חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מצאו הסבר פיזיקלי להתפתחות המחלה חשוכת המרפא
חדשות
NEWS
מה מעניין אותך?
מחקר
18.10.2018
טרשת נפוצה - תחילת הסוף?
- מדעים מדויקים
- מדעים מדויקים
מיליוני אנשים ברחבי העולם סובלים מהמחלה האוטו-אימונית, בה המערכת החיסונית פוגעת במערכת העצבים המרכזית, ומונעת העברת מסרים עצביים מהמוח לחלקי הגוף השונים. הטרשת הנפוצה פוגעת בדרך כלל באנשים צעירים בני 40-20, ומלווה אותם למשך כל חייהם. כיום היא מוגדרת כגורם העיקרי ליצירת מוגבלות בקרב מבוגרים צעירים, שאינה תוצאה של טראומה. תסמיניה משתנים מאדם לאדם, ויכולים להופיע כנימול וחולשה בגפיים, פגיעה בראייה, קושי בריכוז ובחשיבה, פגיעה בדיבור, עייפות ועוד.
מכיוון שהגורמים לה עדיין לא ידועים, המחקר הראשון מסוגו שנערך באוניברסיטת תל אביב מצביע לראשונה על קשר בין ריכוז המלחים וטמפרטורת הגוף להתפתחות המחלה, ונותן תקווה לפיתוח תרופה למחלה שהיא בינתיים חשוכת מרפא.
כשהמערכת תוקפת את עצמה
מחקר חלוצי במעבדה לביופיזיקה של פרופ' רועי בק-ברקאי בבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר מצביע לראשונה על קשר מובהק בין תנאים פיזיולוגיים השוררים בגוף - ריכוזי מלחים וטמפרטורה, לבין שינויים מבניים במיאלין העוטף את סיבי העצב, אשר מהווים תסמין מובהק של טרשת נפוצה. המחקר שנערך על ידי הדוקטורנטית רונה שהרבני, בשיתוף פעולה עם הדוקטורנטית מאור רם-און מקבוצת המחקר של פרופ' ישעיהו טלמון בטכניון, התפרסם לאחרונה בכתב העת PNAS.
המיאלין הוא מעטפת עשויה חומצות שומן זרחתיות וחלבונים, המבודדת את תאי העצב בגופנו ומאפשרת הולכה של דחפים עצביים. בסיבים המאפיינים חולי טרשת נפוצה, מעטפת המיאלין נפגעת על ידי המערכת החיסונית, והעברת האותות החשמליים מואטת או נפסקת לחלוטין.
"ההנחה היא שהתהליך מתרחש כשמערכת החיסון תוקפת את המיאלין, אך עד היום לא ברור כיצד מערכת החיסון מצליחה לחדור אליו, ולצערנו אין עדיין תרופה למחלה. אנחנו ביקשנו לבחון את ההיבט הפיזיקלי, הפיזיולוגי והמבני של התהליך הפוגע במיאלין", מסביר פרופ' בק-ברקאי.
"הגוף שלנו יודע לשמור על סביבה פיזיולוגית קבועה, הכוללת טמפרטורה אופטימלית וריכוזים מתאימים של מלחים שונים," אומרת רונה שהרבני. "במצב תקין שכזה נוצר מיאלין בתהליך התארגנות עצמית של חלבונים וחומצות שומן, שיוצרים יחדיו מעטפת רב-שכבתית בצורת 'רולדה' סביב סיבי העצב. אצל חולי טרשת נפוצה המעטפת עוברת שינוי מבני, ומקבלת בהדרגה צורה מחוררת של 'חלת דבש'. במצב כזה יכולים תאי מערכת החיסון לחדור לתוך המיאלין ולתקוף אותו מבפנים. אנחנו בדקנו אם השינויים המבניים במיאלין עשויים להיגרם על ידי שינויים בסוגי ובריכוזי המלחים ובטמפרטורה בגוף.
סיב עצבי עטוף במיאלין בריא
המתכון: להמליח במידה ולשמור על טמפרטורה קבועה
החוקרים יצרו במעבדה חומר המדמה מיאלין עשוי חומצות שומן וחלבונים, וביחס כמויות המצוי במיאלין תקין. הם חשפו את החומר לסביבות של חמישה סוגי מלחים – אשלגן, נתרן, מגנזיום, סידן ואבץ, בריכוזים שונים, וכן לטמפרטורות משתנות, ובדקו מה קורה לו.
הממצאים העלו כי אפילו שינוי קטן בריכוז הפיזיולוגי של כל אחד מהמלחים בנפרד יכול לגרום לשינוי במבנה המיאלין שנוצר במבחנה, מ'רולדה' בריאה ל'חלת דבש' המאפיינת טרשת נפוצה. עוד נמצא כי אותו שינוי מבני נוצר גם בטמפרטורה העולה על 42 מעלות צלסיוס.
"למעשה, כבר בסוף המאה ה-19, לפני כ-120 שנה, ידעו הרופאים כי חולה בטרשת נפוצה שנכנס לאמבטיה חמה עלול לחוות התקף של המחלה, ואף השתמשו בתופעה זו למטרות אבחון. יתכן מאוד כי אם יבדקו, ימצאו אצל חולי טרשת נפוצה מדדים מקומיים של ריכוזי מלח גבוהים יחסית, ובהחלט כדאי לבדוק את הקשר של אלה להתפתחות המחלה בגוף", אומר פרופ' בק-ברקאי.
לשאלה אם נוכל בעזרת תזונה מותאמת לשלוט בהתפרצות המחלה עונה פרופ' בק-ברקאי "המחקר אכן מרמז על כך, וידוע כי קיים קשר בין תזונה לבין התפרצויות של סימפטומים של המחלה. עם זאת, חשוב להבין כי המרחק בין מה שאנחנו אוכלים לבין מה שיהיה בסביבה הבין תאית הוא גדול מאד, לאור העובדה שישנם מנגנונים רבים ושונים בגוף שמווסתים את הנ״ל. הרגישות המבנית שאנחנו מצאנו למלחים מסויימים ולטמפרטורה יכולים להצביע על כיוון למחקר ביולוגי רלוונטי בנושא ועל המנגנון הפיזיקאלי שתומך בו, אבל מכאן ועד לשקול אם לאכול או לא לאכול בננה או פופקורן עם מלח יש עוד דרך ארוכה".
"ממצאי המחקר הבסיסי-פיזיקלי שלנו פותחים פתח לכיווני מחקר חדשים בנוגע לטרשת הנפוצה, הנחשבת כיום לחשוכת מרפא", מוסיף ומסכם פרופ' בק-ברקאי "אנו ממשיכים לחקור גם כיוונים אחרים בהם שינויים במיאלין גורמים למחלות דומות. דוגמא אחת היא מחלת ה-ALD, בה שינויים קלים בהרכב המיאלין מביאים להרס מוחלט שלו. אנו מקווים בכל לבנו שעמיתינו מתחום המחקר הרפואי 'ירימו את הכפפה', וישתמשו בממצאי המחקר שלנו כדי לזהות את הגורמים למחלה ולפתח אבחון מדויק, ואולי בעתיד אף תרופה יעילה".
מחקר
16.09.2018
באטמן – מאחוריך! ה"רובוטלף" מסתובב חופשי באוניברסיטת תל אביב
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב בנו רובוט אוטונומי שמנווט באמצעות גלי קול – ממש כמו עטלף
- מוח
רובוטים עצמאיים הם כבר מזמן לא תסריט מסרט מדע בדיוני. מכוניות ללא נהג, רחפנים זעירים וגם שואב אבק רובוטי, שמצחצח לנו את הבית בזמן שאנחנו עסוקים בדברים אחרים, כבר לא מפתיעים אף אחד. הרובוטים, שרק ילכו וישתכללו בשנים הקרובות, חולקים אתנו את אותו המרחב. גם הם, כמונו, צריכים לנווט ממקום למקום, לעקוף מכשולים ולהגיב לתנאי סביבה משתנים. האתגר של מפתחי רובוטים הוא למצוא דרכים "ללמד" אותם לעשות זאת בקלות.
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב בנו רובוט ראשון מסוגו, שמסוגל לנווט ולהתמצא בסביבה שלו לא באמצעות חוש הראייה, כפי שפועלים רוב הרובוטים היום, אלא דווקא על בסיס חוש השמיעה. הרובוט החדש הוא הראשון בעולם המשתמש בסונאר, והפיתוח שלו מבוסס על מחקר מעמיק של יכולות הניווט של העטלפים. הרובוט, שזכה לכינוי Robat (שילוב של המילים robot ו–bat באנגלית), או בעברית "רובוטלף", הוא תוצאה של פרויקט פורץ דרך שתוצאותיו התפרסמו לאחרונה בכתב העת PLOS Computational Biology.
לראות עם האוזניים
עטלפים משתמשים במנגנון הנקרא איכון הד כדי למפות סביבות חדשות. הם מפיקים גלי קול בתדרים גבוהים, ומעבדים את המידע המתקבל בגלים המוחזרים אליהם מהעצמים בסביבה. זהו מנגנון המתאים למי שלא מסתמך על חוש הראייה שלו. בצוללות, למשל, משתמשים בטכנולוגיה זו הנקראת סונאר לניווט ולגילוי ספינות. מודלים תיאורטיים רבים מנסים להסביר כיצד העטלפים עושים זאת, אך בפועל נעשו ניסיונות מועטים בלבד לבניית רובוט סונארי אוטונומי, אשר יחקה את פעילותם הייחודית ויתבסס אך ורק על חוש השמיעה.
