיר, שכולל שיטות לא-פולשניות לחקר מוחות אנושיים, למשל באמצעות דימות תהודה מגנטית (MRI). אך כדי לחקור את המוח בצורה מעמיקה, צריך להשתמש גם בשיטות יותר חודרניות. לשם כך חוקרים וחוקרות נעזרים בדרך כלל בחיות מודל כמו עכברים וחולדות, שבהיותן יונקים, מוחן דומה במידת-מה למוח האנושי. בניסויים כאלה אפשר להשתמש בהנדסה גנטית, כלומר בשינויים מכוונים ב-DNA, וכן להחדיר למוח אלקטרודות כדי לעקוב אחר פעולתם של תאי המוח.
רשותם של חוקרי מוח עומד ארגז כלים ניסויי עשיר, שכולל שיטות לא-פולשניות לחקר מוחות אנושיים. חוקר מסתכל על תמונות MRI של מטופלת | Peakstock, Science Photo Library
תאי מוח אנושיים אפשר לגדל ולחקור מחוץ לגוף, אך דרך זו מאפשרת מחקר מוגבל בלבד. תאים הגדלים בצלחת תרבית במעבדה, בסביבה שאינה טבעית להם, אינם מתקשרים זה עם זה כיאות, ותפקודם שונה מזה של תאים שהם חלק ממוח פעיל. כדי לדמות את התקשורת הטבעית בין תאים במוח האדם, חוקרים יכולים ליצור מבנה תאי תלת-ממדי המחקה את הצורה והמבנה של האיברים הטבעיים. מבנים כאלה נקראים "אורגנואידים", והם משמשים למחקר של מגוון איברים ומחלות. למשל, אורגנואידים המדמים את הכבד משמשים לחקר של מחלות כבד.
אך שיטה זו עדיין אינה מספיקה. אורגנואידים הם חיקוי מוגבל בלבד למוח אמיתי. למשל, במוח אמיתי יש תאים ממגוון סוגים שונים, שפועלים יחד ומשפיעים זה על זה. באורגנואיד אין תאים מכל הסוגים האלה, ולכן התאים שנמצאים בו אינם מתפתחים ומתפקדים כראוי. יתרה מזו: מוח הוא חלק מגוף שלם, והוא משפיע על פעולתו של הגוף הזה ומקבל ממנו משוב ומידע. אורגנואידים במעבדה אינם חלק מגוף שלם, ולכן אינם יכולים לבצע את תפקידיהם הביולוגיים בדיוק כפי שעושים זאת מוחות אמיתיים.
חוקרים יכולים ליצור אורגנואידים: מבנים תאיים תלת-ממדיים המחקים את הצורה והמבנה של האיברים הטבעיים. אורגנואיד של תאי מוח | NIAID, National Institutes Of Health, Science Photo Library
המוח ההיברידי
מחקר חדש שהתפרסם בכתב העת המדעי Nature נועד להתמודד עם בעיה זו. את המחקר ערכה קבוצת חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד שבארצות הברית, שאחד ממוביליה הוא המדען הישראלי עומר רווח. החוקרים יצרו אורגנואידים מתאי מוח אנושיים, והשתילו אותם באזור המעבד מידע חישתי במוחם המתפתח של גורי חולדה כמה ימים לאחר ההמלטה.
כדי ליצור את האורגנואידים לקחו החוקרים תאי אדם והפכו אותם לתאי גזע, כלומר לתאים ראשוניים המתמיינים לשלל סוגי התאים בגוף. את תאי הגזע האלה גידלו החוקרים בתרבית תלת-ממדית, ובעזרת סביבה ביוכימית מתאימה, גרמו להם להפוך לגושים של תאי מוח.
