לחקור את מחסום דם-מוח במבחנה

מחסום דם-מוח הוא שמה של הרקמה שנמצאת רק בכלי הדם שבמוח ותפקידה לחסום מעבר של חומרים בלתי רצויים מהדם למערכת העצבים המרכזית. המחסום הזה מקשה מאוד על פיתוח תרופות נוירולוגיות, שכן כדי להשפיע על המוח התרופה צריכה להגיע אליו. בה בעת, מחלות מסוימות של מערכת העצבים גורמות לפריצת המחסום ולכן מסכנות את המוח.

חקר המחסום הוא משימה לא פשוטה. חיות מעבדה אינן כלי יעיל מספיק לחקירתו, שכן מוח האדם שונה מזה של בעלי חיים אחרים והמחסום אצלנו מעביר סוגי חומרים ייחודיים לו ומסנן אחרים. שני מחקרים חדשים מציגים פיתוח של מחסום דם-מוח אנושי במבחנה, שמאפשר לבחון ביתר קלות את תכונותיו בבריאות ובחולי.

מערכת מורכבת המשלבת כמה סוגי תאים. איור של מחסום הדם-מוח | מקור: Science Photo Library

שכבות על גבי שכבות

כדי ליצור את המחסום נחוצים כמה סוגי תאים. ראשית ישנם תאי האנדותל המוחיים שמרכיבים את הצד הפנימי של כלי הדם הקטנים במוח. סביבם יש פריציטים, שמצפים את תאי האנדותל מבחוץ ומחוץ לכל הדם נמצאים תאי עצב ואסטרוציטים – שהם סוג של תאי מוח תומכים.

שתי קבוצות מחקר יצרו מחסום דם-מוח במבחנה בטכניקות דומות, אך לא זהות. הקבוצה של דונלד אינגבר (Ingber) מאוניברסיטת הרווארד, שעבודתה פורסמה בכתב העת Nature Communications, השתמשה בתאי גזע מושרים של אדם שהחוקרים הזמינו ממאגר תאים קיים כדי ליצור את תאי האנדותל המוחיים. את האסטרוציטים והפריציטים השיגו ישירות ממוחות של בני אדם בריאים.

תאי גזע הם תאים שיכולים להפוך לכל סוג תא, בתהליך שנקרא התמיינות. הם יכולים להגיע מעוברי אדם (תאי גזע עובריים) או להימצא ברקמות מסוימות של בני אדם בוגרים – למשל במח העצם יש תאי גזע שיכולים להתמיין לכל סוגי תאי הדם. ולבסוף, תאי גזע מושרים הם תאי גזע שיוצרו במעבדה מתאים רגילים, אחרי ש"הוצערו" והוחזרה להם היכולת להתמיין.

התאים נזרעו על שבב מיוחד מצורן (סיליקון) שמאפשר הזרמת נוזלים דרכו. החוקרים מצאו שהתאים יוצרים מבנה דומה לזה של מחסום דם-מוח ושלתאים בתרבית יש תכונות ביוכימיות דומות לאלו של תאי המחסום במוח. כמו כן המחסום אִפשר מעבר בררני של חומרים. למשל החלבון הקטן אנגיופפ-2 עבר אותו בהצלחה, אך נוגדנים – שהם חלבונים גדולים יותר – נחסמו ולא יכלו להיכנס למוח.

המחסום על שבב של וטין וסוונדסן משלב תאי אנדותל (סגול) ואסטרוציטים (ירוק) | מקור: Cedars-Sinai/Cell Stem Cell

גישה אחרת

קבוצת המחקר של קלייב סוונדסן (Svendsen) מהמרכז הרפואי סידרס-סיני בלוס אנג'לס, שעבודתה פורסמה בכתב העת Cell Stem Cell, בחרה בגישה שונה מעט. את המחקר הוביל ד"ר גד וטין הישראלי, שחזר לאחרונה לארץ ופתח קבוצת מחקר עצמאית באוניברסיטת בן גוריון.

וטין ועמיתיו השתמשו גם הם בתאי גזע מושרים כדי לייצר את תאי האנדותל, אולם במקום לרכוש את התאים מחברה הם ייצרו אותם מתאי עור של אנשים בריאים. גם את האסטרוציטים, תאי העצב והפריציטים הם יצרו מאותם תאי גזע. המטרה הייתה ליצור מערכת שתאפשר בהמשך הדרך פיתוח של שיטות של רפואה מותאמת אישית. לפיכך, נוסף על דגימות דם של אנשים בריאים, הם השתמשו גם בדגימות שנלקחו מחולים במחלת הנטינגטון או במחלת פיגור שכלי הנובעת ממוטציה בגֵן MCT8.

החוקרים גילו שהמחסום שיצרו על השבב מתאים בריאים תפקד כמו המחסום בגוף – הוא אִפשר מעבר בררני של חומרים מסוימים (למשל החלבון טרנספרין הנושא ברזל) וחסם אחרים. המחסום גם אִפשר את המעבר של תרופות שמסוגלות לחדור למוח של אדם חי. יתר על כן, כשהוסיפו לתרביות הורמונים שמדמים יצירת דלקת, חדירוּת המחסום עלתה, בדיוק כמו מה שקורה במוח.

בהמשך, כשהשוו את פעילות המחסום בתרביות שמקורן בנבדקים שונים, לא נמצאו הבדלים משמעותיים. לעומת זאת, המחסום שמקורו בתאים מחולי הנטינגטון הראה חדירות מוגברת, ואילו זה שנותר מרקמות של חולים בעלי מוטציה בגֵן MCT8 הראה חדירות מופחתת.

אחד התפקידים החשובים של מחסום הדם-מוח הוא להגן על תאי המוח מחומרים שקיימים בדם לא מסונן. בשני הניסויים הזרימו החוקרים מצע גידול נטול חומרים מזיקים בנימי הדם שגודלו במבחנה. לאחר מכן, כדי לדמות טוב יותר את המחסום, הזרימו בנימים גם דם אדם אמיתי. נמצא שתאי האנדותל המוחיים הצליחו לעצור חומרים רעילים שהיו בדם והגנו על תאי המוח הסמוכים טוב יותר משבבי ביקורת שבהם לא היו תאי אנדותל או שיצרו בהם תנאים המדמים דלקת של תאי אנדותל.

שני המחקרים, ובייחוד המחקר של וטין וסוונדסן, מדגימים איך אפשר לדמות פעילות של איבר או רקמה במעבדה, כדי לחקור את תכונותיה ולפתח טיפולים למחלות שונות. מערכת כזאת תקסום במיוחד לתחום הרפואה המותאמת אישית, שצובר תאוצה ומיועד לאפשר לרופאים לקבוע טיפול ממוקד ושונה לכל חולה, בהתאם לתכונותיו הגנטיות הספציפיות ולאופי המחלה בגופו.