הנדסת רקמות ואיברים גרסת מדפסת

  הנדסת רקמות 14.11.2004 
מאת : J.R. Morgan , M.L. C. Lorenz , B.M. R.S. Kirsner , V. Falanga and W.H. Eaglstein תורגם ועובד ע"י ד"ר רות לומניצר
מילות מפתח : הנדסת רקמות, פיגום תוך-תאי, פירוק ביולוגי, רקמות מהונדסות, תאי מקור עובריים

מבוא

הנדסת רקמות היא תחום חדש, שמטרתו לייצר תחליפים למבחר רקמות ואיברים של בני-אדם. קיים צורך אדיר בתחליפי רקמות ואיברים, בגלל המחסור באיברים להשתלה ומשום שמערכת החיסון של המקבל תוקפת איברים מושתלים שמקורם בתורם.

בכל שנה, למשל, מתאשפזים בארצות-הברית 300,000 חולים הסובלים מאי-ספיקת כבד. הטיפול הרפואי, הפסד ימי העבודה ואיבוד כושר העבודה עולים לחברה 11 מיליארדי דולרים לשנה, ומדי שנה נפטרים מן המחלה 30,000 איש. כמה צוותי מחקר שונים שוקדים על פיתוח כבד מלאכותי. מתקן כזה, אילו עמד לרשותנו, היה יכול לחסוך חיי אדם וכסף, אפילו אם אפשר היה להשתמש בו לזמן קצר בלבד. חולה קשה, לדוגמה, היה יכול להיעזר בו לפרק זמן של שבועיים, עד שיימצא בעבורו תורם כבד מתאים.

הנדסת רקמות – "תחום בין-תחומי"

הנדסת הרקמות משלבת תחומי מחקר רבים. בכך היא נבדלת מן ההנדסה הגנטית, תחום דינמי שעוסקים בו בעיקר אנשי ביולוגיה מולקולרית. הנדסת הרקמות דורשת שיתוף פעולה בין מהנדסי כימיה, רופאים, מנתחים, מהנדסי מכונות, מהנדסי אלקטרוניקה, אימונולוגים, אנשי ביולוגיה מולקולרית, ביוכימאים ומומחים בחוזק חומרים.

מעורבותם של מומחים מתחומים כה רבים ושונים נדרשת משתי סיבות. ראשית, רקמות ואיברים מהונדסים הם מורכבים מאוד, וייצורם מסובך. נפנה שוב לדוגמת הכבד המלאכותי: כיום מתרכז המאמץ בניסיון לייצר מתקן חוץ-גופי שיכיל תאי כבד חיים ומתפקדים. כדי לפתח מתקן כזה, לא די לבודד ולגדל מספר גדול של תאי כבד; על המתקן גם לספק סביבה מתאימה, שבה יוכלו תאי הכבד לתפקד תוך כדי מגע עם גוף החולה.

שנית, על המכשירים האלה לפעול במגוון תנאים, ולהחליף איברים ורקמות בעלי תפקידים שונים ומגוונים. ולא די בכך שיתפקדו כהלכה; עליהם להיות ידידותיים לגוף ובלתי רעילים.

רקמות ואיברים מהונדסים

ישנן הרבה סיבות רפואיות לצורך בתחליפי רקמות ואיברים: מומים מולדים, תאונות, חבלות, מחלות תורשתיות וזיהומיות, אי-ספיקה של איברים שונים וכריתת איברים בניתוח. אין ספק שפני הרפואה ישתנו כליל, כאשר יעמדו לרשותנו תחליפים כאלה.

תאים ורקמות הם מבנים תלת-ממדיים, המכילים חומר בין-תאי המשתתף בארגון התאים, בקשר ביניהם ובעיגונם ברקמה. הרקמות המהונדסות מכילות תווך בין-תאי המכונה פיגום. הוא עשוי בדרך-כלל מפולימרים מלאכותיים או טבעיים, ולעתים אף מתערובת של שניהם. הרקמה המלאכותית מכילה גם תאים או חומרים בעלי פעילות ביולוגית, כגון גורמי גידול המשרים תיקון או יצירת רקמה.

