הינך נמצא כאן

המתיחה הגדולה

01.09.2010

תאי גזע, כמו זהבה באגדת שלושת הדובים, צריכים מיטה בדיוק בגודל המתאים כדי שיהפכו לשריר. כשה"מיטה" רכה מדי, הם הופכים לתאי עצב או לתאי מוח, וכשהיא קשה מדי, הם הופכים לעצם. במחקר חדש גילו מדענים מישראל, מארצות הברית ומגרמניה כיצד חשים התאים את מידת הקושי של ה"מיטה", ומדוע רק מידה מסוימת של גמישות ה"קפיצים" תאפשר להם לקבל צורת שריר.
 
לפני מספר שנים גילה פרופ' דניס דישר מאוניברסיטת פנסילבניה תגלית מפתיעה: הוא הצליח לכוון את גורלם של תאי גזע במעבדה אך ורק באמצעות שינויים בקשיחות המצע שעליו הם מונחים. תאים שהונחו על משטח רך לא רק שפיתחו צורה שונה מתאים שהונחו על משטח קשיח, אלא גם ביטאו קבוצות שונות של גנים. פרופ' שמואל שפרן, מהמחלקה לחומרים ופני שטח שבפקולטה לכימיה, התעניין בממצאים האלה. הוא ביקש לדעת כיצד בדיוק מגיבים תאי הגזע לסימנים שהם פיסיים בלבד - כמו מידת קשיחות המצע. ביחד עם ד"ר אסף זמל, שהיה חוקר בתר-דוקטוריאלי בקבוצתו וכיום נמצא באוניברסיטה עברית, הציע פרופ' שפרן תיאוריה שמסבירה כיצד שולט מצע הגידול בסידורם של הסיבים היוצרים את השלד התוך-תאי. פרופ' דישר וחברי קבוצתו - ובהם גם אנדרה בראון וד"ר פלוריאן ראפלדט - בחנו את התיאוריה בניסויי מעבדה.
 
השלד התוך-תאי עשוי מגדילים דקים   וחזקים של החלבון אקטין, אשר מסודרים במבנה של רשתות או צרורות מקבילים. המבנה הגמיש מעניק לתא מוצקות חלקית - בערך כמו משחת שיניים. אבל סיבי האקטין מתפקדים גם כקפיצים: הם נקשרים לחלבון נוסף, הקרוי מיוזין, אשר תופס בשני סיבי אקטין מקבילים ומושך אותם. משיכה זו יוצרת בתא כוח כיווץ. קפיצים כאלה מצויים בסוגים רבים של תאים, וגורמים למתח פנימי במבנה התא.
 
פרופ' שפרן וד"ר זמל שיערו כי תא חי, אשר באופן טבעי נוטה להימתח ולהתפרס על משטחים מסוימים, מנסה לאסוף ולמשוך את עצמו בחזרה על-ידי הפעלת סיבי השלד המתכווצים. האיזון בין שתי הנטיות האלה נקבע על-ידי היחס בין קשיחות התא לקשיחות המשטח. לפי המודל שפיתחו המדענים, בדרגת גמישות מסוימת מסתדרים סיבי השלד בצרורות המקבילים פחות או יותר לציר האורך של התא. הניסויים שבוצעו במעבדה של פרופ' דישר, בהם נבדקו מצעים שחיקו את מידת הקשיחות של חומרים שונים עליהם מונחים תאי הגזע המתמיינים, תמכו במודל. מאמר שמתאר את התיאוריה ואת תוצאות הניסוי הופיע לאחרונה בכתב העת המדעי Physics Nature.
 
על משטח רך מדי, הסיבים המתכווצים מתגברים בקלות על כוחות המתיחה של התא. כאשר התא רפוי יחסית, הוא מייצר מעט סיבים, ואלה אינם מושכים בכיוון מסוים. לעומת זאת, על משטח קשיח יותר, צורתו האליפטית של התא ממלאת תפקיד משמעותי יותר ונושאת השלכות חשובות, משום שסיבי האורך, הארוכים, נמתחים יותר מסיבי הרוחב. כתוצאה מכך, הסיבים החדשים המיתווספים מתפתחים בעיקר לאורך ציר האורך.  "זה בדיוק הסידור שצריכים כדי ליצור שריר", אומר פרופ' שפרן. כשקשיחות המשטח גדלה עוד יותר, הסיבים נעשים מתוחים כל כך, עד שהצורה והכיוון של התא שוב אינם ממלאים כל תפקיד, וסיבים חדשים נוצרים בכל הכיוונים. כעת בוחן פרופ' שפרן, יחד עם החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר בנג'מין פרדריך, ובשיתוף קבוצתו של פרופ' דישר, את הדרך שבה קשיחות המשטח משפיעה על היווצרות סיבי המתח בשרירים. מחקרים בתחום זה עשויים למצוא שיטה שתאפשר לכוון את תפתחותם של תאים ורקמות לצורך שימושים רפואיים וביו-טכנולוגיים.
 
מימין לשמאל: אילון לנגבהיים, ד"ר יאיר שוקף, פרופ' שמואל שפרן וד"ר בנג'מין פרדריך. קשיחות

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם