חדשות

המחקר נערך בהובלת ד"ר נטליה פרוינד והדוקטורנטים מיכאל מור ורופן לי מהמחלקה למיקרוביולוגיה מולקולרית וביוטכנולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר. המחקר נערך בשיתוף ד"ר בן קרוקר מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו ופרופ' יא ז'יאנג מאוניברסיטת טצ'ינהואה בביג'ינג. כמו כן השתתפו במחקר פרופ' מיטל גל-תנעמי וד"ר משה דסאו מאוניברסיטת בר אילן.

מחקר זה, הוא למעשה המשכו של מחקר מקדים שנערך באוקטובר 2020, בעיצומו של משבר הקורונה. ד"ר פרוינד ועמיתיה ריצפו אז את כל תאי מערכת החיסון מסוג בי מדמם של מחלימי הזן "המקורי" של הקורונה בישראל – ובודדו תשעה נוגדנים שהחולים ייצרו. כעת, מסתבר שחלק מהנוגדנים הללו יעילים מאוד בנטרול זני הקורונה החדשים, דלתא ואומיקרון.

ד"ר פרוינד: "במחקר הקודם הראינו שהנוגדנים השונים שנוצרים בתגובה להדבקה בנגיף הקורונה "המקורי" מכוונים כנגד אתרים שונים של הנגיף. הנוגדנים הכי יעילים היו אלה שנקשרו לחלבון ה'ספייק' של הנגיף, באותו המקום שבו הספייק קושר את הרצפטור התאי בשם ACE2. כמובן, שלא היינו היחידים שבודדו נוגדנים אלה, ומערכת הבריאות העולמית עשתה בהם שימוש נרחב עד להגעתם של הווריאנטים השונים של הנגיף הקורונה, שלמעשה הפכו את רוב אותם נוגדנים לחסרי תועלת".

במחקר הנוכחי הוכחנו ששני נוגדנים אחרים, TAU-1109 ו-TAU-2310, שקושרים את הנגיף באזור אחר מהאזור שבו התמקדו רוב הנוגדנים עד כה (ולכן גם היו פחות יעילים בנטרול הזן המקורי) דווקא יעילים מאוד בנטרול הדלתא והאומיקרון. על פי הממצאים שלנו יעילות הנוגדן הראשון TAU-1109 בנטרול זן האומיקרון עומדת על 92% ובנטרול הדלתא – על 90%. הנוגדן השני, TAU-2310 מנטרל את האומיקרון ביעילות של 84% ואת הדלתא ביעילות של 97%".

אפשרות לתחליף יעיל לחיסונים

לדברי ד"ר פרוינד, היעילות המפתיעה של הנוגדנים הללו קשורה לאבולוציה של הנגיף: "יכולת ההדבקה של הנגיף עלתה מווריאנט לווריאנט, כי בכל פעם הוא שינה את רצף חומצות האמינו של האזור בספייק שנקשר לרצפטור ACE2 – וכך שיפר את יכולת ההדבקה, ובמקביל חמק מהנוגדנים הטבעיים שנוצרו בעקבות מתן חיסונים. לעומת זאת, נוגדני מערכת החיסון TAU-1109 ו-TAU-2310 מלכתחילה לא נקשרו לרצפטור ACE2 אלא לאזור אחר בספייק, אזור בנגיף שכנראה לא עובר מוטציות רבות – ולכן הם יעילים בנטרול כל הווריאנטים שבדקנו, ולמעשה בנטרול כל זני הקורונה הידועים עד היום".

שני הנוגדנים, המשובטים במעבדה של ד"ר פרוינד באוניברסיטת תל אביב, נשלחו לבדיקות יעילות מול נגיפים חיים במעבדות אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו ומול פסאודו-נגיפים במעבדות הפקולטה לרפואה בגליל של אוניברסיטת בר אילן – והתוצאות היו זהות ומעודדות בשתי הבדיקות.

ד"ר פרוינד מאמינה שהנוגדנים יכולים לחולל מהפכה של ממש במלחמה בקורונה: "צריך לשים את מגפת הקורונה בקונטקסט של ההתפרצויות האחרונות שידעה האנושות. אנשים שהתחסנו בלידה נגד אבעבועות שחורות והיום הם בני 50 – עדיין יש להם נוגדנים, ולכן הם כנראה מוגנים, לפחות חלקית, מנגיף אבעבועות הקוף שעליו אנחנו שומעים לאחרונה. לצערנו, זה לא המצב עם הקורונה. מסיבות שאנחנו לא לגמרי מבינים, רמת הנוגדנים נגד קורונה דועכת משמעותית אחרי שלושה חודשים, ולכן אנחנו רואים אנשים שנדבקים שוב ושוב, גם אחרי שהתחסנו שלוש פעמים.

