מוח על צ'יפ
המוסד: הטכניון
חוקר בכיר (וגם צעיר): פרופ' שי שהם מהמחלקה להנדסת הממשל הנוירולוגי בפקולטה לביו-הנדסה
חוקר צעיר: ד"ר ג'וזואה שניטמן
שהם: "אני מגיע מתחום ההנדסה העצבית, ועוסק בפיתוח של מערכות מלאכותיות שמדברות עם מערכת העצבים. כשג'וזוע הגיע לטכניון, הוא הביא איתו יכולות שלמד במוסדות המובילים בעולם, בתחום של בניית רשת תאים שחיה בתוך הידרוג'ל. בפרויקט משותף, פיתחנו רשת תאים כזו שממש מדמה את פעילות המוח.
"אני קורא לזה 'מוח על צ'יפ', כי יש ברקמה הזעירה הזו ממש את רוב התאים הדרושים להתפתחות של מוח, והיא רקמה חיה. כיום ניתן לבצע בה ניסויים בתרופות, במקום או בנוסף לבעלי חיים. בעתיד הרחוק, אולי היא תוכל להתממשק עם המוח המולד שלנו. זה עוד רחוק, אבל זה לא מדע בדיוני. אנחנו יודעים בערך איך להגיע מהיום לשם".
שמיטמן: "אני מגיע מהתחום של חקר הזרימה בתוך מיקרו-תעלות כשהן מכילות חומרים ביולוגיים. במעבדה שלי יש חדר נקי, שבו אני מדפיס על גבי צ'יפים מערכות של תעלות זעירות, ובתוכן אנחנו מגדלים תאים. תחום המחקר העיקרי שלי הוא דווקא הריאות - בנינו צ'יפ כזה שמדמה את זרימת האוויר בריאות, בסקאלה הנכונה ובמבנה הנכון ועם התנועה הנכונה - אפשר לומר שהצ'יפ ממש נושם, ממש זז.
"אנחנו משתמשים בו כדי לתכנן גודל של חלקיקים בתרופות הניתנות בשאיפה, כך שיגיעו בדיוק למקום הנכון בריאות, ויעשו שם את פעולת הריפוי בלי לפגוע ביתר הריאה. זה לא פשוט, משום שהתנועה של חלקיקים בריאות מושפעת ממגוון פרמטרים כמו גודלם, צורתם, הדיפוזיה שלהם באוויר וגם הכוח שמפעילה עליהם הנשימה. באותה טכנולוגיה שבה ייצרו את הריאה המלאכותית הזעירה על צ'יפ, ייצרנו גם את המוח על צ'יפ".
לב פועם בתוך המבחנה
חוקר בכיר: פרופ' סמדר כהן, פרופ' לביוכימיה ועד לאחרונה ראש המחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה באוניברסיטת בן גוריון, ממציאת מוצר BL-1040 של חברת ביוליין שמוסחר לחברת איקריה ונמצא בשלב האחרון של הניסויים הקליניים
חוקר צעיר: ד"ר טל דביר, אוניברסיטת תל אביב
כהן ממליצה על דביר כי: "ייתכן מאוד שרקמת הלב של טל תוכל לממש את החלום של תחום שיקום הלב ולשמש טלאי במקום רקמת לב פגומה. זאת, למשל אצל ילדים שנולדו עם פגם בלב או אצל אנשים שעברו התקף לב והרקמה ניזוקה כל כך, עד שלא ניתן היה לשקם אותה בעזרת תרופות או פקטורי גדילה, ויש להחליפה".
כהן מספרת כי דביר התבסס על מחקרים שנעשו כבר ב-2000, שבהם הצליחו החוקרים לייצר רקמה מלאכותית מתאי לב. ואולם כדי שהרקמה הזו תוכל לתפקד באמת כרקמת לב אמיתית, היא צריכה לעבור למעשה "עירור" כדי שתהפוך מצבר של תאים לרקמה חיה. "צריך לעשות לה גירוי חשמלי, לחשוף אותה לחומרים שונים, וזאת כדי שכל התאים יוכלו לתקשר ביניהם ולפעול בסנכרון ובצורה רציפה", אומרת כהן.
דביר שילב בתוך הרקמה ננו-חוטי זהב, שמעבירים דרך הרקמה זרם חשמלי. "הוא מצליח לקבל רקמת לב יפהפייה, שיש בה הולכה חשמלית רציפה. הננו-חוטים האלה כה קטנים, שהם לא יוצרים נזק לרקמה". רקמת הלב של דביר "פועמת" באופן עצמאי כשהיא מחוץ ללב. רקמת לב "חיה", כזו יכולה לעבור, בשאיפה, היטמעות מלאה בתוך רקמת הלב המקורית של המטופל.
