הדרך אל הלב

פרופ’ מרסל מחלוף

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית ליצירת רקמות לב מהונדסות להשתלה בלב פגוע. הפיתוח, שהתפרסם ב-Advanced Functional Materials  הוא פרי שיתוף פעולה בין שני חברי סגל מהטכניון – דיקנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון פרופ’ מרסל מחלוף, ופרופ’ איל זוסמן מהפקולטה להנדסת מכונות, כחלק מפרוייקט המחקר של ד”ר בת’ שואן, פוסט דוקטורנטית במעבדה של פרופ מחלוף.

הפיתוח משלב שיטת ייצור הקרויה אלקטרוספינינג  אשר פרופ’ זוסמן הוא ממוביליה בעולם וחומר ביולוגי ייחודי שפיתחה פרופ’ מחלוף לשימוש קליני בטיפול בכשל לבבי (הסבר בהמשך).

שיטת האלקטרוספינינג (electrospinning) מבוססת על מתיחה של נוזל ועל התמצקותו המהירה לחוט מוצק. המתיחה מבוצעת באמצעות מתח חשמלי, המושך את הנוזל בשל היותו טעון-חשמלית.

פרופ’ מחלוף עוסקת כבר זמן רב בפיתוח שיטות חדשות ליצירת ECM המתאים ליישומים קליניים. ECM, או בשמו המלא extracellular matrix, הוא התווך הבין-תאי שבתוכו שרויים התאים באורגניזם. זוהי רשת מורכבת של חלבונים מבניים וחלבוני בקרה התומכת בתא לא רק מבחינה מבנית-מכנית אלא גם בהיבטים תפקודיים כגון בקרה על תקשורת בין-תאית, אחסון גורמי צמיחה והפרדה בין רקמות שונות. רשת זאת ממלאת תפקיד מרכזי בתהליכים ביולוגיים חיוניים ובהם התפתחות עוברית, ריפוי פצעים ובלימת התפשטות של תאים סרטניים.

ECM שמקורו ברקמות חזיר נחשב לחומר מבטיח בהנדסת רקמות ולטיפול בפגיעות שונות בבני אדם – פציעות ואולקוס למשל. זאת בשל דמיונו הרב ל-ECM האנושי לא רק במבנהו ובתכונותיו המכניות אלא גם בפעילותו הביולוגית. עם זאת, כדי להשתמש בו בבני אדם דרוש תהליך מאתגר במיוחד שיאפשר שליטה בתכונות החומר, הן בכדי להתאימו לשימוש המיועד והן כדי להתאימו לייצור בקנה מידה גדול שבו נדרשת הדירוּת – כלומר שכל האצוות (סדרות הייצור) יהיו זהות .

המחקר שנערך בטכניון מציג לראשונה ייצור מדויק והדיר של ECM לשימוש ביצירת רקמות לב. הטכנולוגיה החדשה, המבוססת על רקמות ECM שמקורן ברקמות לב חזיר, מאפשרת לייצר ECM אופטימלי ליצירת שתלים ללב, זאת תוך שליטה מלאה במבנה החומר ברמת המיקרו וברמת המאקרו. החוקרים הראו כי בייצור השתלים בשיטת האלקטרוספינינג לא נפגעות התכונות המכניות והפעילות הביולוגית של החומר, דבר המאפשר אינטראקציה עם תאים ורקמות חיות וכן פעילות לבבית. מתוצאות המחקר שערכו החוקרים בעכברים נראה כי למרות המקור החזירי של ה ECM השתלים אינם מעוררים תגובה חיסונית ויהוו אלטרנטיבה בטוחה לשימוש.

פרופ’ איל זוסמן

ד”ר בת’ שואן

אנימציה של התהליך ותמונות תוצרים

תאי לב הגדלים על מטריצה (מיקרוסקופ אלקטרוני סורק)

תאי לב (גרעינים כחולים) גדלים על המטריצה (אדומה) ומבטאים סמנים המעידים על פעילות לבבית (ירוק), מיקרוסקופ פלואורסנטי

סכמה של תהליך הייצור ותמונת התוצר

סיבי ECM המיוצרים בשיטת אלקטרוספינינג (מיקרוסקופ אלקטרוני סורק)