לדעתנו, טיפול נקודתי בנוגדנים ואספקתם לגוף בריכוז גבוה יכול לשמש תחליף יעיל לחיסונים, במיוחד לאוכלוסיות בסיכון ולאנשים עם מערכת חיסונית מוחלשת. הידבקות בקורונה יכולה לגרום למחלה קשה, ואנחנו יודעים שמתן נוגדנים בימים הראשונים אחרי ההדבקה יכולה לעצור את התפשטות הנגיף. ייתכן שבאמצעות הטיפול בנוגדנים לא נצטרך לספק מנות בוסטר לכלל האוכלוסייה בכל פעם שיש וריאנט חדש".

כשאביו של פרופ' יובל אבנשטיין מבית הספר לכימיה אובחן כחולה מיאלומה (סוג של סרטן הדם), יובל בדק וראה שרוב שיטות האבחון והמעקב הקיימות מבוססות על ביופסיות מח העצם והדמיות רדיולוגיות, שהן פרוצדורות יקרות, לא נעימות ובעלות סיכון למטופלים. הוא התחיל לדבר עם רופאים המטולוגים ולקרוא ספרות מקצועית בתחום, וראה, לשמחתו, שהמחקר שהוא מבצע במעבדה שלו יכול לקדם את התחום הזה באופן משמעותי.

ההיכרות שלו עם פרופ' עירית אביבי מאיכילוב, הדגישה אפילו יותר עד כמה גדול הפער בין המצוי ורצוי בתחום הזה. "פרופ' אביבי חיברה אותי עם ד״ר מירי נאמן, המטולוגית מומחית, שהצטרפה למעבדת המחקר שלי כדי לפתח את הכיוון הקליני של הפרויקט," מספר יובל.

במעבדה שלו מפתחים כבר במשך עשור מגוון שיטות המאפשרות לחבר מולקולות פולטות אור לשינויים כימיים בדנ"א. השינויים האלה הוכחו כבעלי יכולת ניבוי מעולה למחלות שונות, ובמיוחד לסוגי סרטן שונים, בשלבים מוקדמים של המחלה. על בסיס הטכנולוגיה הזו הקים אבנשטיין את חברת JaxBio, שהחלה לפעול בארץ בתחילת 2022, בהשקעה של מיליוני דולרים.

המעבדה מתמחה בתחומים רבים של הדמיה אופטית וספקטרוסקופיה עם דגש על איתור מולקולה בודדת ופיתוח טכניקות מבוססות הדמיה. "אנחנו מפתחים מתודולוגיות חדשות של ספקטרוסקופיה ומיקרוסקופיה המשלבות אופטיקה מתקדמת עם כלים וריאגנטים מתחום הננו-טכנולוגיה. בנוסף, יש לנו עניין רב בפיתוח ביוכימיה ייחודית לניתוח גנומי המבוססות על תגובות כימו-אנזימות," מסביר יובל.

מיפוי אופטי של מולקולה בודדת

המחקר במעבדה מתמקד בשלושה תחומים. הראשון, גנומיקת מולקולה בודדת על ידי מיפוי אופטי. מדובר ביצירת ברקודים אופטיים המכילים מידע גנטי ואפיגנטי על ידי תיוג מולקולות DNA כרומוזומליות ארוכות עם סמנים פלואורסצנטיים. תעלות ננו-נוזליות משמשות למתיחת ה-DNA על ידי זרימה או שדה חשמלי, והברקוד מוצג ישירות על ידי הדמיה של מולקולה אחת. "אנו שואפים ליישם טכניקות של רזולוציית-על (super-resolution), על מנת לאפשר זיהוי של סטיות גנומיות," אומר יובל.

התחום השני הוא טכנולוגיות ניתוח אפיגנטי. אפיגנטיקה היא אחד התחומים המרגשים והצומחים במהירות בביולוגיה. הוא קושר חתימות ביולוגיות עם תנאים נפשיים או סביבתיים. במעבדה מפתחים שיטות חדשות לריצוף, ניתוח ממוקד וגלובלי של סמנים אפיגנטיים שונים. בשיטות החדשות הללו הם משתמשים על מנת לחקור שינויים אפיגנטיים הקשורים למחלה.