דביר מספר כי מלבד פרויקט ננו-חוטי הזהב, הוא עובד על כמה מיזמים נוספים, שבמהלכם מחדירים לתוך רקמת הלב מערכת מיקרואלקטרוניקה זעירה, שמאפשרת מניפולציה של רקמת הלב המושתלת בכל מיני אופנים: ניתן לעשות קיצוב של הלב (במקום קוצב לב) דרך חוטי החשמל הזעירים שברקמה, ניתן לקבל דרכה שדרים לגבי מצבו הרפואי של הלב וכן ניתן לשלב בה מערכת הולכת תרופות, שניתן לשלוט בה מחוץ לגוף. "בעתיד הרקמה הזו תוכל גם לשמש לבדיקת תרופות, במקום ניסויים בבעלי חיים, שבנוסף לעניין האתי, הם גם פחות מדויקים לפיתוח תרופות לבני אדם", מוסיפה כהן.
חיסון מולד
המוסד: האוניברסיטה העברית
חוקר בכיר: פרופ' חיים סידר, פרופ' אמריטוס לביוכימיה
חוקר צעיר: ד"ר עופר מנדלבוים, ממרכז לאוטנברג לאימונולוגיה וחקר הסרטן
ד"ר עופר מנדלבוים גילה ממשק מעניין בין מערכת החיסון לבין תמיכה בעובר בהיריון. מנדלבוים: "כיצד זה אנחנו מסוגלים לחיות עד גיל מבוגר למרות שאנחנו מוקפים בסביבה כה עוינת של חיידקים, פרזיטים, וירוסים ואפילו תאי 'עצמי' שלעתים חורגים מתפקידם ונהפכים סרטניים? כי יש לנו מערכת חיסון. יש לנו שני סוגים של מערכות כאלה: מערכת שנקראת נרכשת והשנייה מולדת. המערכת הנרכשת מתחילה לפעול אחרי הדבקה, ויודעת לפגוע בפולש או פוגע ספציפי, אבל אם היינו מחכים שהמערכת הזו תחל לפעול, היינו מתים בינתיים. לעומת זאת, המערכת השנייה מיד נכנסת לפעולה, ותוקפת כל דבר שאינו מזוהה כ'עצמי'.
"אני חוקר תאים על גבי המערכת הזו, שנקראים תאי הרג טבעיים. במחקר שלי גילינו מנגנונים חדשים, שבעזרתם תאי הווירוסים יודעים להתחמק מהתאים הללו, וגם גילינו מידע חדש לגבי האופן שבו הם יודעים להבחין בין אויב לידיד. אבל הדבר אולי הכי מפתיע שגילינו, הוא שיש להם תפקיד ייחודי במהלך ההיריון. התאים הללו, שביומיום מסתובבים במחזור הדם שלנו עם יצר הרג, מגיעים עם תחילת ההיריון לאזור המפגש בין האם לעובר, והופכים שם לתאים שוחרי שלום. הם מפרישים מגוון של פקטורי גידול ותורמים לרווחת העובר.
- מדוע דווקא התאים הללו מתאימים למשימה הזו?
"זה לא ידוע, אבל ייתכן שזה משום שהם מגוונים, יש סוגים רבים שלהם, ויש להם גם גמישות גבוהה, כלומר הם יודעים להשתנות. עוד שאלה ששאלנו היא 'מי בתקופה הזו מגן על העובר?' יכול מאוד להיות שאותם תאים. אבל איך הם עושים את זה? כנראה בדרך אחרת לגמרי ממה שהם עושים זאת במחזור הדם. כל השאלות הללו עדיין פתוחות".
הורמוני בלוטת התריס מזינים את הסרטן
חוקר בכיר: פרופ' אילנה גוזס, ראש הקתדרה ע"ש לילי ואברהם גילדור וראש מרכז-על אדמס לחקר המוח באוניברסיטת תל אביב והממציאה מאחורי חברת אלון פרמצבטיקה לטיפול באלצהיימר
חוקר צעיר: ד"ר אסנת אשור-פביאן, מנהלת מעבדת מחקר המטו-אונקולוגי יישומי בבית החולים מאיר, המסונפת לאוניברסיטת תל אביב
אשור-פביאן: "כחוקרת צעירה עסקתי בחקר המוח, אך לאחר שסיימתי את הדוקטורט אצל פרופ' אילנה גוזס, החלטתי לעבור לתחום הסרטן".