תלמיד המחקר איתמר אליקים, בהדרכתם של ד"ר גבור קושה מבית הספר להנדסה מכנית, ופרופ' יוסי יובל מהמחלקה לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז ומבית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, הצליח לבנות את הרובוט הראשון שמחקה את הביולוגיה הייחודית של העטלפים.
"למיטב ידיעתנו, זהו הרובוט האוטונומי הראשון בעולם שמשתמש בביולוגיה של עטלפים, כדי לנווט את דרכו ולמפות את הסביבה באמצעות איכון הד בלבד, והוא מהווה פריצת דרך בטכנולוגיית עולם הרובוטיקה", אומר פרופ' יובל.
הרובוטלף מנווט בשטח בעזרת חוש השמיעה בלבד (צילום: איתמר אליקים)
שומע, עבור
הרובוטלף, שבנייתו ארכה כשנתיים, מצויד ב"פה" עטלפי: רמקול על-קולי, המפיק צלילים בתדרים האופייניים לשידורי העטלף, ובזוג אפרכסות "אוזניים": שני מיקרופונים הקולטים תדרים על-קוליים. הוא מנווט את דרכו בשטח לא מוכר בזמן אמת אך ורק באמצעות צלילים, בעזרתם הוא מגדיר את גבולות העצמים במרחב, מסווג אותם באמצעות מחשב, וכך מייצר מפה מדויקת של סביבתו תוך הימנעות ממכשולים.
"היום רובוטים מנווטים בעיקר באמצעות חוש דמוי-ראייה, כלומר באמצעות מצלמות וקרני לייזר. זהו חוש נהדר, אך לא נטול חסרונות", מסביר פרופ' יובל ומרחיב, " ניווט בחושך, באבק או בעשן, כמו מתחת להריסות או במהלך שריפה, יהיה קשה לרובוט שפעילותו מתבססת על חוש הראייה. כך גם במקום בו יש קירות שקופים או סבך שיחים. הרובוטלף שלנו פשוט יעבור דרך השיח, מפני שהוא יכול לשמוע מבעד לעלים. לפיתוח הזה עשויות להיות השלכות גדולות בפיתוח רובוטים מרובי-חושים, כפי שאנו בני האדם מרובי-חושים".
מה עושה העטלף בלילות
הרובוטלף שופך אור גם על חייהם על העטלפים. "הפרויקט נעשה בהשראה ביולוגית, לכן העדפנו להיצמד למאפייני החיה האמתית, כפי שהיא מתקיימת בטבע. אם היינו רוצים לבנות את המכונה הטובה ביותר, היינו בונים אותה אחרת. למשל, עם יותר אוזניים", מספר פרופ' יובל. "כזואולוג אני חושב שתוך כדי תהליך למדנו עוד על העטלפים. למשל, למדנו להבין טוב יותר את סדר העדיפויות החישתי של העטלף, ואת האופן שבו הוא מפענח אותות בזמן אמת".
בימים אלה, אליקים ופרופ' יובל עובדים על שיפורים לרובוטלף. "במקביל לשיפור ולדיוק האלגוריתמים, התחלנו לעבוד על בניית מספר רובוטלפים שינווטו יחד כקבוצה, ממש כפי שחלק ממיני העטלפים פועלים בטבע", מגלה פרופ' יובל ומסכם "אמנם מדובר בתכנית לטווח הרחוק, אך אנחנו מאמינים כי בעתיד נשיק רובוטלף שגם יעוף כמו עטלף אמתי". באטמן, מאחוריך.
דבר לסונאר שלי. פרופ' יובל וזוג עטלפים
מחקר
22.08.2018
בשורה חדשה בתחום חקר המוח: מוח אנושי על שבב
מוח אנושי שגודל על שבב יאפשר פיתוח יעיל יותר של תרופות למחלות נוירודגנרטיביות כמו פרקינסון ואלצהיימר
- מוח
האם קרוב היום שבו לא נזדקק לניסויים בבעלי חיים על מנת לחקור את המוח? "למעלה משישים אחוזים מהתרופות שעוברות בהצלחה ניסויים בבעלי חיים נכשלות בשלב הניסויים על בני אדם", אומר ד"ר בן מאיר מעוז מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. "למרות הדמיון, מוח של עכבר פשוט אינו מוח של אדם. יתרה מכך, מחלות נוירודגנרטיביות הן מחלות שאופייניות בעיקר לבני אדם. מסיבה זו אנו שואפים לבנות מוח-על-שבב מתאי אדם, שידמה את תפקוד המוח במצב תקין ובמצבי מחלה."
