השתלה מואצת

פרופ' שולמית לבנברג מהטכניון פיתחה שיטה המאיצה את היקלטותן של רקמות מושתלות בגוף

 פרופ' שולמית לבנברג

פרופ' שולמית לבנברג

שיטה שפותחה בטכניון משפרת משמעותית את איכותן של רקמות מלאכותיות המיועדות להשתלה. הרקמות המשופרות נקלטות בגוף מהר יותר וכלי הדם שלהן מתאחים באופן אופטימלי עם אלה של הרקמה המארחת. המחקר, המביא הוכחות פרה-קליניות ליעילות השיטה בהשתלת רקמות באזור הבטן, פורסם לאחרונה בכתב העת PNAS.

את המחקר האמור מובילה פרופ' שולמית לבנברג, ראש המעבדה להנדסת רקמות ותאי גזע בפקולטה להנדסה ביורפואית בטכניון. בעשור האחרון, מאז הפוסט-דוקטורט שלה ב-MIT, מפתחת פרופ' לבנברג פיגומים פולימריים תלת-ממדיים מתכלים (biodegradable polymer scaffolds) שעליהם היא מגדלת במעבדה רקמות ביולוגיות המיועדות להשתלה. פיגומים אלה, שעליהם נזרעים תאים ביולוגיים (פיברובלסטים ותאי אנדותל) החיוניים להתפתחות כלי דם, מובילים להיווצרות של רקמות הנקלטות ביעילות בגוף.

כדי שרקמה מושתלת תיקלט היטב בגוף חשוב שכלי הדם שבה יתאימו בכיוונם לכלי הדם ברקמה המארחת. זאת משום שהאיחוי בין כלי הדם של שתי הרקמות קריטי להצלחת ההשתלה.  שיטות ליצירת רקמות הכוללות כלי דם הן מרכיב חיוני ברפואה רגנרטיבית, שכן הן מבטיחות אספקה סדירה של חמצן וחומרי תזונה ברקמה המארחת משאבים חיוניים להיקלטות השתל ולהישרדותו. ההתאמה האמורה משפרת את קליטת השתל ואת התכונות המכניות של אתר ההשתלה מרכיב חשוב בשיקום של פגמים באזור הבטן, שנבדק במחקר הנוכחי.

מחקרים שונים ניסו לשפר את תכונותיה של רשת הדם ברקמה המיועדת להשתלה וזאת באמצעות מצע הכולל גורמים ביולוגיים, ביו-חומרים ואילוצים גיאומטריים. כיום ידוע שגם כוחות מכניים חיצוניים כגון לחיצה, מתיחה ודחיסה משפיעים על התהליכים הביולוגיים בתא ואפילו על התמיינותו, צורתו, נדידתו והתארגנותו וכן על הגיאומטריה של הרקמה, על בשלותה ועל יציבותה. עם זאת, עד כה לא נבדקה השפעתם של כוחות אלה על היווצרות כלי הדם ברמת הרקמה השלמה.

 

 התמונה מציגה את התארגנות כלי הדם תחת מתיחה סטטית ותחת השפעה של חומרים המעכבים (א) את יכולתו של התא להפעיל כוח או (ב) את היכולת ליצור רשתות כלי דם. התוצאות הראו כי קיימת התאמה טובה בין יכולתם של תאים להפעיל כוחות ליכולתם ליצור רשתות כלי דם.

התמונה מציגה את התארגנות כלי הדם תחת מתיחה סטטית ותחת השפעה של חומרים המעכבים (א) את יכולתו של התא להפעיל כוח או (ב) את היכולת ליצור רשתות כלי דם. התוצאות הראו כי קיימת התאמה טובה בין יכולתם של תאים להפעיל כוחות ליכולתם ליצור רשתות כלי דם.

במחקר הנוכחי בחנה פרופ' לבנברג את השפעתם של כוחות מתיחה על רשת כלי הדם הנוצרת ברקמה המיועדת להשתלה. מתיחה סטטית, מגלה המחקר, מובילה לצמיחה של כלי דם במקביל לכיוון המתיחה, ואילו מתיחה מחזורית מובילה לצמיחה של כלי הדם בממד אלכסוני. בנוסף בחן המחקר את התנאים הביולוגיים הדרושים ליצירתן של רקמות משופרות, אשר ייקלטו במהירות וביעילות ברקמת היעד.

