פינצטה זעירה במיוחד, בגודל של כמה מיליארדיות המטר, מאפשרת לקחת דוגמת ביופסיה מתא חי יחיד
קל למדי לקחת דוגמאות ביופסיה מרקמות של אנשים חולים לצורך אבחון מחלות, למשל סרטן. אולם הוצאת דגימה מתא חי יחיד, בלי לפגוע בו, היא משימה מרכבת הרבה יותר. מחקר חדש מציע להשתמש לשם כך בננו-מלקחיים קטנים מאוד, בגודל של כמה עשרות ננומטרים (מיליארדיות המטר).
כבר מאות שנים אנו יודעים שיש סוגי תאים שונים: תאי עצב ותאי שריר, תאי עור ותאי דם לבנים. אולם גם אם ניקח רקמה שכל התאים בה הם מאותו סוג עדיין נמצא הבדלים בין תא לתא.
פרויקט "אטלס התא האנושי" ממפה את כל סוגי התאים בגוף האדם ואת ההבדלים ביניהם. כדי לחקור את ההבדלים הללו נוהגים חוקרים להפריד תאים, לפוצץ אותם ולבדוק את תוכנם. כך מגלים הבדלים בחומר הגנטי, בחלבונים שנמצאים בכל תא וכדומה. אולם בדיקה כזאת לא מאפשרת לבחון מה מתרחש בתא יחיד לאורך זמן.
שיטה נוספת היא לעקוב אחר התאים במיקרוסקופ. כך אפשר לעקוב אחר תאים יחידים לאורך זמן, ואפילו לנטר בו-זמנית כמה סוגי מולקולות בתא – למשל שלושה-ארבעה סוגים של חלבונים. אולם גם כך אי אפשר לעקוב לאורך זמן אחרי מגוון רחב יותר של מולקולות.
כדי לחקור איך תוכן התא משתנה לאורך זמן, או בעקבות טיפולים, אפשר להוציא ממנו דגימות. כבר קיימות שיטות לשליפת דגימות מהנוזל התוך-תאי, למשל באמצעות צינוריות דקיקות או מיקרוסקופ כוח אטומי. בשיטות האלה אפשר לשאוב או לאסוף בנגיעה טיפת נוזל מתוך התא ולנתח את תוכנה. אולם קשה לשלוט בהן במקום שממנו תיאסף הדגימה ובכמותה.
יישומים מחקריים ורפואיים. הפינצטה שולפת מיטוכונדריה מאקסון | איור: הפינצטה הננומטרית. איור: Imperial College London
גישה חדשה
קבוצות המחקר של ג'ושוע אדל (Edel) ואלכסנדר איבנוב (Ivanov) מאימפריאל קולג' בלונדון ניסו לגשת לבעיה מכיוון אחר. במחקר חדש שפורסם בכתב העת Nature Nanotechnology הם מתארים מלקחיים זעירים, ובקצה שלהם שתי אלקטרודות שרחוקות עשרה ננומטר זו מזו. החוד של כל אלקטרודה, שחודר לתוך התא, הוא בגודל של כ-25 ננומטר רבוע בלבד, כך שהוא לא גורם נזק משמעותי לקרום התא. כשמעבירים זרם חשמלי דרך האלקטרודות נוצר שדה חשמלי שמושך אליו מולקולות טעונות חשמלית כמו חלבונים וכן DNA ו-RNA.
את המלקחיים אפשר להחדיר דרך קרום התא וללכוד דגימה – למשל פיסת DNA מגרעין התא או מולקולות RNA וחלבון מהנוזל התוך תאי. אפשר לחזור על ההליך שוב ושוב באותו תא וכך לעקוב אחר תוכנו לאורך זמן. במאמר הם הראו ששתי ביופסיות בהפרש של שעה לא הסבו נזק לתא. ההבדל העיקרי בין השיטה הזאת לקודמותיה היא שהמלקחיים תופסים רק את המולקולות הטעונות, ללא הנוזל או חומרים אחרים כגון שומנים וסוכרים שעשויים להפריע לניתוח הדגימה, והוצאתם מהתא עלולה לפגוע בו.
התוצאה המרשימה ביותר שלהם היא לכידת מיטוכונדריון שלם מתוך אקסון – שלוחה ארוכה של תא עצב. מדובר בסוג של אברון בתא שמשמש בין השאר להפקת אנרגיה. לא ברור עד כמה מיטוכונדריון אחד דומה למשנהו באזורים שונים באותו תא. באמצעות המלקחיים הממוזערים אפשר לחקור את ההרכב של מיטוכונדריון יחיד בתא ולראות אם חבריו באזורים אחרים של התא דומים לו או שונים ממנו.
לבסוף, החוקרים מציעים, בינתיים רק להלכה, את האפשרות של השתלת אברונים או מולקולות מתא לתא – אפשרות מלהיבה שתפתח גישה חדשה לחלוטין לחקור הבדלים בין תאים.
במחקר הזה הדגימו את השימוש במלקחיים רק בתוך תרביות תאים. לא מן הנמנע שבעתיד נוכל להשתמש במלקחיים כאלה גם בלקיחת דגימות ביופסיה מחולים חיים, כדי לעמוד על ההבדלים בין תאים שונים באותה רקמה חולה או גידול סרטני, וכך להבין טוב יותר את המחלה.
סרטון של אימפריאל קולג' על המחקר (באנגלית):
