חדשות

NEWS

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה וטבע
רוח
רפואה ומדעי החיים
חיי הקמפוס
מוזיאון הטבע
חוקרים.ות את החדשות

מחקר

14.08.2022
פריצת הדרך המדעית שתסייע לאבחון נפגעי הלם קרב

הימצאותם של חיידקים מסוימים ברוק עשויה להעיד על פוסט טראומה בקרב חיילים משוחררים

  • חברה
  • רפואה ומדעי החיים

פריצת דרך מדעית של האוניברסיטאות תל אביב וחיפה עשויה לאפשר אבחון מהיר, אובייקטיבי ומדויק של אנשים הסובלים מפוסט טראומה (PTSD), באמצעות דגימות רוק. ממצאי המחקר פורץ הדרך מצביעים על תמונה אופיינית של חיידקים ברוק שמופיעה אצל חיילים משוחררים שסבלו מתגובות קרב (כתוצאה ממלחמת לבנון הראשונה), ואשר כעת סובלים מפוסט-טראומה. לטענת החוקרים, תוצאות המחקר עשויות לפרוץ את הדרך לפיתוח תרופות הקשורות למיקרוביוטה (קהילה אקולוגית של מיקרואורגניזמים הנמצאים בתוך הגוף).

 

תמונת הרוק שמאפשרת איבחון

המחקר נערך בהובלתה של פרופ' אילנה גוזס ובשיתופם של פרופ' נועם שומרון, ד"ר שלמה סרגוביץ', והדוקטורנט גיא שפירא מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, פרופ' זהבה סולומון, מהפקולטה למדעי החברה ע"ש גרשון גורדון, ופרופ'  אברהם שגיא-שורץ והדוקטורנטית אלה לברט-לויט, המרכז לחקר התפתחות הילד, בית הספר למדעי הפסיכולוגיה, אוניברסיטת חיפה. תמכו במחקר: מחלקת הבריאות של צה"ל - אל״ם מיל׳ ד"ר אריאל בן יהודה, לשעבר ראש מחלקת הבריאות בחיל הרפואה של צה״ל. כיום מנהל מחלקה במרכז הרפואי לבריאות הנפש בשלוותה, שירותי בריאות כללית, ובשיתוף פעולה עם ביה"ח שריטה בברלין והמומחים למחקר בחיידקים ד"ר מרקוס היימסט ופרופ' סטפן ברסויל ועם אוניברסיטת הונג קונג שעוסקת בהשפעות זיהום האוויר (הפרופסורים ויקטור לי וז'קלין לם). המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי  MOLECULAR PSYCHIATRY מבית NATURE.

 

במסגרת המחקר, החוקרים בדקו קבוצה ייחודית של כ-200 יוצאי צבא ישראלים שהשתתפו במלחמת לבנון ב-1982, כולם חלק ממחקר נרחב של פרופ' זהבה סולומון, שחקרה במהלך ארבעה עשורים את תפקוד קבוצת חיילים משוחררים במישורים שונים. הבדיקה כללה היבטים פסיכולוגיים שונים הכוללים שינה, הפרעות בתיאבון, רגשות אשמה, מחשבות אובדניות, תמיכה חברתית וזוגית, עוינות, שביעות רצון מהחיים וכן שאלות העוסקות בדמוגרפיה, פסיכופתולוגיה, רווחה, בריאות והשכלה. במקביל נאספו מהם דגימות רוק.

 

בשלב הבא, השוו החוקרים את תוצאותיה של התפלגות המיקרוביוטה של המשתתפים למדדי התוצאות הפסיכולוגיות וכן לתשובות שהתקבלו בשאלוני הרווחה, וגילו כי אנשים עם PTSD ומדדים פסיכופתולוגיים גבוהים מתאפיינים באותה תמונת רוק של חיידקים (חתימת מיקרוביוטה אוראלית ייחודית). לטענת החוקרים, החשיבות של המחקר היא בכך שכעת לראשונה ניתן יהיה לאבחן פוסט טראומה גם באמצעות מדדים אובייקטיביים ולא רק התנהגותיים.

 

לראשונה: סמנים אובייקטיביים לפוסט טראומה

"למיטב ידיעתנו זהו התיאור הראשון של חתימת מיקרוביום ברוק בקרב חיילים משוחררים עם PTSD. להפתעתנו התברר שכשליש מהמשתתפים במחקר שסבלו מ-PTSD לא אובחנו מעולם ככאלה הסובלים מפוסט טראומה ועל כן לא קיבלו כל הכרה ממשרד הביטחון ומהרשויות המוסמכות", אומרת פרופ' אילנה גוזס ומסכמת "חשוב לציין שעד כה אבחון של פוסט טראומה נעשה באמצעות מדידות פסיכולוגיות ופסיכיאטריות בלבד. בזכות המחקר ניתן יהיה לאפיין בסובלים מ-PTSD סמנים ביולוגיים מולקולריים אובייקטיביים, תוך התחשבות בהשפעות סביבתיות. אנחנו מקווים כי באמצעות התגלית החדשה והחתימות של החיידקים המתוארות במחקר ניתן יהיה לסייע באבחונם של אותם חיילים כבעלי פוסט טראומה ובהתאמה לאפשר עבורם טיפול מתאים".

 

 

מחקר

09.08.2022
פריצת דרך מדעית: חוקרים פיתחו מולקולה קטנה שתנגיש את הטיפול האימונולוגי בסרטן

פרופ' סצ'י-פאינרו: "אני מאמינה שבעתיד המולקולה הקטנה תהיה זמינה ותהפוך את הטיפול האימונולוגי לנגיש וליעיל לחולי סרטן."

  • רפואה ומדעי החיים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומאוניברסיטת ליסבון זיהו וסנתזו מולקולה קטנה שיכולה להוות תחליף נגיש ויעיל יותר לנוגדן המשמש בהצלחה לטיפול בשורה של מחלות סרטן. החוקרים מסבירים כי הנוגדנים לחלבוני PD-1/PD-L1 כבר מאושרים לשימוש קליני, לרבות בישראל, והם נחשבים להבטחה הגדולה של המאבק בסרטן. הטיפול האימונולוגי החדיש יכול להביא לשיפור משמעותי במצבו של החולה, וזאת ללא תופעות הלוואי הקשות הנלוות לטיפולים כמו כימותרפיה. אלא שהנוגדנים יקרים לייצור, ומכאן שאינם זמינים לכלל החולים. יתרה מכך, הטיפול לא משפיע על כל חלקי הגידולים הסרטניים המוצקים, כי הוא גדול מדי בכדי לחדור לאזורים פחות נגישים ופחות חשופים בגידול.

 

כעת, החוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומאוניברסיטת ליסבון השתמשו בביואינפורמטיקה ובאנליזת מידע כדי למצוא חלופה קטנה וחכמה יותר לנוגדנים אלו. מאחורי הפיתוח פורץ הדרך עומד צוות בינלאומי של חוקרים בהובלת פרופ' רונית סצ'י-פאינרו, ראשת המרכז לחקר הביולוגיה של הסרטן וראשת המעבדה לחקר הסרטן וננו-רפואה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר של אוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם פרופ' הלנה פלורינדו ופרופ' ריטה גואדש מאוניברסיטת ליסבון. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Journal for ImmunoTherapy of Cancer.

 

טיפול בסרטן באמצעות מערכת החיסון

"ב-2018 הוענק פרס נובל לרפואה לג'יימס אליסון ולטסוקו הונג'ו על תרומתם לחקר האימונותרפיה, טיפול בסרטן באמצעות מערכת החיסון", מספרת פרופ' סצ'י-פאינרו. "הונג'ו גילה שתאי T של מערכת החיסון מפרישים חלבון בשם PD-1 המשבית את פעילותם על ידי קישור לחלבון PD-L1 המבוטא על תאי הסרטן. בעצם הקישור בין ה-PD-1 ל-PD-L1, התאים הסרטניים משתקים את תאי ה-T, ובכך מונעים מהם להרוג את תאי הסרטן. הונג'ו פיתח נוגדנים המנטרלים את ה-PD-1 או את ה-PD-L1 ומשחררים את תאי ה-T להילחם בצורה אפקטיבית בסרטן".

 

פרופ' סצ'י-פאינרו מוסיפה: "הפוסט-דוקטורנטית ד"ר ריטה אקורסיו התחילה מאלפי מבנים מולקולריים, ובעזרת מאגרי מידע ומודלים חישוביים שנקראים CADD, או computer-aided drug design, צמצמנו את רשימת המועמדים עד שהגענו למבנה הטוב ביותר."

 

"בשלב השני וידאנו בניסויים בחיות מודל שהונדסו עם תאי T אנושיים שהמולקולה הקטנה אכן מעכבת את התפתחות הגידול לא פחות טוב מהנוגדנים לאחר עיכוב ה-PD-L1. בנוסף, הדוקטורנטית סבינה פוצי תיקפה את יעילות המולקולה החדשה על מודלים תלת-ממדיים של מלנומה שיצרה במעבדה. צריך להבין שנוגדן הוא מולקולה ביולוגית, לא סינתטית, ולכן צריך תשתית מורכבת והרבה כסף כדי לייצר אותה. נוגדן כזה עולה היום לחולה בסביבות ה-300 אלף דולר לשנה של טיפולים. אנחנו פיתחנו מולקולה קטנה שיודעת לעכב את הקישור של ה-PD-1/PD-L1 ולהזכיר למערכת החיסון שהיא צריכה לתקוף את הסרטן. כבר סנתזנו את המולקולה הקטנה עם ציוד פשוט, בזמן קצר ובשבריר מהמחיר. יתרון אחר של המולקולה הקטנה הוא שסביר להניח שאפשר יהיה ליטול אותה בבית, דרך הפה, ולא באינפוזיה באשפוז".

 

קטנה ועוצמתית

נוסף על שיקולי הנגישות, מהניסויים שערכו החוקרים עולה כי המולקולה הקטנה שיפרה את ההפעלה של תאי מערכת החיסון בתוך גידולים מוצקים. "שטח הפנים של גידול סרטני מוצק הינו הטרוגני", מסבירה פרופ' סצ'י-פאינרו. "אם באזור מסוים של הגידול יש פחות כלי דם, הנוגדן לא יצליח להיכנס לאזור הזה של הגידול. מאחר שמולקולה קטנה עוברת בדיפוזיה, היא לא תלויה לחלוטין בכלי הדם של הגידול או בחדירות שלהם. אני מאמינה שבעתיד המולקולה הקטנה תהיה זמינה ותהפוך את הטיפול האימונולוגי לנגיש וליעיל לחולי סרטן".

מחקר

01.08.2022
שיטת לימוד חדשה עשויה להביא לשיפור משמעותי ביכולות התפיסה הוויזואלית של אוטיסטים

למידה באמצעות "הבזקי זיכרון" במקום חזרתיות ארוכה ומייגעת הראתה יעילות גבוהה

  • מוח
  • חברה

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מציע שיטת לימוד חדשה באוטיזם שעשויה לקצר את תהליך הלמידה ואף לשפר משמעותית את הישגי המטופלים בכל הקשור ליכולות תפיסה ויזואלית. לטענת החוקרים, שיפור יכולת התפיסה של אנשים עם אוטיזם הוא אתגר קשה עבור אותם מטופלים, המצריך על פי רוב אימון ממושך ומייגע, לצד הקושי המאפיין אוטיזם להכליל את הלמידה לתנאים אחרים - כלומר להצטיין גם במטלה דומה בתנאים שהם לא למדו בעבר.

 

השיטה החדשה שמציעים החוקרים מבוססת על "הבזקי זיכרון", שנמשכים שניות ספורות בלבד, ושבאמצעותה הנבדקים מצליחים הן לשפר את יכולות התפיסה הוויזואלית שלהם והן להכליל את הלמידה.

 

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנטית שירה קלורפלד-אוסלנדר ופרופ' ניצן צנזור מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה וביה"ס סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם פרופ' אילן דינשטיין וצוותו מאוניברסיטת בן גוריון. המחקר פורסם בכתב העת Current Biology.

 

פרופ' צנזור מסביר: "במעבדה שלי אנחנו מתמקדים בחקר למידה בבני אדם, וכבר היום אנחנו יודעים להגיד שחלק גדול מהלמידה לא קורה בתהליך האימון, אלא לאחר מכן - בתהליכי הטמעה וחיזוק של זיכרון המתרחשים 'אוף-ליין', למשל כאשר המוח שלנו במצב שינה. אלא ששיטות הלימוד הרגילות עדיין דוגלות בגישה לפיה אימון ממושך יותר שווה למידה טובה יותר: אם אתה רוצה לנגן על פסנתר, כדאי שתתאמן בכל יום שעות רבות בנגינה על הפסנתר עד שהנגינה תהפוך טבעית לך. אנחנו זיהינו מנגנון למידה חלופי שמשתמש ב'הבזקי זיכרון' – חשיפה קצרצרה למטלה שכבר נלמדה – כדי להטמיע ולהכליל את הכישורים שפותחו".