מבדיקות שביצעו החוקרים 8-7 חודשים לאחר הפיכת תאי הגזע לתאי מוח, עלה כי תאי האורגנואידים שהושתלו במוחות החולדות היו דומים בהרבה לתאי מוח רגילים, מבחינת צורתם, הארגון שלהם במרחב והתפקוד שלהם, בהשוואה לתאי אורגנואידים שגודלו מחוץ למוח. הם גם התאקלמו היטב בסביבתם החדשה, קיבלו אספקת דם מכלי הדם של החולדה כמו שאר התאים במוח, המשיכו להתפתח והפכו לחלק ממארג התאים המורכב של המוח.
תאי האורגנואידים שהושתלו במוחות החולדות היו דומים בהרבה לתאי מוח רגילים בהשוואה לתאי אורגנואידים שגודלו מחוץ למוח. תא מאורגנואיד בתרבית (משמאל) לצד תא מאורגנואיד במוח חולדה | Sergiu Pasca
כיווני מחקר
לאחר שהצליחו לייצר תאי מוח אנושיים בסביבה מוחית מתפקדת, בדקו החוקרים אם אפשר ליישם שיטה זו בחקר מחלות גנטיות המשפיעות על מוח האדם. הם בחרו להתחיל בחקר תאים של אנשים החולים במחלה גנטית נדירה בשם סינדרום טימותי (Timothy syndrome). מחלה זו פוגעת בעיקר בלב, אך גם בשלל מערכות נוספות בגוף, ובהן מערכת החיסון ואף מערכת העצבים, הכוללת כמובן את המוח.
החוקרים יצרו אורגנואידים מתאים של אנשים החולים בתסמונת טימותי, השתילו אותם במוח של חולדות ובדקו את ההתפתחות והתפקוד שלהם. ואכן, התאים האלה התפתחו בצורה שונה מתאים שמקורם באנשים בריאים. שוני זה התבטא בצורתם של התאים, במספר השלוחות שיצרו כדי לתקשר עם התאים הסמוכים אליהם, באורכם של התאים ושל השלוחות ובפעילות החשמלית של התאים. חשוב לציין כי הבדלים אלה לא אפיינו אורגנואידים שנוצרו מתאים של חולי תסמונת טימותי וגודלו במעבדה ומחוץ למוח החולדות. ממצא זה מאשר את חשיבותה של השיטה החדשה בחקר הפעולה הטבעית של התאים.
החוקרים אף הראו שהתאים האנושיים שהשתלבו במוחן של החולדות לקחו חלק פעיל בפעילות המוח ובקביעת התנהגות החיה. בניסוי שערכו הם הפעילו את התאים האנושיים המושתלים באופן ממוקד, ומצאו כי הם משפיעים על נטיית החולדה לפעולת ליקוק, שבתזמון הנכון זיכתה אותה בפרס של מים לשתייה. ניסוי זה ממחיש כי אורגנואידים מושתלים במוח חולדה יכולים לשמש לחקר הפעילות של תאי מוח אנושיים בקביעת ההתנהגות.
התאים האנושיים שהשתלבו במוחן של החולדות לקחו חלק פעיל בפעילות המוח ובקביעת התנהגות החיה. חוקר מסתכל על חולדה במעבדה | Shutterstock, Motortion Films
השלב הבא
הגישה החדשה שפיתחו החוקרים פותחת אפשרויות רבות למחקרים עתידיים. חוקרים יוכלו להשתמש בה כדי לחקור ישירות ובצורה מעמיקה מחלות שונות הפוגעות בתפקוד המוח, כדוגמת מחלת אלצהיימר. בהמשך הדרך, מה שנלמד עשוי לסייע לנו לטפל בחולים במחלות אלה.
באופן טבעי, גישה זו מעוררת גם שאלות מוסריות. האם שילוב של תאים אנושיים במוחן של חיות מעבדה ייצור יצורי כלאיים בעלי מאפיינים אנושיים? כרגע זה לא המצב, אך עם התקדמות המחקר בכיוון זה, יהיה על המדענים לשמור על נוהלי אתיקה ברורים ולהמשיך לחקור בצורה זהירה ואחראית.
סרטון של אוניברסיטת סטנפורד שמראה את המחקר:
