בזכותם פיתחו את החיסון לפוליו, גילו רבים מסודות ה-DNA ויצרו שלל תרופות וטיפולים. תרביות התאים מלוות את המחקר המדעי כבר 65 שנה, וממשיכות להתפתח כל הזמן. מה עוד אפשר לקבל מהן – ומה לא?
לעתים רחוקות מופיע כלי מחקרי שמשפיע בצורה עמוקה על המדע, משנה את כללי המשחק ופותח דלתות לעולמות חדשים של תשובות לשאלות ביולוגיות רבות. כאלה הן תרביות התאים – שיטה לגידול תאים של בעלי חיים או צמחים בתנאי מעבדה. התאים עוברים תהליך של תירבות שמאפשר להם לגדול ולשרוד בתנאי מעבדה.
את הבסיס לשיטה הניחו התגליות של סידני רינגר (Ringer) ווילהלם רוקס (Roux) בסוף המאה ה-19. סינגר פיתח תמיסה, שנקראת על שמו, שאפשרה לו לגדל לב של צפרדע מחוץ לגוף למשך כמה ימים. רוקס בודד במקביל רקמת תאי עצב מאפרוח ושמר אותם חיים בתמיסה פיזיולוגית מחוממת. הניסויים שלהם אמנם כללו רקמות שלמות, ולא תאים בודדים, אך אלה היו הצעדים הראשונים לכיוון גידול תאים במבחנה.
רק ב-1951 הצליחו לראשונה לגדל תאים בודדים במבחנה שלא כחלק מרקמה, כאשר רופאיה של הנרייטה לקס לקחו, ללא רשותה, דגימה מביופסיה של גידול בצוואר הרחם שלה. כשהתברר להם שהתאים הסרטניים שלה מסוגלים לשרוד ולהתחלק במעבדה, הם ייסדו את "קו התאים האנושיים" הראשון על שמה, HeLa (קיצור של Henrietta Lacks). לקס נפטרה מהסרטן, אך התאים שלה ממשיכים להתקיים עד היום באלפי מעבדות ברחבי העולם ותרמו תרומה שלא תסולא בפז לחקר הסרטן, עם למעלה מ-75 אלף מאמרים שפורסמו עד כה עליהם.
הנרייטה לקס| Science photo library
עולם שלם של תגליות
ניתן בהחלט להתווכח על הבעיה המוסרית בפיתוח קו התאים HeLa, שנעשה ללא רשות החולה או בני משפחתה, אך אי אפשר להתעלם מהתגליות המדעיות הרבות שנעשו מאז תודות להם. תרביות התאים העניקו לנו הצצה לעולם שלם של תהליכים ביולוגים ומיקרוסקופיים שמתרחשים בתוך תאינו.
הבנה מעמיקה יותר של מה שמתרחש בתא ברמה המולקולרית עוזרת למדע להבין את אופיין ומהלכן של מחלות רבות ולפתח נגדן תרופות וטיפולים. מאז שנוסד הספיק קו התאים HeLa לבדו לעזור בפיתוח החיסון למחלת הפוליו (שיתוק ילדים), בגילוי הטלומרים (האזורים בקצות כרומוזומי ה-DNA בתא) ובהבנת תהליכים ביולוגיים שמתרחשים בתוך התא. מאז פותחו עוד מאות קווי תאים מרקמות שונות, כמו תאי עצב, תאי עור, תאי שריר ועוד.
בד בבד עם התפתחות תרביות התאים השתכללו גם התמיסות, המגיבים והמכשור המדעי להפקתם ולשמירתם בתנאי מעבדה. השדרוגים הללו מאפשרים לגדל תאים בתרבית במהירות, ביעילות, בקלות ובזול, ולשווק אותם בצורה מסחרית נרחבת. מדען שעובד היום עם תרבית תאים יכול להקפיא את התאים בתמיסה שתשמור עליהם "קפואים אך חיים" לאורך זמן רב. שנים אחרי ההקפאה אפשר להפשיר אותם כך שיאכלסו שוב את צלחת המעבדה כאילו לא קרה דבר.