התחום השלישי הוא זיהוי מולקולה בודדת בתפוקה גבוהה, כלומר פיתוח שיטות אופטיות וננו-ביו-חיישנים לזיהוי אנליטים נדירים וביומולקולות בעלות אינטראקציה חלשה. הדגש של החוקרים הוא על איתור רגיש וכימות של סמנים ביולוגיים קליניים. כדי להשיג את המטרה, הם מפתחים מערך אופטי המבוסס על מיקרו-עדשות שיכול לזהות פלואורסצנטיות של מולקולה בודדת. כמו כן, הם מפתחים סכימות לספירת מולקולות בודדות ופיתוח טכניקות הדמייה ברזולוציה גבוהה, וחומרי ניגוד מיוחדים המנצלים פלואורסצנטיות והעברת אנרגיה לצורך הדמיה ברזולוציית-על (SR).

פרופ' יובל אבנשטיין: לרתום את האפיגנטיקה לגילוי מוקדם של סרטן

גילוי מוקדם ונגיש לכל

פרופ' יובל אבנשטיין הוא אחד משלושה חוקרים שזכו לאחרונה במענק מטעם "משימת הסרטן" של התוכנית האירופית החדשה ("הורייזן יורופ"), שמטרתה מחקר ופיתוח בתחום ההתמודדות עם מחלת הסרטן. "הורייזן יורופ" היא התוכנית החדשה והגדולה אי פעם של האיחוד האירופי למימון מחקר וחדשנות.

"אנחנו מנסים לאפשר לגלות מגוון של סוגי סרטן בבדיקת דם נגישה. בדיקות הדם שלנו יוכלו לסייע בבחירת טיפול או מעקב המותאמים באופן מלא לחולה".

ב"משימת הסרטן", מדינת ישראל זכתה במקום הראשון מבין כל מדינות אירופה, עם תקציב של 15 מיליון אירו, שחולק בין החוקרים הזוכים, מה שמעמיד אותה כמדינה המתקדמת באירופה במחקר ובפיתוח של פתרונות טכנולוגיים למחלת הסרטן.

"היום כבר ברור שגילוי מוקדם של מחלות מציל חיים. סרטנים רבים ניתנים היום לטיפול אם מגלים אותם בזמן," אומר יובל, "הבעיה העיקרית היא שהסרטן מתגלה בדרך כלל לאחר הופעת תסמינים, מפני שאין שיטות סקר יעילות מספיק."

"אנחנו מנסים לאפשר לגלות מגוון של סוגי סרטן בבדיקת דם נגישה, שתוכל להתבצע פעם בשנה או שנתיים ותאפשר גילוי מוקדם. בנוסף, הרפואה כולה הופכת להיות מותאמת אישית. בדיקות הדם שלנו יוכלו לסייע בבחירת טיפול או מעקב המותאמים באופן מלא לחולה".

"בפיתוח שלנו יש פתרון טכנולוגי ייחודי שאינו מחייב ריצוף של הדנ"א, כפי שנדרש כרגע בפיתוחים קיימים אחרים, ולכן זה מוזיל את עלות הבדיקה פי 50. זה הופך את הבדיקה שלנו ממוצר לבעלי יכולת בלבד למוצר שהוא בהישג ידו של כל אדם, ואנו מקווים שישתלב כבדיקת מעקב שגרתית. יש לנו תוצאות ראשוניות מדהימות, ונראה שזה שכנע את מיטב המדענים באירופה לתת אמון בטכנולוגיה שלנו", אומר אבנשטיין.

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנטית ריטה פרלרוייזן, בהנחייתו ד"ר ליאור מאיו מבית הספר סגול למדעי המוח ומבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ובשיתוף עם פרופ' איתן רופין מהמכונים הלאומיים לבריאות בארה"ב. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Brain.