המוח האנושי מורכב ממאה מיליארד נוירונים, השולטים בכל מחשבה ופעולה שלנו, והוא האיבר המורכב והעדין ביותר בגוף האדם. מכיוון שכך, המוח זקוק להגנה מיוחדת מפני רעלנים. כלי הדם, המספקים למוח חמצן וחומרים מזינים, סלקטיביים מאוד לגבי החומרים שיכולים לעבור מהדם למוח ולהפך, ולכן הם נקראים מחסום הדם-מוח (Brain-blood barrier). מעבר להיותו מחסום פיזי, המחסום מווסת באופן פעיל את תפקודי המוח, אלא שעד היום לא היה ברור כיצד הוויסות הזה נעשה בפועל.
פיצוח האינטראקציה בין תאי העצב לכלי הדם
"ידוע שיש קשר בין כלי הדם של המוח לפעילות המוחית עצמה", מסביר ד"ר מעוז. "על העיקרון הזה, למשל, פועלים מכשירי MRI: כשאנחנו מאמצים אזור מסוים של המוח, כלי הדם מזרימים יותר דם לאזור – והמכשיר מודד את הפעילות המוגברת. עם זאת, קשה מאוד להבין את האינטראקציה בין כלי הדם לתאי העצב ברמה התאית. מטבע הדברים לא ניתן לעבוד עם מוח אנושי חי, ואילו תאים בתרביות אינם משקפים את הקישוריות הזאת. הקישוריות בין התאים משפיעה מאוד על תכונותיהם. תאי עצב שגדלים בצלחת פטרי שונים בתכונותיהם מתאי עצב שמחוברים לתאי כלי הדם".
הפתרון שמצא ד"ר מעוז הוא איבר-על-שבב: גידול רקמה אנושית מתרומת רקמות ומתאי גזע שהומרו לתאי איברים, כך שניתן לדמות את פעילות האיבר בצורה מבוקרת ולחבר בין החלקים השונים של המוח. בארבע השנים האחרונות בנה ד"ר מעוז מערכת חיה, המדמה את האינטראקציות של המוח אנושי: רקמת מוח-על-שבב, המחוברת לשתי רקמות כלי דם ותאי עצב, המדמות את מחסום הדם-מוח. המחקר נעשה בשיתוף עם מכון וויס, אוניברסיטת הרווארד ומכון KTH השבדי, ותוצאותיו התפרסמו בכתב העת Nature Biotechnology.
מערכת שלמה שעובדת
"איבר-על-שבב זאת טכנולוגיה שהומצאה לפני כעשור", מסביר ד"ר מעוז, "אבל היישום שלה בהבנת תהליכים ביולוגים בסיסיים במוח היה מוגבל מאוד. הסיבה לכך הייתה שעד כה בחנו את רקמת המוח במנותק ממחסום הדם. אנחנו יצרנו מערכת שלמה והוכחנו שהיא עובדת. כך, למשל, הכנסנו מתאמפטמין, הסם מהסדרה 'שובר שורות', לשבבי תאי הדם, וראינו שאנחנו מקבלים על שבב המוח את אותן התופעות שמתקבלות אצל אנשים המשתמשים בסם".
בתום שורה של ניסויים מוצלחים, שנועדו לבחון את המערכת, ד"ר מעוז ועמיתיו הראו לראשונה שכלי הדם במוח לא רק מתרחבים ומתכווצים, אלא משחררים כימיקלים שמשפיעים ישירות על תאי העצב, מייעלים ומזרזים את פעילותם – כחלק אינטגרלי מהתהליך הנוירולוגי. מעבר לתרומתה המחקרית, פריצת הדרך של ד"ר מעוז פותחת את האפשרות לבחינה יעילה יותר של תרופות על בני אדם, בדגש על מחלות נוירודגנרטיביות, דוגמת פרקינסון ואלצהיימר.
"המוח שבנינו במעבדה מאפשר לנו לבחון תהליכים ביולוגיים מורכבים ואת השפעתן של תרופות על בני אדם מבלי לסכן איש, ומבלי להרע לחיה, וזאת בדרך יעילה מאי פעם." אומר ד"ר מעוז, "איבר-על-שבב הוא לא רק כלי מחקרי. ה-FDA כבר יצא ביוזמת פיתוח איברים-על-שבבים כחלק מתהליך פיתוח התרופות, ומספר שיתופי פעולה כבר נוצרו בין המעבדה שלי לחברות תרופות מהארץ ומהעולם".
"בימים אלה", מסכם ד"ר מעוז, "אנחנו מוסיפים איברים נוספים, כמו מערכת חיסונית וכבד, במטרה לבנות לבסוף מודל שלם של גוף האדם על שבבים, שיחליף את הצורך בחיות במעבדה ויעניק לחוקרים רזולוציות חסרות תקדים להשפעה של כימיקלים שונים על מוח האדם – ולהתפתחותן הביולוגית של מחלות שונות הייחודיות לאדם".