 

תוצאות מפתיעות ומעודדות במיוחד

במסגרת המחקר, צוות החוקרים בחן כ-30 נבדקים בוגרים עם אוטיזם בתפקוד גבוה שנתבקשו ללמוד מטלה ויזואלית (למשל – זיהוי כיוון של קווים המופיעים למספר אלפיות השנייה על המסך). אולם במקום לחזור על המטלה מדי יום, הנבדקים בקבוצת הניסוי המרכזית למדו את המטלה לעומק ביום הראשון, ובימים שלאחר מכן נחשפו לגירוי הוויזואלי למשך מספר שניות בלבד. במבחן התוצאה, למרות שהנבדקים למדו את המטלה במשך זמן מינימלי, ביצועיהם השתפרו משמעותית, בכ-20-25%, בדומה ללמידה רגילה מרובת חזרות ובדומה להישגים של נבדקים ללא אוטיזם.

 

זאת ועוד, גם כאשר הוצגה בפניהם מטלה בתנאים חדשים, שלא נלמדו (לדוגמא כאשר הגירוי הנלמד הוא במיקום חדש), הנבדקים שלמדו בשיטת הבזקי הזיכרון הציגו ביצועים משופרים מאשר הנבדקים בקבוצת הביקורת – כלומר הם ידעו להכליל את הכישורים שנלמדו במטלה הראשונה. ההצלחה של הנבדקים להכליל את הלמידה לתנאים אחרים נחשבת משמעותית למדי, כיוון שמדובר בכישורים שבהם אנשים עם אוטיזם מתקשים מאוד.

 

"כבר במחקרים קודמים הוכחנו שאפשר לשפר תהליכים של הטמעת למידה באמצעות הבזקי זיכרון", אומר פרופ' צנזור. "הראינו שאין צורך בזמן תרגול ממושך על מנת להטמיע את המטלה – מספיק להבזיק אותה לכמה שניות בודדות כדי לעורר את הרשת המוחית הרלוונטית, והמוח כבר יטמיע לבד את החומר. במקרה הזה בדקנו אנשים עם אוטיזם. לאוכלוסיות עם אוטיזם קיימים לעיתים קשיים בלמידה חזרתית ובהכללתה, כלומר להשתמש בכלים שנלמדו גם במטלות חדשות. באמצעות הבזקים קצרים של הגירוי הוויזואלי במטלה שנלמדה, הצלחנו לייצר למידה שהיא זהה ללמידה הרפטטיבית מבחינת היעילות שלה – כלומר קיצרנו משמעותית את זמן הלמידה. והערך המוסף הוא יכולת ההכללה: הנבדקים ביצעו מטלה בתנאים חדשים כאילו שהם למדו אותה בצורה מלאה".

 

לדברי פרופ' צנזור, לשיטה החדשה עשויות להיות השלכות פוטנציאליות משמעותיות – במגוון רב של תחומים. "המחקר החדש יכול לסלול את הדרך ללמידה משמעותית יותר של אוכלוסיות עם אוטיזם, במגוון רחב של מטלות. בנוסף, השיטה עשויה לסייע בשיקום אחרי פגיעות נוירולוגיות, כלומר באימון המוח לייצר מחדש את הקשרים שנפגעו, באמצעות אימון מקוצר".

מחקר

21.07.2022
הקשר בין קיפולי נייר לפיזיקה

החוקרים שפיצחו את הפיזיקה המרתקת של יריעות נייר מקומטות

  • מדעים מדויקים

כל אחד מאיתנו מקמט אינספור ניירות במהלך חייו. אנחנו משליכים את הנייר מעבר לעורף, היישר אל סל האשפה הקרוב במקרה הרע, ובמקרה הטוב אל סל מיחזור הנייר, ושוכחים ממנו. אבל מסתבר שיש מי שמוצאים ביריעה המקומטת הזו עולם ומלואו.

