חדשות

המחקר נערך בהובלת פרופ' ישראל הרשקוביץ מהפקולטה לרפואה ומדעי הבריאות ע"ש גריי באוניברסיטת תל אביב ואן דמבריקורט-מלסה מהמרכז הלאומי הצרפתי למחקר. ממצאי התגלית ההיסטורית התפרסמו בכתב העת l’Anthropologie.

הילד ממערת סחול

"מחקרים גנטיים מהעשור האחרון מראים ששתי הקבוצות הללו החליפו גנים ביניהן", מסביר פרופ' הרשקוביץ. "גם היום, 40,000 שנה לאחר שהנאנדרטלים האחרונים נעלמו, חלק מהגנום שלנו, 2 עד 6 אחוזים, הוא ממקור נאנדרטלי. אבל חילופי הגנים הללו מתייחסים לתקופת זמן מאוחרת בהרבה: 60,000 עד 40,000 שנה לפני זמננו. כאן מדובר במאובן אנושי בן 140,000 שנה. במחקר אנחנו מראים שלגולגולת של הילד, שבצורתה הכללית מזכירה הומו ספיינס, בעיקר בקמירות של קופסת הגולגולת – יש מערכת אספקת דם תוך-גולגולתית, לסת תחתונה ומבנה אוזן פנימית האופייניים לנאנדרטלים".

במשך שנים נחשבו הנאנדרטלים לקבוצה שהתפתחה באירופה, שנציגים שלה נדדו לארץ ישראל רק לפני כ-70,000 שנים, בעקבות התפשטות הקרחונים באירופה. במחקר פורץ דרך שפורסם ב-2021 בכתב העת החשוב Science הראו פרופ' הרשקוביץ ועמיתיו שנאנדרטלים קדומים חיו בארץ ישראל כבר לפני 400,000 שנים. טיפוס אדם זה, שפרופ' הרשקוביץ כינה אותו "אדם נשר רמלה" (על שם האתר הארכיאולוגי שבו נמצא, הסמוך למפעל נשר רמלה) פגש בקבוצות ההומו ספיינס שהתחילו לצאת מאפריקה לפני כ-200,000 שנים – ולפי ממצאי המחקר הנוכחי, התרבו איתם. הילד (או הילדה) ממערת סחול הוא עדות המאובנים הקדומה ביותר בעולם לקשרים החברתיים והביולוגיים שנרקמו בין שתי האוכלוסיות הללו במשך אלפי שנים. סופם של הנאנדרטלים המקומיים שנבלעו לתוך האוכלוסייה של ההומו סאפיינס, ממש כפי שקרה עם הנאנדרטלים האירופאים והמאוחרים יותר.

ערבוב גנים ממושך

למסקנתם זו הגיעו החוקרים בתום שורה של בדיקות מתקדמות שערכו למאובן. ראשית הם סרקו את הגולגולת והלסת במיקרו-סי.טי (במכון משפחת שמוניס לאנתרופולוגיה באוניברסיטת תל אביב, ומהסריקות הרכיבו מודל תלת-ממדי מדויק שלהם. הדבר אפשר להם לערוך ניתוח צורני מורכב של המבנים האנטומים (גם של מבנים אנטומים לא גלויים, כמו האוזן הפנימית), ולהשוותם לאוכלוסיות הומינידים שונות. כדי ללמוד את מבנה כלי הדם העוטפים את המוח, הם אף יצרו מבנה תלת-ממדי מדויק של פנים הגולגולת.

"המאובן שמצאנו הוא העדות הפיזית הקדומה ביותר הידועה כיום לזיווג בין נאנדרטלים להומו ספיינס", אומר פרופ' הרשקוביץ. "בשנת 1998 התגלה בפורטוגל שלד של ילד שמראה תכונות של שתי הקבוצות האנושיות הללו. אלא שהשלד הזה, שזכה לכינוי 'הילד מעמק לפדו', מתוארך ל-28,000 שנים לפני זמננו, כלומר מאוחר ביותר מ-100,000 שנה לילד מסחול. מסורתית, אנתרופולוגים משייכים את המאובנים שנתגלו במערת סחול, יחד עם מאובנים שנמצאו ממערת קפזה שליד נצרת, לקבוצה קדומה של הומו ספיינס. המחקר הנוכחי מגלה שלפחות חלק מהמאובנים שנמצאו במערת סחול הם תוצאה של חדירת גנים מתמשכת מהאוכלוסייה הנאנדרטלית המקומית – והוותיקה – לאוכלוסייה של ההומו ספיינס".

המחקר פורץ הדרך נערך בהובלת פרופ' בנימין דקל, נפרולוג וחוקר בעל שם עולמי, מנהל היחידה לנפרולוגיה ילדים והמכון לחקר תאי אב בבית החולים לילדים ע"ש ספרא במרכז הרפואי שיבא, ומנהל מרכז סגול לרפואה רגנרטיבית באוניברסיטת תל אביב. במחקר השתתפו גם הדוקטורנט ד"ר מיכאל נמסטניקוב, בוגר מסלול רופא-חוקר בפקולטה למדעי הרפואה והבריאות ע"ש גריי באוניברסיטת תל אביב, וד"ר אוסנת כהן-זונטג, עמיתת מחקר במרכז הרפואי שיבא, כחלק מקבוצת המחקר של פרופ' דקל. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי The EMBO Journal.

"החיים מתחילים עם תאי גזע פלוריפוטנטיים, שיכולים להתמיין לכל תא בגוף", מסביר פרופ' דקל. "בעבר הצליחו לגדל אורגנואידים - תרביות תלת-ממדיות דמויות-איברים - על ידי הפקת תאי גזע כלליים כאלה ומיונם לכליות, אבל אחרי חודש לערך הכליה בתרבית מתה, והיה צריך להתחיל בתהליך שוב. לפני כעשור קבוצת המחקר שלי הצליחה לבודד לראשונה את תאי הגזע הרקמתיים של הכליה האנושית שאחראים לגדילת האיבר. הבנו שעל מנת לגדל את האורגנואיד הכלייתי בתלת-ממד יש לשמור על קיומם של תאי הגזע הרקמתיים בתרבית, כך פעלנו וכעת הצלחנו לראשונה לגדל כליה אנושית בצורת אורגנואיד מתאי הגזע הספציפיים של הכליה וזאת במקביל לתהליך ההבשלה ברחם הקורה עד שבוע 34 של הריון. זה הישג שבין היתר מראה שהתאים שבודדנו אכן היו תאי הגזע הרקמתיים של הכליה, שכן הם התמיינו, התארגנו לרקמה ובנו את הכליה בהצלחה במעבדה".

צוות המחקר מסביר כי חוקרים מגדלים אורגנואידים בתנאי מעבדה כדי לחקור איברים באופנים שאינם מתאפשרים בבני אדם, אלא שאורגנואידים שמקורם מתאי גזע פלוריפוטנטיים עלולים עקב תהליך התמיינות לא שלם להכיל תאים לא רצויים שאינם קשורים לאיבר הנלמד ועלולים להתרחק מהמקור. לעומת זאת, אורגנואיד הכליה שצמח מתאי גזע רקמתיים של כליה עשה זאת באופן "נקי", שכן תאי גזע אילו מתוכנתים בטבע להתמיין אך ורק לרקמת כליה. תאים אלה התמיינו לסוגים שונים של תאי כליה, ויצרו לאורך 34 שבועות רקמות שונות של הכליה, כמו מסנני דם וצינורות שתן.

לראות בלייב בעיות שמובילות למחלות

"האפשרות לגדל כליה עוברית למשך זמן השווה לזמן שבו הכליה צומחת בהיריון יכולה לשפוך אור חדש על תהליכים ביולוגיים בכלל, ובפרט על תהליכים שמובילים למחלות כליה", אומר פרופ' דקל. "כיום כדי ללמוד על מום מולד זה או אחר, משתמשים בעכברים: משנים להם גן זה או אחר, ועוקבים אחר ההתפתחות. אבל בסופו של דבר מדובר בעכבר, לא באדם. מן הסתם איננו יכולים לשחק עם גנים של עוברים בהיריון. לעומת זאת, אורגנואיד כליה במעבדה אין בעיה לחקור, במיוחד אם מסלולי האותות של ההתפתחות זהים למקור כפי שנמצא בטכנולוגיה שפיתחנו. ובאמת כשחסמנו בצורה נקודתית מסלול אותות מסוים, ראינו איך בצד השני הוא מוביל למום מולד. אנחנו ממש רואים בלייב איך בעיה בהתפתחות מובילה למחלת כליות שרואים בקליניקה, מה שיאפשר פיתוח טיפולים חדשניים".

פרופ' דקל מדגיש כי לפריצת הדרך השלכות החורגות בהרבה ממדע בסיסי, כלומר מההבנה הביולוגית של התפתחות הכליה. "העובדה שאנחנו יכולים לגדל לאורך זמן תאי גזע רקמתיים של כליה מחוץ לגוף פותחת פתח לרפואה רגנרטיבית, כלומר להשתלת רקמות כליה שגודלו במעבדה – בתוך הגוף. כעת יש לנו למעשה מקור בלתי נדלה של תאים כלייתיים שונים, והבנה טובה יותר של תפקידיהם השונים בהתפתחות ובתפקוד הכליה.

בדיקת השפעת תרופות בזמן היריון

פרט לכך אנחנו יכולים להשתמש באורגנואיד שלנו כדי לבדוק רעילות של תרופות. נשים בהיריון נוטלות תרופות, כמו למשל סוגים שונים של אנטיביוטיקה למרות שלא תמיד אנו יודעים בוודאות מה הן עושות לעוברים אנושיים. כמובן שבודקים תרופות על בעלי חיים – אבל זה לא עונה על השאלה. האורגנואיד שלנו מאפשר לבדוק את התרופות על כליה שמדמה בצורה אמינה כליה של עובר אנושי, ובנקודות זמן שונות לאורך ציר התפתחותו. בעתיד הקרוב אנחנו רוצים לשכלל את האורגנואיד שלנו, ולהוסיף לו רשת כלי דם, שתוסיף ממד נוסף של מורכבות – ותתקרב עוד יותר לדבר עצמו. לשם כך גייסנו חוקר נוסף המתמחה ביצירת רשתות כלי דם למרכז סגול לרפואה רגנרטיבית אשר משתלב במטרות המרכז של הצמחת, שיקום והצערת איברים".

פרופ' דרור חרץ, יו"ר רשות המחקר בשיבא: "חשיבותו של המחקר איננה רק בהישג המדעי יוצא הדופן, אלא גם בחיזוק מעמדה של ישראל בחזית המדע העולמית. בשנים האחרונות אנו עדים לניסיונות להרחיק את ישראל ממוקדי ההשפעה הבינלאומיים, והצלחות מדעיות מהסוג הזה הן תזכורת לכך שתרומתנו למחקר הרפואי והמדעי היא משמעותית ובלתי ניתנת לערעור".

המחקר נערך בהובלת נדב גושן, תלמיד מחקר, בהנחיית ד"ר ירדן מזור מבית הספר להנדסת חשמל ומחשבים. המחקר מומן בחלקו על ידי קרן המו"פ האקדמית של רפאל, ופורסם לאחרונה בכתב העת המדעי היוקרתי Science Advances.

מטא-משטחים הם מבנים דו-ממדיים או תלת-ממדיים המורכבים ממערך מחזורי של תאי יחידה קטנים מאורך הגל. במקרה שלנו תאי היחידה (החוזרים באופן מחזורי, דו-ממדי), מורכבים מלולאות חוטים היוצרות חלקיקים קטנים בצורה של toroidal knots, כלומר חוטים המוגדרים על פני השטח של טבעת דמיונית, ו"מתלפפים" סביבה מספר פעמים. לחלקיקים אלו יש מבנה כיראלי – הם לא זהים לתמונת הראי שלהם (כמו כפות ידינו). מבנה מיוחד זה מאפשר לחבר בין התגובה החשמלית והתגובה המגנטית של כל חלקיק, וכך משפיע גם על ההתנהגות הכוללת של המטא-משטח (תרשים, מימין. משטח שיוצר באמצעות טכנולוגיית הדפסה משולבת של חברת NanoDimension).

במסגרת המחקר, ייצרו החוקרים חלקיקים בצורת קשר טופולוגי מסוג Trefoil – קשר תלת-ממדי מתוחכם – באמצעות הדפסת תלת-ממד הכוללת חוט כסף מוליך בתוך חומר פלסטי מבודד. המבנה הזה איפשר רמת שליטה גבוהה בכיוון ובאופי של הגל שעובר דרך המשטח, תוך כמעט ביטול מלא של הגלים החוזרים ממנו – הישג מרשים שהודגם בניסוי והותאם לתחזיות ממודל ממוחשב.

בהמשך, פיתחו החוקרים גרסה "שטוחה" של אותו חלקיק, בטכנולוגיה של מעגלים מודפסים (PCB), והראו שגם בצורה הפשוטה יותר – המבנה שומר על תכונותיו. משמעות הדבר היא שהאפקט הרצוי נובע מהתכונות הבסיסיות של הקשר עצמו – ולא רק מהצורה הספציפית שלו.

שכבה אחת, תגובה כפולה

"הצלחנו ליצור משטח שמבוסס על שכבה אחת בלבד – במקום על כמה שכבות, כפי שנהוג עד כה – ובכל זאת לשלב בו תגובה חשמלית ומגנטית מתואמת. זהו יתרון משמעותי בפיתוח טכנולוגיות עתידיות", מסביר ד"ר מזור מסביר.

"שיתוף הפעולה בין האקדמיה לתעשייה הוא חיוני לחדשנות אמיתית. שותפות ארוכת שנים עם אוניברסיטת תל אביב מאפשרת לנו לפתח היום את טכנולוגיות המחר – תוך שילוב של מצוינות מדעית ויישום בשטח", מדגישה ד"ר יהודית הוכרמן-פרומר, סמנכ"לית בכירה למחקר ופיתוח ברפאל.

לסיכום, המחקר מציע דרך חדשה, פשוטה יותר ויעילה יותר לתכנון מבנים מתקדמים המגיבים לאור ולגלים – ופותח פתח ליישומים חדשניים בתחומים כמו אופטיקה, תקשורת קוונטית וגלים מילימטריים.