- מיצית את המוח?
"רציתי שינוי. הייתי מאושרת בפוסט-דוקטורט בתחום הסרטן אצל פרופ' גידי רכבי בתל השומר, עד שקרה דבר: אבי, שהיה מצוללי הקישון, חלה בסרטן מוח מסוג שלא ניתן לנתח. הרופאים אמרו שאין מה לעשות, ודיברו איתנו על חודשים ספורים. החלטתי לחקור את הנושא בעצמי. במסגרת החיפושים, הוצגתי לרופא אמריקני, ד"ר אלק הרצברגס, שהייתה לו תצפית מעניינת. 20 וכמה שנה לפני כן, הגיע אליו חולה עם סרטן ריאות גרורתי שבלוטת התריס שלו קרסה. הוא אושפז, שוקם, יצא מאשפוז וסירב לקבל טיפולים. אחרי כמה חודשים חזר לביקורת כשהוא נקי מסרטן. הרופא חשב - 'אולי זה קשור לכך שרמות הורמוני בלוטת התריס בגופו היו נמוכות?'"
בהתחלה הרצברגס ביצע מחקר תצפיתי, כלומר בחן את רמות הורמוני בלוטת התריס ואת הקשר בינם לאגרסיביות הסרטן אצל החולים. רק לאחר 20 שנה, העז לדכא אצל החולים הכי קשים את הבלוטה באופן יזום. בשלב הזה פגשה אשור-פביאן את הרצברגס, השתכנעה והחלה לתת לאביה, בשילוב עם הכימותרפיה, תרופות לדיכוי בלוטת התריס. הסרטן נסוג והאב חי עוד חמש שנים באיכות חיים גבוהה. "אבא אמר לי שוב-ושוב שזה הייעוד שלי. החלטתי לפתוח מעבדת מחקר בביה"ח מאיר, שעוסקת בקשר בין סרטן להורמוני בלוטת התריס. יחד עם שותפיי למחקר מארה"ב, אנחנו חושבים שגילינו איך ההורמון עובד. במקביל קיבלתי מינוי אקדמי ומעבדת המחקר מסונפת לחוג לגנטיקה מולקולרית של האדם וביוכימיה בבית הספר לרפואה באוניברסיטת תל אביב. כבר כיום נהנים מהטיפול הניסיוני הזה חולים במרפאת מוסלי שהוקמה לזכרו של אביה, תא"ל אברהם (מוסלי) אשור.
הערים הסמויות מן העין
המוסד: מכון ויצמן
חוקר בכיר: פרופ' נעמה ברקאי, ראש המחלקה לגנטיקה מולקולרית וראש המרכז לגנטיקה מולקולרית על שם פוררשהיימר
חוקר צעיר: פרופ' משנה אילנה קולודקין-גל מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית
ברקאי עוסקת בקבלת החלטות אצל תאים חיים. היא ממליצה על קולודקין-גל כי: "אילנה תרמה תרומה משמעותית לחקר פעילותם של חיידקים כיצורים חברתיים, איך נוצר הקשר בין חיידקים ואיך ניתן להפר אותו. הגישה הזו יכולה לעזור להפרה של הסדר במושבות החיידקים, לשם טיפול בזיהומים עמידים לטיפולים הקיימים כיום".
חיידקים נחקרים זה מאות שנים, אך תמיד נחקר החיידק הבודד. התנהגות של חיידקים בקבוצות נחקרת רק ב-10-20 השנים האחרונות. חשבו מה היינו מפספסים לגבי המניעים וההתנהגות של בני אדם, לולא היינו מתייחסים בכלל לפן החברתי בחייהם. "החיידקים אינם מקבלים את ההחלטות שלהם לבד", אומרת פרופ' ברקאי. "למשל, חיידק כשהוא לבד, לא יכול להחליט לגרום למחלה, כי החומרים שהוא מפריש כה מעטים והאדם כל כך גדול באופן יחסי, שאין בזה טעם. כדי לגרום למחלה באופן אפקטיבי, חיידקים צריכים להיות בקבוצה גדולה מספיק".
- עד כמה מדובר באמת ב"להחליט"? האם החיידק יוצא באופן מכוון לגרום למחלה?