דוגמה לרקמה מהונדסת היא העור המלאכותי שיוצר לאחרונה. החלק המחליף את הדרמיס בנוי כספוג, המורכב מקולגן ומגליקוזאמינוגליקן (glycosaminoglycan) ומצופה בסיליקון, המשמש כאפידרמיס . מתכנניו הביאו בחשבון פרמטרים שונים, כמו מידת הצפיפות של הספוג, יחסי הכמויות בין המרכיבים, אפשרות האוורור, החוזק המכני, האפשרות לעקר אותו בבטחה והסיכוי שיעבור פירוק ביולוגי.

ישנם גם מוצרים אחרים, המשלבים תאים חיים ומבצעים את כל תפקידיו של עור טבעי. אפליגרפט (Apligraft), למשל, הוא מוצר שכבר נכנס לשימוש. שכבת הדרמיס שבו מורכבת מפיבּרוֹבּלַסטים של יילודים (בדרך-כלל מן העורלה), שנסרקו ונמצאו נקיים מחיידקים, וגודלו זמן-מה בתרבית. את הפיברובלסטים האלה מוסיפים לתמיסת קולגן מבָּקָר, הכולא בתוכו את התאים לאחר שמחממים אותו. האפידרמיס עשוי מקֶרָטֶנוֹציטים של יילודים, הנזרעים על שכבת הדרמיס. כאשר חושפים את הקרטנוציטים לאוויר, הם מתקָרנים כמו תאי עור טבעיים. מבחינה קלינית, ביוכימית ותפקודית, תחליף העור הזה כמוהו כעור טבעי. הגוף המקבל אינו דוחה אותו, אין הוא רעיל, גדלים לתוכו כלי דם והוא נקלט היטב.

                

הסבר לאיור:

שימוש באפליגרף:

א.האפליגרף משמש לכיסוי פצע באפרכסת האוזן, שנוצר כתוצאה מהרחקת גידול עור סרטני.

ב.מצב אפרכסת האוזן- חודשיים לאחר מכן.

העור המלאכותי כבר נמצא, כאמור, בשימוש, לטיפול בנפגעי תאונות ולניתוחים פלסטיים. הרופאים משתמשים בו בעיקר לריפוי כוויות, פצעים בעלי שטח גדול וכיבים המתקשים להחלים.

במחקר פורץ-דרך, שתוצאותיו התפרסמו לאחרונה, הצליחו החוקרים ליצור שלפוחית שתן מלאכותית בבעלי-חיים. החוקרים גידלו כמויות גדולות של תאי שריר חלק ושל תאי אפיתל, שמקורם בציפוי הפנימי של צינור השתן. את התאים זרעו על תבנית פולימר מעוצבת כשלפוחית. תאי השריר החלק נזרעו מצדה הפנימי של השלפוחית, ותאי האפיתל – מצדה החיצוני. תבנית הפולימר עברה פירוק ביולוגי, וכך נותרה שלפוחית מלאכותית, שתפקדה כהלכה לאחר שנשתלה בגוף.

מחקרים אחרים באים לעזרתם של חולי הסוכרת: חלה התקדמות בבניית מכלים הניתנים להשתלה, שבתוכם מקובעים תאי לבלב.

בתחום האורתופדיה, החוקרים בוחנים חומרים חדשים, שיוכלו, אולי, לשמש כעצם מלאכותית וכדבק ביולוגי לאיחוי עצמות. בתחום הראומטולוגיה (reumatology) כבר משקמים סחוס פגוע בעזרת תאי סחוס שגודלו בתרבית. בתחום הקרדיולוגיה, פותחו מסתמים מלאכותיים, וכעת בודקים את תפקודם בחיות ניסוי.