לדברי פרופ' לבנברג, "המורפולוגיה של רשת כלי הדם משתנה מרקמה לרקמה. לדוגמה, כלי הדם ברקמת שריר מסודרים במקביל לסיבי השריר, ואילו ברקמת הרשתית הם מסודרים בצורה מעגלית. ההשערה שלנו היתה שלכוחות המתיחה המופעלים על הרקמה תפקיד מרכזי בקביעת המאפיינים של רשת כלי הדם הנוצרת בה. יתר על כן, שיערנו כי השתלה של רשת כלי דם שנוצרה בהתאם לתכונות הרקמה המארחת תשפר את איחוי הרקמה המושתלת ואת תיפקודה בגוף לאורך זמן. כאן בדקנו לראשונה רשתות כלי דם ברקמה שהתארגנו תחת כוחות מתיחה מחזוריים וסטטיים."

המערכת שפותחה במעבדה של פרופ' לבנברג מותחת את הרקמה ומרפה אותה לסירוגין, ובכך מחקה למעשה את המחזוריות של התכווצות השרירים בגוף. בסדרת הניסויים שנערכה במעבדה התברר שכוחות המתיחה המופעלים על הרקמה אכן משפיעים על כיוון כלי הדם, וכי התוצאה הטובה ביותר הושגה במתיחה מחזורית. "המתיחה המחזורית הובילה לכך שכלי הדם מתפתחים ברקמה בצורה טובה ומתארגנים בכיוניות מוגדרת בהתאם לכוחות המופעלים עליהם״.

בתמונה השנייה נראים כלי הדם בשריר הבטן של העכבר (אדום) וכלי הדם של הרקמה המהונדסת שהושתלה בשריר זה (ירוק). לפני ההשתלה עברו כלי הדם המהונדסים מתיחה סטטית, שגרמה להתארגנותם בכיוון מקביל לכיוון המתיחה. לאחר ההשתלה הושג, כפי שאפשר לראות, חיבור מאוד טוב בין כלי הדם המושתלים לכלי הדם המקוריים, וזאת הודות לכיווניות הדומה

בתמונה השנייה נראים כלי הדם בשריר הבטן של העכבר (אדום) וכלי הדם של הרקמה המהונדסת שהושתלה בשריר זה (ירוק). לפני ההשתלה עברו כלי הדם המהונדסים מתיחה סטטית, שגרמה להתארגנותם בכיוון מקביל לכיוון המתיחה. לאחר ההשתלה הושג, כפי שאפשר לראות, חיבור מאוד טוב בין כלי הדם המושתלים לכלי הדם המקוריים, וזאת הודות לכיווניות הדומה

כעת, כדי לבחון את התאמתה של הרקמה המהונדסת המוכוונת, השתילו אותה החוקרים בבטן של עכבר וגילו כי שתלים שנוצרו בתהליך של מתיחה אכן מתאחים במהירות עם הרקמה המארחת. שתלים אלה נקלטים מהר יותר משתלים שגדלו ללא מתיחה או משתלים שגודלו  במתיחה והושתלו שלא בכיוון התואם את כלי הדם בעכבר במקום ההשתלה. "למעשה אנחנו מדברים על טווח זמן קצר מאוד – כשבוע של יצירת הרקמה במעבדה ועוד שבועיים בחיה. בתום התקופה הזאת של כשלושה שבועות אנחנו רואים היקלטות מצוינת של הרקמה בגוף וחזרה של הרקמה הקולטת לפעילות מלאה."

פרופ' לבנברג, מומחית בעלת שם עולמי בתחומים של תאי גזע והנדסת רקמות, הצטרפה לסגל הפקולטה לביורפואה בטכניון לאחר פוסט-דוקטורט אצל פרופ' רוברט לנגר ב-MIT. אחד הפיתוחים החשובים שלה הוא טכנולוגיה ליצירת פיגומים המתכלים בגוף (biodegradable polymer scaffolds), שעליהם היא מגדלת במעבדה רקמות ביולוגיות מורכבות לקראת השתלה. רקמות מהונדסות אלה מובילות לקליטה אופטימלית של שתלים ומתכלים בגוף. פרופ' לבנברג זכתה בפרס קריל מטעם קרן וולף להצטיינות במחקר מדעי. כתב העת סיינטיפיק אמריקן כלל אותה ברשימת חמישים האישים המשפיעים בעולם כמנהיגת מדע בתחום הנדסת רקמות. עיקר המחקר במעבדה נעשה על ידי ד"ר דקל דאדו-רוזנפלד כחלק מעבודת הדוקטורט שלה תחת הנחייתה של פרופ' לבנברג (דקל נמצאת כעת בפוסט דוקטורט בMIT, בסיוע מלגת הצטיינות משותפת לטכניון ולMIT)  העבודה נעשתה בשיתוף פעולה עם פרופ' דייב מוניי מהרווארד אצלו התארחה פרופ' לבנברג בשנת השבתון.

למאמר המלא בכתב העת PNAS לחצו כאן