מדענים פיתחו שיטות מניפולציה שונות שעוזרות להם להבין טוב יותר את התהליכים המתרחשים בתוך התאים ואת האינטראקציה ביניהם. כדי ללמוד על הגנטיקה של התא, ועל השפעת גנים שונים אפשר להדביק תאים בנגיפים שמחדירים אליהם פיסות DNA, לערוך גנים, או אפילו לגרום לתאים לזרוח בצבעי ירוק, אדום, ירוק וצהוב כדי שיהיה אפשר לעקוב אחריהם בתוך הגוף.
בעיית הייצוג
אחד המאפיינים המרכזיים של תאים מתרבית הוא היכולת שלהם להמשיך ולהתחלק במבחנה. אין זה מקרה שקו התאים הראשון שנוסד הגיע מגידול סרטני, שכן זוהי בדיוק התכונה הבולטת של תאי סרטן – הם מתחלקים בלי רסן. כדי שתאי הגוף יוכלו להמשיך להתקיים גם בחוץ צריך להפוך אותם לתאים החיים חיי נצח, אך ישנן עוד דרכים לייצר תאים כאלו מלבד בידוד תאים מגידול סרטני. בעזרת החדרה של גן נגיפי, המבקר את מחזור התא, לתוך הDNA התאי, ניתן לעודד חלוקות בלתי פוסקות של התאים. שיטה נוספת היא ביטוי מלאכותי של חלבון בשם טלומראז בתוך התאים. במהלך חלוקות התא קצוות הכרומוזומים מתקצרים, תהליך שמאיץ את ההזדקנות התאית. טלומראז מונע את קיצור הכרומוזומים ובכך מאפשר לתאים להמשיך להתחלק מבלי להזדקן.
הבעיה היא שהשינויים והמניפולציות שעוברים התאים האלה מרחיקים אותם מהתפקוד ומהגדילה הנורמלית שלהם בגוף. פעמים רבות הם מפגינים חילוף חומרים ויכולות חלוקה לא מבוקרים כתוצאה מהשינויים הגנטיים שעברו. באופן פרדוקסלי, רבים מהתהליכים הביולוגיים שהמדענים רצו לגלות עברו שינויים כה גדולים ביחס לתאי הגוף הרגילים, עד שלעתים הם יוצרים מצג שווא על מה שבאמת מתרחש בגוף.
במקרה של חקר הסרטן, קווי תאים סרטניים משמשים מודל מאוד מקובל לחקר תהליכים סרטניים בתא. אבל גם כאן מתעוררות בעיות, מחקר שנערך באוניברסיטת אופסלה בשבדיה חשף שקו תאים נפוץ המשמש לחקר סרטן המוח מזה 50 שנה, היה שונה גנטית מהגידול המקורי שממנו הוא נלקח. הסיבה לשוני איננה ברורה לחוקרים, והם אינם בטוחים אם התאים עברו גלגולים רבים ששינו את אופיים, או שמא אי שם בדרך חל בלבול עם גידול שנלקח מתורם אחר. כך או כך, מסקנת המחקר שלהם היא שמדענים חייבים להשוות את קווי התאים שברשותם למקור הראשוני שלהם ולוודא שהם לא עברו שינויים רבים מדי בדרך.
ישנם קווי תאים רבים שמשמשים למחקר במעבדות כבר עשרות שנים אם לא חצי מאה, ויכולות להיות סיבות שונות לשוני בין התאים המקוריים לאלו שעובדים איתם היום. בקו תאים סרטני למשל, תא המתחלק בקצב מסחרר יכול לצבור מוטציות גנטיות שיקנו לו יתרון ויעזרו לו להשתלט על אוכלוסיית התאים שבצלחת. סיבה נוספת יכולה לנבוע מכך שהתאים נשלחים למעבדות אחרות ונחשפים לסביבות שונות (מדיום גידול חדש, סוגי הריאגנטים שבשימוש, רמות פחמן דו-חמצני, לחות וטמפרטורה), כל אלה יכולים לגרום לנציגים מסוימים בתרבית לשגשג יותר ולהשתלט על יושביה. הפתרונות המוצעים כדי למנוע בעיות שכאלו הם לעבוד עם תאים שעברו חלוקות מועטות מאז שהופשרו, ולהמעיט בהעברתם בין מעבדות שונות.
