איך בעצם עושים ניסויים על מח אדם, בלי לעשות ניסויים על בני אדם? ומה הבשורה הגדולה שמחכה לתעשיית התרופות?

ד״ר בן מעוז, מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב, מפתח מערכות פיזיולוגיות מתאי אדם על שבב, לניסוי תרופות ללא שימוש בחיות מעבדה.

16 אוגוסט 2018
ד״ר בן מעוז

המוח האנושי, המורכב מכ 100 מיליארד הנוירונים השולטים בכל מחשבה, מילה ופעולה, הוא האיבר המורכב והעדין ביותר בגוף. מכיוון שהוא זקוק להגנה מיוחדת מפני רעלנים וחומרים מזיקים אחרים, כלי הדם המספקים למוח חמצן וחומרים מזינים מאוד סלקטיביים לגבי חומרים שיכולים לעבור דרכם מהדם למוח ולהיפך. כלי הדם הללו ורשת תאים תומכים נוספת מהווים את מחסום דם המוח (BBB) . מעבר להקמת מחסום פיזי, ה- BBB נחשב כבעל אינטראקציה עם המוח ומסייע לווסת את תפקודו, אך הבנה כיצד התאים משפיעים זה על זה מהווה אתגר גדול, זאת בגלל שגידול תאים אלו בתרביות לא מתאר את הפעילות הפיזיולוגית ואילו עבודה עם מוח שלם מורכבת מדי, בייחוד שלא ניתן לעבוד עם מוח אנושי.

 

איבר על שבב

כעת, ד"ר בן מאיר מעוז חוקר מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ובית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, יחד עם מכון וויס, אוניברסיטת הרווארד, בבוסטון ו KTH משבדיה, יצרו מודל המחקה את מעבר הנוזלים מהדם למוח במוח אנושי באמצעות חיבור "איבר על שבב" (Organ-on-a-Chip). איבר על שבב, מאפשר מבט חסר תקדים כיצד כלי הדם של המוח משפיעים ומסדירים את הפעילות המטבולית שלו.

 

"איבר על שבב" הוא קונספט שבא לתת תמיכה ואולי יום אחד להחליף את הניסויים בחיות. לצערנו היום אין תחליף לניסויים בבעלי חיים על מנת לאשר תרופות. אך בסופו של יום אדם הוא לא עכבר ולכן צריך משהו שיודע לחכות את הפיזיולוגיה של האדם. כך מסביר ד"ר מעוז.  

יותר מ 60% מהתרופות שעוברות בהצלחה ניסויים בבעלי חיים נכשלים בשלב הניסויים על בני אדם. "איבר על שבב" הוא קונספט שבו אני מגדלים בשבב (סוג של מחסנית מפלסטיק) רקמה אנושית בעלת פעילות מוגדרת של איבר מסוים (כליה – מסננת, לב – משאבה, וכו'). באופן זה אנו יכולים לחבר מספר איברים ולבדוק על "מיני איבר" אנושי כיצד תרופה פועלת.

במחקר זה, החלטנו שבמקום לנסות לבנות איברים מורכבים יותר ויותר, ניקח את האיבר המורכב ביותר ונפרק אותו לתת חלקים (בעזרת "איבר על שבב"), אך נשמור את האינטראקציות ביניהם על ידי חיבור על ה "איבר על שבב" אחד לשני."

 

מערכת המוח שהחוקרים בנו, מורכבת משלושה שבבים: שני שבבי BBB ושבב המוח. כל שבב בנוי בנפרד זה מזה, אך הם מחוברים אחד לשני בעזרת צינורות זעירים כדי לאפשר את החלפה של חומרים כימיים וביולוגים ביניהם. חשוב לציין כי בכל אחד מהשבבים יש תאי אדם, ולכן המערכת מאפשרת להסתכל על תהליכים הקורים במוח אנושי, מבלי להשתמש באנשים.  

 

הקשר בין ה BBB והנוירונים

במחקר שפורסם בעיתון היוקרתי Nature Biotechnology, החוקרים גילו מספר עובדות מפתיעות הקשורות לקשר בין ה BBB והנוירונים (תאי העצב שבמוח). זה זמן רב שידוע שהכלי הדם של המוח (BBB) משפיעים על הנוירונים בצורה עקיפה, וזאת על ידי ויסות כמות הדם (ובכך את כמות החמצן והסוכר) שמגיע למוח. בעזרת ה "איבר על שבב" החוקרים הבחינו שכלי הדם של המוח משפיעים בצורה ישירה על המוח, וזאת על ידי שחרור של כימיקלים וחומרים ישירות לתוך המוח, ההשפעה באה לידי ביטוי בביטוי חלבונים והגברה ביצור חומרים חיוניים. יתר על כן, הם הבחינו שה BBB מעבד חלק מהסוכרים שמיועדים לנוירונים והופך אותם לחומרים אחרים שהנוירונים משתמשים הם.

 

לבסוף, החוקרים רצו לבדוק את ההשפעה של סמים על החלקים השונים של המוח האנושים ולצורך כך החוקרים הוסיפו מתאמפטמין, ((Crystal Meth אותו הסם שהיה בשובר שורות. הסם אשר ידוע כי הוא משבש את פעילות  ה BBB ולגרום לו "לדלוף", פעל באופן דומה במערכת של החוקרים, מה שאישש שהמערכת פועלת בדומה למוח האנושי. בעזרת שיטות מתקדמות, החוקרים הצליחו להבחין כיצד הסם משבש את פעילות החלקים השונים של המוח.

 

עוד מסביר ד"ר מעוז "במערכת שבנינו, השתמשנו "איבר-על-שבב" על מנת לחקור את המוח, אך הקונספט שבו ניתן להשתמש בהנדסת רקמות על מנת לבנות "מיני אברים" ולקשר ביניהם, ישים לכל הגוף, ושאיפתנו היא שבעזרת הכלים הללו נוכל לזרז פיתוח תרופות וטיפול יעיל יותר וזול יותר".

 

למעבדה של ד"ר מעוז

אוניברסיטת תל-אביב, ת.ד. 39040, תל-אביב 6997801
UI/UX Basch_Interactive