"נכון להיום, לרפואה אין מענה אפקטיבי ארוך טווח לטיפול בסרטן הגליובלסטומה. הוא עמיד במידה רבה לכל הטיפולים המוכרים, ותוחלת החיים של החולים קצרה מאוד ולא השתנתה משמעותית ב-50 שנה האחרונות. במחקר שלנו בחרנו לתקוף את האתגר של סרטן זה מזווית חדשה, ובמקום להתמקד בגידול עצמו, התמקדנו בסביבתו התומכת", מסביר ד"ר מאיו. "באופן ספציפי, עסקנו בתאים הקרויים אסטרוציטים - תאי מוח שקיבלו את שמם מצורתם דמוית הכוכב, ומוכרים למדע מזה כ-200 שנה. תאים אלה הינם הסוג העיקרי של תאי 'גלייה', שמוכרים בעיקר כתומכים בפעילות תקינה של המוח. יחד עם זאת, מחקרים מהעשור האחרון העלו שיש להם גם תפקידים נוספים, בין היתר בהקשר של מגוון מחלות של המוח, כאשר לפעמים הם תומכים בשיקום המוח ולעתים משתתפים דווקא ביצירת הנזק. כשבחנו גידולי גליובלסטומה מתחת למיקרוסקופ, ראינו שהם מוקפים באסטרוציטים פעילים ושאלנו: איזה תפקיד ממלאים האסטרוציטים בהתפתחות של גליובלסטומה?"

^{תאי אסטרוציטים דמויי כוכב, במבט תחת מיקרוסקופ}

העלמת האסטרוציטים עצרה את התפתחות הגידול

כדי לבחון את תפקיד האסטרוציטים בגליובלסטומה, נעזרו החוקרים במודל חיות מיוחד, שמאפשר 'להעלים' את תאי האסטרוציטים הפעילים מסביבת הגידול. בנוכחות האסטרוציטים, הגידול היה קטלני ב-100%, וכל החיות שחלו מתו בתוך 5-4 שבועות מרגע הופעתו. אך כשהחוקרים העלימו את האסטרוציטים הסמוכים לגידול באמצעות טיפול מיוחד, התוצאה הייתה דרמטית: בתוך ימים ספורים מתחילת הטיפול, הגידול נעלם, וכל החיות שטופלו נשארו בחיים. גם לאחר שהטיפול הופסק, 80% מהם נותרו בחיים, ולא מתו מהסרטן.

"ראינו שבהיעדר האסטרוציטים הסרטן נעלם ובמרבית המקרים לא חזר. מכך הסקנו שהאסטרוציטים חיוניים לשגשוגו של הגידול הקטלני, וביקשנו להבין כיצד זה קורה: איך ומדוע משתנים האסטרוציטים והופכים מתאים שתומכים בפעילות תקינה של המוח, לתאים שתומכים בגליובלסטומה? אילו פעולות חדשות הם מתחילים לבצע  לאחר שהם 'פוגשים' את הגידול הסרטני?", מרחיב ד"ר מאיו.

"מצאנו כי בנוכחות הגידול, האסטרוציטים אכן ממלאים תפקיד עיקרי בגיוס אותם תאים חיסוניים, אך לאחר שהם הגיעו לגידול, האסטרוציטים שהזעיקו אותם  גרמו להם 'לעבור צד', ולתמוך בגידול במקום לתקוף אותו"

הופכים מתאים 'טובים' ל'רעים'

כדי לבדוק זאת בודדו החוקרים תאי אסטרוציטים ממוחות בריאים ומגידולי מוח, ריצפו את ה-RNA שלהם והשוו ביניהם. ההשוואה העלתה שני שינויים עיקריים שמתחוללים באסטרוציטים לאחר שהם נחשפים לגליובלסטומה. הראשון שבהם קשור לתגובה החיסונית של המוח לגידול.

"ידוע כי עד 40% מהגידול מורכב מתאים של מערכת החיסון, בעיקר מתאים מאקרופג'ים שמגויסים מהדם או מהמוח עצמו. עוד ידוע שאחד מתפקידי האסטרוציטים הוא לשלוח מסרים שמגייסים תאים של מערכת החיסון לאתרים במוח הזקוקים להגנה. אנחנו מצאנו כי בנוכחות הגידול, האסטרוציטים אכן ממלאים תפקיד עיקרי בגיוס אותם תאים חיסוניים, אך לאחר שהתאים החיסוניים הגיעו לגידול, האסטרוציטים שהזעיקו אותם  גורמים להם 'לעבור צד', ולתמוך בגידול במקום לתקוף אותו. יותר מכך, גילינו שהאסטרוציטים גורמים לאותם תאי מערכת החיסון לבטא חלבונים מסוימים שמונעים גם מתאים אחרים של מערכת החיסון (לימפוציטים), לתקוף את הגידול, ובכך למעשה הם מגינים עליו ומאפשרים לו להמשיך לגדול", מסביר ד"ר מאיו.