 

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומהטכניון הצליחו לראשונה למפות את הקשר בין רשת הקשרים הסבוכה שנוצרת ביריעה דקה לאחר קימוטים חוזרים ונשנים שלה לבין התכונות המכאניות המפתיעות שלה, ובראשן היכולת של המערכת לקודד ולאכסן זיכרונות מכאניים. החוקרים אומרים כי חשיבות המחקר איננה רק בפיצוח המערכת עצמה אלא גם בתובנות שהיא מספקת על משפחה רחבה של מערכות פיזיקליות מורכבות בתחום החומר המעובה. המחקר התבצע בהובלת הדוקטורנט דור שוחט וד"ר יואב לחיני מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. את נושא המידול והסימולציות במחקר הוביל ד"ר דניאל הקסנר מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, והוא פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי PNAS.

 

החוקרים גילו כיצד רשת הקיפולים והקמטים שנוצרת בעת קימוט של יריעות דקות על ידי מאמץ חיצוני, מביאה לשינוי דרסטי בתכונותיה המכאניות של היריעה. תהליך יצירת הרשת כשלעצמו מאפשר קידוד של המאמצים שהופעלו על הנייר עד אותו הרגע, כמעין "זיכרון" פיזיקלי של המערכת. אך באופן מפתיע, לאחר הקימוט מסוגלת היריעה לאחסן זיכרונות מכאניים נוספים, מבלי ליצור קפלים או קמטים חדשים.

 

לקרוא את זיכרון החומר

ד"ר לחיני מסביר: "כשאנחנו מאחסנים מידע בדיסק הקשיח של המחשב שלנו, אנחנו ממירים אותו לצופן שמורכב מהספרות אפס ואחת בלבד. פיזית, כל ספרה כזו מקודדת ברכיב מגנטי עם שני מצבים יציבים שנקרא "ביט", כשכיוון השדה המגנטי שלו (למעלה או למטה) מקודד את ערך הספרה (אפס או אחת). מעבר בין שני המצבים, לטובת קידוד או קריאה של הזיכרון, מתאפשר על ידי תופעת שנקראת לולאת חשל, או היסטרזיס. מה שזיהינו ביריעות המקומטות הוא תופעה דומה, אבל בעלת אופי מכאני. מסתבר שכאשר מקמטים את היריעה נוצר בה מערך סבוך של קימוטים,  כאשר כל אחד מהם מתפקד כלולאת חשל קטנה עם שני מצבים יציבים – מעין ״ביט״ מכאני. שני המצבים נבדלים בגיאומטריה שלהם, כאשר הקמט יכול לבלוט פנימה או החוצה מהיריעה. לרכיב אחד כזה אנו קוראים היסטרון, והוא המרכיב הבסיסי של תגובת הזיכרון של החומר כולו. אוסף ההיסטרונים שממנו בנויה היריעה כולה יכול לקודד ולשמור זיכרונות מגוונים של אירועים מכאניים שונים שחוותה היריעה. כך, על ידי תכנון מניפולציות מכאניות שונות, אפשר לשמור ולקרוא זיכרון מתוך המערכת.”

 

הדוקטורנט דור שוחט מוסיף כי "האינטראקציה שקיימת בין ההיסטרונים הללו ממלאת תפקיד חשוב בתכונות המכניות הכלליות של היריעה. כל אחד מהם וכולם יחד 'מקודדים' את התהליכים שהנייר עובר, כך שעקרונית, באמצעות מיפוי וניתוח הקימוטים ביריעה ניתן לשחזר את הפעולות שהתבצעו עליו בדיעבד ו'לקרוא' את הזיכרון. עוד מסתבר שבגלל האינטרקציות החזקות, נוצר מצב שנקרא בעגה המקצועית ״תסכול גיאומטרי״. במצב זה, בגלל המבנה הלא סדור של הקימוטים, ההיסטרונים מפריעים אחד לשני והיריעה המקומטת מתקשה להגיע למצב אנרגטי נמוך, מה שמשכלל עוד יותר את התגובה המכאנית שלה.  בכך יש דמיון למערכת מגנטית מרתקת שנקראת זכוכית ספין (spin-glass), ולמערכות לא מסודרות אחרות".