תאי HeLa תחת מיקרוסקופ | Science Photo Library
להתקרב לדבר האמיתי
ההתפתחות האדירה בשיטות ההפקה ובתמיסות גידול התאים בתרבית, אפשרה למצוא פתרון לבעיית השונות של קווי התאים מרקמות הגוף. מדענים מפיקים כיום תאים ישירות מהגוף ומגדלים אותם בתרבית למשך מספר ימים מוגבל. בניגוד לקווי התאים, התאים ה"ראשוניים" האלה לא חיים חיי נצח במבחנה, אבל הם הדבר הכי קרוב ל"דבר האמיתי", שכן רק לפני רגע הם עוד היו בגוף החי.
אמנם התאים הראשוניים מאפשרים למידה יותר אותנטית של המתרחש בתאי הגוף, אבל גם פה קיימות בעיות. מאחר שתוחלת החיים שלהם קצרה יותר, צריך להפיק אותם שוב ושוב מהצמחים או מבעלי החיים שמהם הם נלקחו, לשם כך צריך לשמור ולגדל אותם. זה כמובן דורש מתחמי גידול, שירותים וטרינריים, צוות מטפל, תקציבים ועוד.
בעיה נוספת, שיש מי שיראו בה דווקא יתרון, היא השונות הביולוגית הגדולה בין תאים ראשוניים שמופקים מחיות ומצמחים שונים. זה אמנם מכניס הרבה "רעש" למערכת, אבל מייצג טוב יותר את האוכלוסייה – מאפיין חיוני כשרוצים לחקור תהליכים ביולוגיים או השפעה של תרופות על חולים שונים.
ובכל זאת, לא קרוב מספיק
למרות כל מה שציינו עד כה, החיסרון הגדול ביותר של השימוש בתרביות תאים הוא העובדה שהגוף האנושי הוא מכונה מורכבת להפליא. אין שום סיכוי שגידול של תאים במבחנת פלסטיק יוכל אפילו להתחיל ולשקף את הסביבה המורכבת והמשתנה שתאים חווים סביבם בתוך הגוף. על כן יש גבול למה שאנחנו יכולים ללמוד מהם על הגוף החי.
לעומת מה שקורה במבחנה, בתוך הגוף התאים נמצאים במה שאפשר להמשיל לאזור מלחמה. הם מקבלים בלי הרף אותות מאיברים אחרים, חיים בסביבה שמשתנה ללא הרף, חווים לחצים פיזיים וביולוגיים ומתחרים עם שכניהם על מקורות אנרגיה – מצב שונה לגמרי מהחיים הנוחים בתרבית. כל אלה חייבים להשפיע גם על התהליכים שמתרחשים בתוך התא, ולכן החיים בתרבית לא תמיד מייצגים את מה שקורה בגוף. אך המדע ממשיך להתפתח, וכיום יש מחקרים רבים על הסביבה החיצונית שתאים חיים בה ועל השפעותיה עליהם.
מהפכת תרביות התאים שינתה את פני המדע, היא אפשרה למדענים מרחבי העולם לחלוק את כלי המחקר שלהם ולבצע מחקרים רחבי היקף שהולידו תגליות ואפשרו פיתוח של תרופות ושיטות טיפול למחלות רבות. השיטות לגידול תאים הולכות ומשתכללות, החל בשיפורים ניכרים בשיטות ההפקה והגידול וכלה באפשרויות לגדל תאים על משטחים תלת-ממדיים. ועדיין, תוכו של התא הזעיר ממשיך להציג בפנינו חידות עלומות לא פחות ממסתרי היקום הגדול.