הדוגמאות שתיארנו מלמדות, כי הנדסת הרקמות מנצלת מגוון של טכנולוגיות, אמצעים ושיטות מחקר. שימוש בתאים הוא אחד מעמודי התווך של התחום, ומאמצים רבים מושקעים בפיתוח שיטות מתוחכמות לגידול תאים מחוץ לגוף. החוקרים שואפים להגדיל את קצב התחלקותם של התאים וליצור את הסביבה המתאימה להם ביותר. מאמצי המחקר מקדמים, בעקיפין, גם תחומי מדע אחרים. חוקרי הנדסת הרקמות פיתחו, למשל, מצעים משופרים לגידול תאי רקמות עדינים בתרבית מחוץ לגוף. מצעים אלה תורמים גם לחקר הנגיפים ולייצור תרכיבים ותרופות באמצעות הנדסה גנטית של תאי רקמות מיונקים.

החוקרים משתדלים במיוחד לאתר, לזהות ולגדל תאי מוצא עובריים בעלי קצב התרבות גבוה ופוטנציאל התמיינות לרקמות שונות. לאחרונה התפרסמו כמה עבודות מחקר בכיוון זה. עד עתה נערכו רוב המחקרים בחיות, מטעמים ברורים; אך זה לא כבר התבשרנו, כי מדענים מאוניברסיטת ויסקונסין שבארצות-הברית הצליחו לגדל תאי מקור עובריים של אדם בתרביות רקמה, ואף השרו את התמיינותם לרקמות שונות.

הנדסת הרקמות היא מדע צעיר יחסית, הנאבק להשיג הכרה. וכפי שקורה גם בתחומים חדשים אחרים, יש שהעוסקים בה נסחפים אחר החזון והסיכוי לרווח, ומסיחים את דעתם מן המגבלות הקיימות. יש שהם גורמים התרגשות רבה בהיחפזם לנסות בשטח את האבטיפוס הראשון של מוצר חדש, תוך פזילה לתקשורת ולמשקיעים בבורסה. למרות ההצלחות וההתקדמות, עדיין יש שאלות רבות הממתינות לתשובה. כך, למשל, יש לחקור טוב יותר את תגובתה של מערכת החיסון על השתלת רקמות מהונדסות בגוף; את תהליכי ההחלמה הפיזיולוגיים של פצעים; את הבסיס המולקולרי של תגובת הגוף לשתלי רקמות מלאכותיות; את מנגנוני ההולכה והפיזור של חומרים בתוך תאים חיים, ואת השלכותיהם על הולכה ברקמות מלאכותיות; ואת הקשר בין תפקודה של רקמה לבין המבנה התלת-ממדי שלה.

שאלות ובעיות רבות עדיין עומדות, אם כן, על הפרק. ואף על פי כן, הנדסת הרקמות היא מדע דינמי, המתקדם במהירות ומבטיח רבות בתחום הרפואי והכלכלי כאחד. אין ספק בכך, שאיברים ורקמות מהונדסים ייכנסו לשימוש שגרתי בעתיד הלא-רחוק, ויחוללו שינוי עמוק במדע הרפואה.   

שאלות מנחות למאמר:

1.      הסבירו את המושג הנדסת רקמות ומדוע קיים הצורך בתחום מחקר זה?

2.      המחקר בהנדסת רקמות הינו רב-תחומי. אילו אנשי מקצוע לדעתכם נדרשים למחקר מסוג זה  ומה התרומה של כל אחד מהם למחקר זה?

3.      כיצד ניתן לצור מבנה  תלת-ממדי  לאיבר?

4.       אילו דוגמאות לרקמות ואיברים מהונדסים מובאים במאמר?

5.      אילו שאלות יש לעורר לגבי בטיחות השימוש ברקמות ואיברים מהונדסים?

תבנית עבודה לשאלות המנחות

הורדת המאמר כקובץ word

  


חזרה לראש הדף