סחוס מעורר השראה

"...וַתָּבאֹ כַמַּיִם בְּקִרְבּוֹ וְכַשֶּׁמֶן בְּעַצְמוֹתָיו"  

(תהלים ק"ט, י"ח)

הם מתמודדים עם לחצים כבדים, נמצאים בחיכוך מתמיד עם הסביבה – אבל כמעט לא נשחקים גם במשך עשורים רבים. המפרקים שלנו הם יצירה משוכללת מאין כמוה שהתעצבה לאורך מיליוני שנות אבולוציה. רקמת הסחוס המרפדת את קצות העצמות במפרק היא אחד המרכיבים המשמעותיים במערכת מופלאה זו. במחקר חדש יצרו מדעני מכון ויצמן למדע ג'לים מבוססי מים בהשראת רקמת הסחוס עם מקדמי חיכוך ושחיקה נמוכים בעשרות מונים בהשוואה לג'לים רגילים. ממצאיהם עשויים לשמש בתעשייה הביו-רפואית, למשל לצורך החדרת מכשור רפואי לגוף ואף בהנדסת רקמות.

שום חומר מעשה ידי אדם אינו יכול להשתוות לכושר הסיכה של המפרקים שלנו. פגיעה בסיכה זו תוביל לחיכוך מוגבר ולשחיקת המפרק, כפי שקורה למשל בדלקת מפרקים ניוונית (אוסטאוארתריטיס). עם זאת, מקורה של סיכה ייחודית זו אינו מובן דיו. לפי מודל שפותח בשני העשורים האחרונים במעבדה של פרופ' יעקב קליין מהמחלקה לכימיה מולקולרית ומדע החומרים, מרכיב מרכזי במערכת הסיכה במפרקים הוא ליפידים – מולקולות שומניות שהן מאבני הבניין של קרומי התאים וקרומים אחרים בגופנו; מולקולות אלה מורכבות מזנבות "שונאי מים" (הידרופוביים), המחוברים לקבוצת ראש "אוהבת מים" (הידרופילית). לפי המודל, בשכבה העליונה ביותר של רקמת הסחוס – זו אשר מתחככת ברקמת הסחוס של העצם שמנגד – ישנם ראשי ליפידים חשופים היוצרים סביבם מעטה ייחודי של מולקולות מים המכונה "מעטה מִיּוּם" (hydration). בשל תכונות כימיות וחשמליות, מעטה זה נצמד בחוזקה אל פני השטח של הסחוס ולכן עמיד בלחצים, אך בה בעת נשאר נוזלי למדי, ולכן מאפשר למשטחי הסחוס במפרקים שלנו להחליק אחד על גבי השני – שוב ושוב, בכל יום, לאורך שנים.

במחקר חדש שהתפרסם באחרונה, יצר פרופ' קליין יחד עם ד"ר רונית גולדברג, לשעבר דוקטורנטית ומתמחה בכירה במעבדתו, ובשיתוף עמית המחקר ד"ר וייפנג לין, החוקרת הבתר-דוקטוריאלית, ד"ר מוניקה קלוזק, ומדעני הסגל הבכירים ד"ר ניר קמפף וד"ר אייל שמעוני, חומרים חדשניים בהשראת מודל הסיכה של הסחוס: ג'לים מבוססי מים המכילים בתוכם מיקרו-מאגרים של ליפידים אשר משתחררים אל פני השטח של הג'ל בזמן חיכוך. "בסחוס, כמו בכל מערכת ביולוגית, היחידות שמייצרות את החומרים השונים הן תאים. בג'לים הסינתטיים שיצרנו, במקום תאים חיים יש מיקרו-מאגרים של מכלולי ליפידים (ליפוזומים) המפוזרים בצבר של הג'ל", מסביר פרופ' קליין. "כך, כאשר נשחק הג'ל – ומדובר בשחיקה של מיקרונים בודדים – נחשפים מאגרים חדשים של חומרי סיכה. במלים אחרות, פני השטח של הג'ל מתחדשים באופן שוטף".

""בסחוס, כמו בכל מערכת ביולוגית, היחידות שמייצרות את החומרים השונים הן תאים. בג'לים שיצרנו, במקום תאים חיים יש מיקרו-מאגרים של ליפוזומים"

הביצועים של הג'לים החדשים היו יוצאי דופן: המדענים ראו ירידה של עד פי 100 במקדמי החיכוך והשחיקה בהשוואה לג'לים מבוססי מים רגילים. יתר על כן, מקדם החיכוך הנמוך נשאר כמעט זהה גם במהירויות חיכוך שונות ובמגע עם חומרים מסוגים שונים, כגון מתכת וזכוכית. תופעת הסיכה המעולה נשמרת גם לאחר שהג'לים יובשו לגמרי והורטבו מחדש, תכונה המקנה להתקנים המבוססים על ג׳לים אלה אפשרויות שימוש בשטח וחיי מדף ארוכים.

מהמעבדה לקליניקה

ג'לים מבוססי מים מותאמים למגע עם רקמות הגוף הרכות – המורכבות אף הן ממים בשיעורים ניכרים – ולכן מצויים בשימוש נרחב בתעשייה הביו-רפואית. לפיכך, הג'לים החדשים בעלי יכולת הסיכה העצמית עשויים להוות בשורה של ממש לתעשייה זו, למשל לצורך החדרה לגוף של צנתרים ותומכנים (סטנטים) וכן בהנדסת רקמות. בעתיד, ייתכן שמודל זה יסייע גם בפיתוח מפרקים מלאכותיים בעלי עמידות גבוהה בפני שחיקה, שיסייעו לסובלים מדלקת מפרקים ניוונית או ממחלות אחרות הפוגעות בסחוס. כדי לקדם יישומים אלה ואחרים הוקמה ב-2019 חברת הסטארט-אפ "לָיְפּוֹסְפִיר" (Liposphere) בהסכם רישיון עם "ידע", זרוע מסחור הקניין הרוחני של מדעני המכון. מייסדות חברת ליפוספיר הן ד"ר גולדברג (מנכ״לית החברה) וד"ר סברינה ז'אהן, שתיהן חברות לשעבר בקבוצתו של פרופ' קליין ושותפות למחקרים אחרים במעבדתו. כתב-העת המדעי Nature וקבוצת התרופות והכימיקלים Merck בחרו ב-2020 בליפוספיר כאחת מחברות הסטארט-אפ המבטיחות ביותר שיצאו מבין כותליהם של מוסדות מחקר אקדמיים.