ד"ר קולודקין-גל: "הם לא אומרים: 'היום נגרום לאיש הזה כאב', אבל הם כן יודעים שהם צריכים לפנות תאים אנושיים כדי להגיע למשאב שהם צריכים, וכי צריכה להיות כמות שלהם כדי שזה יתבצע. כל חיידק יודע לספור כמה חיידקים נמצאים סביבו וגם כמה חיידקים בסביבתו הם מסוג מסוים, או מבצעים פעולה דומה, כדי להחליט אם כדאי לו בעצמו לבצע את אותה הפעולה".
מושבות של חיידקים, "ערי חיידקים" כפי שמכנה אותן קולודקין-גל, אינן רק ריכוז גבוה של חיידקים במקום אחד. "הם בונים כל מיני מבנים שמחזיקים אותם יחד. כל חיידק גר ב'דירה', אבל הדירות הללו מתחברות ל'בניין' ו'בניינים' כאלה מחוברים האחד לשני. ממש בשנים האחרונות אנחנו מגלים שהחיידקים יכולים למדוד את חוזק ה'בניין' שבו הם נמצאים, ולקבל החלטות שונות כתלות בשאלה אם הם נמצאים בתוך צריף רעוע או על יסודות מוצקים". המחקרים שהראו את הממצאים הללו חדשים, בני כמה שנים בלבד. יש חוקרים שמהססים ליצור אנלוגיות בין מושאי המחקר שלהם מתחום מדעי הטבע לבין תמונות מחיי היומיום האנושיים. קולודקין-גל שמחה לעשות זאת, אולי כי זו בעצם לא אנלוגיה....
- האם ניתן לומר שמושבת חיידקים מתוחכמת כמו מוח אנושי אחד?
"במכון קצת צוחקים על זה, אבל אני אומרת שקהילת חיידקים מתוחכמת יותר מהמוח האנושי. לבני אדם יש מוח שכל התאים בו נוצרו מגנום אחד ויחיד, ואילו חיידקים יכולים לתקשר עם חיידקים אחרים שהם מאוד שונים מהם גנטית. זו רמת התחכום שהיינו אנחנו, בני האדם, יכולים להגיע אליה לו היינו יכולים לתקשר עם כל החיות".
- בקהילת חיידקים יש מנהיג?
"זו שאלה מרתקת. התשובה שלי היא שלדעתי כן, אבל עוד לא הוכחנו את זה. לא בטוח שיש מנהיג יחיד, אבל מסתמן שקיימת בערי החיידקים קבוצה בכירה יותר ומחייבת את האחרים לעשות מה שהיא רוצה, ואין ספק שאלה ששולטים, רוצים ביציבות המבנה יותר מאשר אלה שמדכאים אותם. ידוע והוכח כי אלה שנתונים להרעבה, יש להם נטייה להרוס את המבנה".
- חלק מכל העושר הזה נמצא ממש על הגוף שלנו.
"על גוף האדם יש יותר חיידקים מתאי אדם, בשני סדרי גודל - יש הרבה יותר גנום חיידקי מגנום אנושי, והוא גם הרבה יותר מגוון. התנהגות שלנו היא כנראה תוצר של המוח שלנו, שאין בו הרבה חיידקים יחסית, אבל למשל משיכה מינית עשויה להיות קשורה בפעילות חיידקית, כי החיידקים בהחלט שולטים בפרומונים (מולקולות הנקלטות על ידי מערכת הריח ומעורבות במשיכה המינית - ג.ו) שאנחנו מפרישים.
"בזבובים, נמצא כי בחירת בני הזוג מושפעת מאוד מסוג החיידקים על הזבוב. אולי זה כך גם אצלנו? עם זאת, החיידקים מושפעים ממה שאנחנו אוכלים, ואנחנו יכולים לשלוט במה שאנחנו אוכלים עם המוח שלנו, אז במידה מסוימת אנחנו שולטים באוכלוסיית החיידקים - ולכן גם בבחירת בני הזוג. הממשק מורכב".
- מהן ההשלכות לריפוי מחלות?
"לא הגעתי לתחום כדי לחקור את ההשלכות הפרקטיות, אלא כדי ללמוד את המבנים החברתיים של החיידק שמרתקים אותי, והם קלים יותר למניפולציה וניסוי ממבנים חברתיים של בני אדם. ובכל זאת, העניין חשוב לרפואה כי חיידקים בתוך מבנים וערים הם הרבה היותר חזקים ועמידים לאנטיביוטיקה מאשר חיידקים בכאוס חברתי. למדנו ממש בשנים האחרונות כי הגורמים המדוכאים בחברת החיידקים הורסים את הבניין, ולכן אנחנו יכולים אולי ללמוד כיצד להשתמש בתכונה הזו כדי להרוס את הבניין, ואז להרוג את החיידקים".