 

זו לא הכמות, זה הקימוט

בשנים האחרונות התרחב עד מאוד חקר המערכות הפיזיקליות המורכבות (Complex Systems), אשר דורשות שימוש במודלים תאורטיים יצירתיים וחדשניים שלוקחים בחשבון מספר גדול של דרגות חופש הכרוכות זו בזו – ולא תמיד ניתן לתאר את הדינמיקה ביניהם באמצעות פתרון אנליטי המבוסס על תכונות דרגת החופש הבודדת. השלם, במקרה זה, עולה על סך חלקיו.  

 

ברוח זו, הדוקטורנט דור שוחט מוסיף: "כיוון שאין פתרון פשוט למערכות מורכבות שכאלה, כדי להבין אותן לעומק יש להבין את הקשר בין התנהגות דרגת חופש בודדת לבין התנהגות המערכת כולה. המחקר על יריעות מקומטות מאפשר ליצור חיבורים כאלה, בזכות המימדים האופייניים הגדולים שלהן. די להחזיק נייר מקומט ביד ולצפות במכאניקה שלו, בכדי לקבל אינטואיציה פיזיקלית. דוגמא פשוטה היא זיכרון הצורה שיש ליריעה המקומטת – אם נכופף אותה מסביב לחפץ מסוים היא תקבל את צורתו מבלי שיווצרו קמטים חדשים – הודות להיסטרונים שמרכיבים אותה שמעניקים לה יכולת לקבל מספר גדול של צורות יציבות". החוקרים מסכמים כי המסקנות החדשות חורגות ממערכת הניסוי הספציפית, והן שופכות אור על היווצרות זיכרון פיזיקלי במערכות מורכבות נוספות, בהן הגישה לדרגות החופש הבודדות קשה יותר.

מימין: פרופ' לב שמר, פרופ' עדי אריה וגאורגי גרי רוזנמן

מחקר

21.07.2022
הגל הנושם שהוכיח תיאוריה מדעית

חוקרים הצליחו להוכיח תופעה תיאורטית ולמדוד חבילות גלים מחזוריות

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב הצליח למדוד בפעם הראשונה היעדר אפקט טלבוט במרחקי שברים של מרחק טלבוט, תופעה שנחזתה עד היום רק באופן תאורטי. מדובר בתופעה שעל פיה כאשר גל אור בעל צבע יחיד עובר דרך מבנה מחזורי, מתקבלת לאחריו שוב ושוב תבנית אור מחזורית, במרחקים קבועים הנקראים מרחקי טלבוט xT. תופעת גלים זו אינה מוגבלת רק לגלי אור ונחקרה עבור סוגים רבים ושונים של גלים, כולל גלי חומר וגלי קול. החוקרים הראו כי ניתן להסביר את שבירת הסימטריה על ידי משוואת גלים מדויקת יותר הנקראת משוואת דיסט׳ה (Dysthe).

 

לעורר חבילות גלים מחזוריות

התגלית המדעית התאפשרה במסגרת מחקר שבחן את דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזורית בגלי כבידה משטחיים על פני מים, על ידי מדידת ההתפתחות שלהם לאורך בריכת גלי מים באורך 5 מטרים. צוות החוקרים כלל את גאורגי גרי רוזנמן, מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פרופ׳ וולפגנג שלייך מאוניברסיטת אולם, פרופ׳ עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל ומופקד הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול, ופרופ׳ לב שמר מבית הספר להנדסה מכנית. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתיPhysics Review Letters .

 

דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזוריות נחקרה גם בתחום הלא-ליניארי באופן תאורטי. המדען ניל אחמדייב מצא פתרון אנליטי שנקרא "Akhmediev breather" שמשמעותו "גל נושם", היות והצורה שלו חוזרת על עצמה באופן מחזורי. עם זאת, יש הבדל חשוב לעומת המקרה הליניארי, והוא שמקבלים בצורה מחזורית רק את המבנה המקורי, ואילו המבנים במחזוריות הקצרה יותר לא מופיעים.

 

בניסוי שבוצע, צוות החוקרים עורר חבילות גלים מחזוריות של גלי כבידה משטחיים. לשם כך נבחר הגל הנושם של אחמדייב (Achmediev breather). כאשר הגלים המעוררים הם בעלי משרעת גדולה, הדינמיקה הלא ליניארית של גלי הכבידה המשטחיים הופכת להיות משמעותית וגורמת להיעלמות התבניות המחזוריות בעלת המחזורים הקצרים, למשל במחצית מרחק טלבוט.

