תקשורת מכנית בין-תאית

מתקן למדידה של השפעת כוחות מתיחה מכניים על קצב גדילה של תאי עצב אחרי פציעה

פרופסור-משנה שלי צליל היא דוגמה מאלפת למחקר בין-תחומי: בתואר הראשון שילבה כימיה ומדעי המחשב, בתואר השני והשלישי חקרה בתחום הכימיה הפיזיקלית, ואת הפוסטדוק הקדישה למחקר בכימיה של פולימרים. היא ביו-פיזיקאית, שהחלה את דרכה כתיאורטיקנית, הפכה לנסיונאית, וחוקרת היום חישה מכנית בתאים חיים בפקולטה להנדסת מכונות.

מה לתאים ביולוגים בהנדסת מכונות? “בדרך כלל כשחושבים על התקשורת של תאים עם סביבתם, חושבים על חומרים כימיים, שהתאים משחררים וקולטים”, מסבירה צליל. “אבל בשנים האחרונות התחילו חוקרים להבין שתאים מגיבים גם לכוחות מכניים, כמו זרימה של נוזל או עיוותים (דפורמציות) בחומר עימו הם באים במגע. תאי גזע שגדלים, למשל, נאחזים בסביבתם, מפעילים עליה כוחות, ומהעיוותים שנגרמים הם לומדים על מידת האלסטיות שלה. ואז קורה דבר מפתיע – התאים מנסים להתאים את מידת האלסטיות – הגמישות, הקפיציות שלהם – לזו של הסביבה וזה משפיע על סוג התא אליו הם יתמיינו. אם האלסטיות של הסביבה היא כמו של רקמת מוח, נקבל תא עצב, אם האלסטיות דומה לזו של שריר, נקבל תא שריר”.

ולנוכח תופעה כזו, השאלה מי חוקר ומאיזו דיציפלינה הוא בא, משפיעה מאוד על סוג שאלות המחקר שנשאלות. “בעוד פיזיקאים וכימאים מסתכלים על תופעה כזו ושואלים – ‘איך התא עושה את זה?’, ביולוגים אולי ישאלו – ‘מה היתרון האבולוציוני של מנגנון כזה?’, ורופאים ירצו לדעת איך מנגנון כזה יתבטא במחלות בגוף השלם”, מסבירה פרופ’-משנה צליל. “אותי מעניין לדעת איך התאים מצליחים ‘לחוש’ במכניקה של הסביבה, ואיך הם מתקשרים ביניהם באמצעותה.

“מהנדסי מכונות יודעים המון על הדרך בה חומר מגיב לכוחות מכניים, איך למדוד ואיך להפעיל אותם. בנוסף הם חושבים על התא כמו על מכונה עם מנגנוני בקרה וזה גורם להם לשאול סוג אחר של שאלות, כמו למשל איך התא יודע, כמה כוח הוא הפעיל? זה לא עניין של יכולת לבצע חישוב כזה או אחר – אלא דרך התבוננות שונה על העולם. בעבודה אינטרדיציפלינארית כזו שני הצדדים צריכים לעשות מאמץ כדי להבין אחד את השני. זה דורש נכונות, שמצאתי לשמחתי בפקולטה להנדסת מכונות”.

הטכניון הוא כר טבעי לסוג כזה של שיתופי פעולה בין תחומיים. “בטכניון כבר קיים שילוב בין הנדסה ורפואה, וידעתי שאוכל למצוא כאן סביבת עבודה בין-תחומית שמתאימה לי ומעשירה אותי. במחקר שלי אני זקוקה לדיאלוג עם מהנדסים, ביולוגים, רופאים, תיאורטיקנים וניסיונאים. הטכניון הוא מקום אידיאלי לשילוב הזה. באופן תיאורטי, יכולתי למצוא את עצמי בביולוגיה, בהנדסת ביו-טכנולוגיה או ביו-רפואה. היתרון בהנדסת מכונות, עבורי, הוא ארגז הכלים המעולה שיש לי כאן – וכמובן השותפים המצוינים – בתחומים של כוחות, אלסטיות, דינמיקה ועוד. אני מביאה לכאן את האספקט הביולוגי, את העיסוק במערכות רכות ואת ההתמקדות ברמה התאית והמולקולרית – היבטים שלא שייכים לעיסוק הקלאסי של הנדסת מכונות. בתמורה אני מקבלת כאן כלים שלא יכולתי למצוא בפקולטות עם אוריינטציה יותר ביולוגית. הגעתי לכאן כי חשבתי שהמפגש הזה בין שני העולמות יכול להוביל לאינטראקציה מעניינת.

***

שלי צליל נולדה בראשון לציון, ואת שלושת תאריה – הראשון בכימיה ומדעי המחשב, השני והשלישי בכימיה פיזיקלית, השלימה באוניברסיטה העברית. בדוקטורט חקרה תהליכים כגון אריזה של דנ”א בוירוסים, וספיחה של חלבונים על ממברנות. “בדוקטורט עסקתי בביו-פיזיקה תיאורטית – פיתוח מודלים שמסבירים תהליכים ביולוגיים. עם הזמן הבנתי שבתור תיאורטיקנית אני תלויה בניסיונאים, שיבדקו את השאלות שמעניינות אותי בפועל. בתור נסיונאית אני יכולה לבחון את השאלות שמעניינות אותי גם בעולם האמיתי.”

את הפוסט דוקטורט השלימה צליל בקלטק, אצל פרופסור דייב טירל (tirrell), כימאי המתמחה בפולימרים. “טירל יודע ‘לתכנת’ חיידקים כך שיפעלו כמפעל-פולימרים ולייצר חלבונים מלאכותיים עם פונקציונליוּת ייחודית”.

במחקר המתנהל כיום במעבדתה של פרופ’-משנה צליל נבדקות ההשלכות של אינטראקציה מכנית בין תאים והמנגנון הביולוגי המאפשר זאת. כמו כן מפותחים ביו-חומרים אשר מאפשרים להגדיל את טווח האינטראקציה המכנית בין תאים כמו גם חומרים המדמים את הסביבה המכנית הפיזיולוגית.

“בדרך כלל, אינטראקציות ביולוגיות המבוססות על אותות כימיים או חשמליים פועלות במרחקים קצרים. אינטראקציה מכנית היא ארוכת טווח הרבה יותר. על תאי לב, למשל, אפשר להשפיע באופן מכני גם ממרחק עצום יחסית של מאות מיקרון. פירוש הדבר הוא שתאי לב ‘מרגישים’ זה את זה ומסתנכרנים גם אם הם לא צמודים, בעיקר כשהם נמצאים על משטח אלסטי כמו זה המאפיין רקמת לב בריאה”

פרופסור-משנה צליל מאמינה כי המחקר שלה יאפשר לתכנן חומרים שיאפשרו שליטה בקצב וכיוון הגדילה של תאי עצב לאחר פציעה. כחלק מהמחקר אני מפתחת ביו-חומרים אשר מאפשרים להגדיל את טווח האינטראקציה המכנית בין תאים כמו גם חומרים המדמים את הסביבה המכנית הפיזיולוגית”, מסבירה פרופ’ צליל. “לחומרים אשר מוליכים בצורה יעילה דפורמציות מכניות יש פוטנציאל לאפשר שליטה בקצב וכיוון הגדילה של תאי עצב לאחר פציעה”.