הגידול משתלט על 'מפעל הכולסטרול' של האסטרוציטים

השינוי השני שבאמצעותו תומכים האסטרוציטים בגידול קשור לאספקת אנרגיה, וספציפית לכולסטרול. "גידולי גליובלסטומה זקוקים לכמות גדולה של אנרגיה מכיוון שתאיהם מתחלקים במהירות, אך מחסום הדם-מוח מונע מהם גישה למקורות אנרגיה מהדם. לכן הם שואבים את האנרגיה הדרושה להם מכולסטרול המיוצר במוח עצמו, כלומר 'במפעל' הכולסטרול של האסטרוציטים, שבימים כתיקונם מספק אנרגיה לנוירונים ולשאר תאי המוח", מסביר ד"ר מאיו. "אנחנו מצאנו כי בנוכחות גידול מסוג גליובלסטומה, האסטרוציטים הסמוכים אליו מגבירים את ייצור הכולסטרול, ומספקים אותו לתאי הגידול, וכי תאי הגליובלסטומה תלויים באספקה זו כמקור עיקרי לאנרגיה".

במסגרת המחקר, הנדסו החוקרים את האסטרוציטים הסמוכים לגידול כך שיפסיקו לבטא את החלבון ABCA1, וכתוצאה מכך לא יוכלו עוד לשחרר כולסטרול לגידול. גם כאן התוצאה הייתה דרמטית: כאשר נמנעה מתאי הגליובלסטומה גישה לכולסטרול המיוצר על ידי האסטרוציטים, הגידולים למעשה ׳הורעבו׳ וגוועו תוך ימים ספורים. תוצאות דומות הושגו הן בחיות מודל והן בתאי גידול שהופקו מחולים אנושיים.

לעכב במחסום את הגורם העוין

"הממצאים האלה מאירים באור חדש את תפקידו של מחסום הדם-מוח בטיפול במחלות מוחיות", אומר ד"ר מאיו. "מחסום זה נועד להגן על המוח בכך שהוא מונע מעבר של חומרים מהדם אל המוח, אך בעת מחלת מוח, הוא מקשה מאוד על מעבר תרופות אל המוח, ולכן נחשב לגורם שמפריע לטיפול. אנחנו מצאנו שבמקרה של גליובלסטומה, מחסום הדם-מוח עשוי דווקא לסייע: הוא מייצר פגיעות מאוד ספציפית של הגידול, שתלוי לחלוטין בכולסטרול המיוצר במוח עצמו, וניתן לתרגם זאת להזדמנות טיפולית ייחודית".

בשלב הבא בחנו החוקרים מאגרי נתונים של מאות חולי גליובלסטומה אנושיים, ומצאו קשר ישיר בין ממצאי המחקר לבין משך הזמן שהחולים שרדו לאחר האבחון (שרידות). החוקרים מסבירים: "עבור כל חולה בחנו את השרידות אל מול רמת הביטוי של גנים הקשורים לשני המסלולים שהשתנו באסטרוציטים בעקבות חשיפה לגליובלסטומה: גיוס תאי מערכת החיסון ואספקת כולסטרול. מצאנו כי חולים שביטאו רמה נמוכה של הגנים הללו חיו זמן רב יותר, ומכך ניתן להסיק כי אותם גנים קשורים לשרידותם של חולי גליובלסטומה".

"בניגוד למודל של בעלי חיים, בבני אדם אין לנו כיום את הכלים לתקוף ישירות את האסטרוציטים. עם זאת, ניתן לפתח תרופות שיתקפו חלבונים המעורבים בתהליכים המזיקים שנגרמים על ידי האסטרוציטים, תהליכים אותם זיהינו במחקר זה", אומר ד"ר מאיו ומסכם "אנחנו מאמינים שהמחקר שלנו מהווה פריצת דרך משמעותית במלחמה נגד גליובלסטומה, ומקווים שממצאיו יהוו בסיס לפיתוח טיפולים לסרטן המוח הקטלני הזה, שעד היום לא נמצא לו כל מענה אפקטיבי, ואף לגידולים נוספים התוקפים את המוח".

^{ד"ר ליאור מאיו}