 

בריכת הגלים באוניברסיטת תל אביב בה התבצע הניסוי

 

בנוסף, גילו החוקרים במסגרת המחקר כי כאשר אי-הלינאריות גבוהה יותר, המדידות חורגות מהפתרון האנליטי של אחמדייב, וניתן לראות  שבירה א-סימטרית של פונקציית הגל. שבירה זו גורמת למעטפת הגלים להאיץ במעט ולהאיט לאחר מכן חזרה למהירות החבורה. שבירת סימטריה זו נגרמת בגלל אי לניאריות מסדר גבוה, אשר אינה נלקחת בחשבון במשוואת הגלים הפשוטה - משוואת שרדינגר הלא לינארית.

 

שטיחי טאלבוט במערכת של גלי כבידה משטחיים. (1) שטיח טאלבוט ״לינארי״ (2) שטיח טאלבוט ״לא לינארי״ (3) סקיצה של מערכת ניסוי בה נמדדו התופעות

מחקר

20.07.2022
חוקרים באוניברסיטת תל אביב מתריעים: טיפול בשיטת CRISPR עלול לגרום נזק לגנום

לדברי החוקרים, "לעתים כרומוזומים שנחתכו בהליך אינם מצליחים להשתקם ויציבות הגנום מתערערת – דבר שעלול בטווח הארוך אפילו לגרום לסרטן."

  • רפואה ומדעי החיים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מצביע על סיכונים בשימוש בטכנולוגיית CRISPR. מדובר בשיטה חדשנית לחיתוך ולעריכת DNA, שזיכתה את ממציאותיה בפרס נובל, וכבר מהווה בסיס לטיפול מתקדם במגוון מחלות, בהן סרטן, מחלות כבד ומעיים, ותסמונות גנטיות. החוקרים בחנו את השפעת השיטה על תאי T – תאי דם לבנים של המערכת החיסונית, ומצאו כי באחוז משמעותי של התאים נגרם אובדן של חומר גנטי, והגנום מאבד מיציבותו – מצב שעלול לגרום לסרטן.

 

המחקר בוצע על ידי צוות חוקרים באוניברסיטת תל אביב, בהובלת ד"ר עדי ברזל מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה בפקולטה למדעי החיים וממכון דותן לתרפיות מתקדמות בשיתוף בית החולים ע"ש סוראסקי (איכילוב) וכן בהובלת ד"ר אסף מדי וד"ר אורי בן-דוד מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Biotechnology.

 

מחיר העריכה

החוקרים מסבירים ש-CRISPR היא טכנולוגיה חדשנית לעריכת DNA - כלומר חיתוך הרצף בנקודה מסוימת לשם הרס מקטעים לא רצויים או לחלופין לשם תיקון או הוספת מקטעים רצויים. הטכנולוגיה, שפותחה לפני כעשור, כבר הוכיחה יעילות מרשימה לטיפול במגוון מחלות כגון סרטן, מחלות כבד, תסמונות גנטיות ועוד.

 

הניסוי הראשון שנעזר בטכנולוגיית CRISPR לטיפול בבני אדם בוצע בשנת 2020 כאשר חוקרים באוניברסיטת פנסילבניה שבארה"ב יישמו אותה על תאי T – תאי דם לבנים השייכים למערכת החיסון. החוקרים לקחו תאי T מתורם, הינדסו אותם כך שיבטאו קולטן המזהה תאי סרטן, ובמקביל, באמצעות CRISPR, הרסו גנים שמקודדים לקולטן המקורי - שעלול לגרום לתאי ה-T לתקוף את תאי גופו של הנתרם.

 

במחקר הנוכחי החוקרים ביקשו לבחון האם לצד התועלת המסתמנת עלול להיות גם סיכון נלווה לחיתוך הגנום, וזאת תחת ההנחה שתיקון לא תמיד מתרחש, וכאשר הוא מתרחש הוא איננו תמיד מושלם.

 

ד"ר בן-דוד ועוזר המחקר שלו אלי ראובני מסבירים: "הגנום בתאים של כל אחד מאיתנו נשבר לא פעם באופן טבעי, ובדרך כלל יודע לתקן את עצמו. עם זאת, קורה לעתים  שכרומוזום מסוים אינו מצליח להשתקם, וחלקים גדולים ממנו, או אפילו הכרומוזום כולו, הולכים לאיבוד. שינויים כרומוזומליים כאלו עלולים לערער את יציבות הגנום – ואנחנו רואים את התופעה הזו לעתים קרובות בתאי סרטן.  במקרה של שימוש בטכנולוגיית CRISPR המשמעות היא שהליך שנועד לטפל בסרטן עלול, בתרחיש קיצון, לגרום בעצמו ליצירת גידול סרטני."

 

כדי לבחון את מידת הנזק שגורמת הטכנולוגיה, חזרו החוקרים על הפעולות שבוצעו בניסוי בפנסילבניה - וחתכו את הגנום של תאי T בדיוק באותו מקום ובאותו אופן – בכרומוזומים שמספרם 2, 7, ו-14 (מבין 23 זוגות הכרומוזומים שמרכיבים את הגנום האנושי).  אחר כך הם ביצעו אנליזה נפרדת לכל תא, בהליך המכונה ריצוף RNA ברמת התא הבודד, ומדדו את רמת הביטוי של כל כרומוזום בכל אחד מהתאים.

 

אובדן משמעותי של חומר גנטי

בחלק מהתאים זוהה בדרך זו אובדן משמעותי של חומר גנטי. כך לדוגמה, לאחר שבוצע חיתוך CRISPR בכרומוזום 14, נמצא שהוא כמעט אינו מתבטא בכ-5% מהתאים. כאשר נחתכו כל שלושת הכרומוזומים במקביל, גדל שיעור הנזק: כ-9% מהתאים לא שיקמו את הפגיעה בכרומוזום 14,  ב-10% לא תוקנה הפגיעה בכרומוזום 7, וב-3% לא תוקן השבר בכרומוזום 2. עם זאת, היקף הפגיעה בכל אחד מהכרומוזומים היה שונה.

 

ד"ר מדי והסטודנטית שלו אלה גולדשמידט מסבירים: "ריצוף RNA ברמת התא הבודד והאנליזה החישובית אפשרו את הזיהוי המדויק הזה, והסיבה לשוני היא מיקום החיתוך על פני הכרומוזום. בסך הכול העלה המחקר שיותר מ-9% מתאי ה-T שעברו עריכה גנטית באמצעות טכנולוגיית CRISPR איבדו בעקבות זאת כמות משמעותית של חומר גנטי. המשמעות עלולה להיות אובדן היציבות הגנומית, תופעה שעלולה לגרום לסרטן".

 

בעקבות ממצאיהם ממליצים החוקרים לגלות זהירות בשימוש בטכנולוגיית CRISPR לפיתוח טיפולים, ואף מציעים שיטות חלופיות, מסוכנות פחות, להליכים רפואיים ספציפיים. כמו כן הם ממליצים למקד מאמץ מחקרי בפיתוח פתרונות בשני כיוונים חלופיים: איתור סמנים על התאים הפגועים, על מנת להרחיק אותם מהחומר המוזרק לחולה; או פיתוח שיטות שיבטיחו מראש ייצור של פחות תאים פגועים.

 

מסכמים ד"ר ברזל והדוקטורנט שלו אלסיו נחמד: "במחקר זה ביקשנו להאיר בעיות וסיכונים אפשריים בשימוש בטכנולוגיית CRISPR. וזאת על אף  שאנו מודעים היטב ליתרונותיה, ובמחקרים אחרים אנו אף מפתחים טיפולים המסתמכים עליה. כך לדוגמה פיתחנו רק לפני זמן קצר שיטה מבטיחה לטיפול באיידס המסתמכת על CRISPR, ואנחנו אף הקמנו חברות – שאחת מהן משתמשת ב-CRISPR, בעוד השנייה נמנעת מהשימוש בטכנולוגיה זו. כלומר, מצד אחד אנחנו מקדמים את הטכנולוגיה, ומצד שני מתריעים מפני סכנותיה. לכאורה יש בכך סתירה, אך אנחנו כמדענים גאים בכך. זוהי מהותו של המדע: אנחנו לא 'בוחרים צד'. אנחנו לוקחים סוגיה ובוחנים אותה מכל צדדיה, החיוביים והשליליים, ומחפשים תשובות."

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>