הינך נמצא כאן

רחוק מהעין, קרוב אל הלב

01.09.2009

 
מימין: מיכאל (מייק) פיינזילבר, ד"ר נעמן קם ופרופ' יצחק (צחי) פלפל. תגובה הולמת
 
לימים זה נשכח כאיננו
אבל כשהערב אורב
אומר לך כך בינינו
פחות אבל עוד כואב
על מה שנפצע בי, נפצע והגליד
כמעט ואינני חושב
לומדים לחיות עם זה ככה
פחות אבל עוד כואב.
 
"פחות אבל כואב"
מילים: יהונתן גפן
לחן וביצוע: יהודה פוליקר
 
מכה בבוהן, שריטה בברך, כווייה בלשון- לא משנה היכן נגרמת הפגיעה, התוצאה דומה: כאב. אבל בשביל תאי העצב המיקום שבו הם "סופגים" את הפגיעה עשוי להיות גורלי. המרחק בין האתר שבו התחוללה הפגיעה לבין גוף תא העצב - "מרכז הבקרה" של התא המקבל את המידע על הפגיעה ומחליט על תגובה הולמת - הוא אחד הגורמים הקובעים אם תאי העצב הפגועים ישתקמו או ימותו. במלים אחרות, מרכז הבקרה של תא העצב מבצע מדידה של מרחק בינו לבין אתר הפגיעה - אולם עד כה לא היה ברור כיצד הוא עושה זאת.
 
פרופ' מיכאל (מייק) פיינזילבר והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר נעמן קם מהמחלקה לכימיה ביולוגית, ופרופ' יצחק (צחי) פלפל מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, משתמשים בשיטות ממוחשבות ובמודלים מתמטיים במטרה לגלות את המנגנון המאפשר את מדידת המרחקים. ד"ר קם: "עד היום, כל ניסיון לתאר את המנגנון היה 'ירייה באפלה', משום שאין לנו מספיק נתונים. במחקר הנוכחי בחנו כמה מנגנונים אפשריים במטרה להבין איזה מהם הוא זה שיש סבירות גבוהה יותר שהטבע בחר בו, ומשתמש בו. כך אנו מכינים תשתית למחקר ניסיוני ממוקד יותר".
 
בשלב ראשון בחנו המדענים מספר מנגנונים אפשריים, המבוססים על נתונים ידועים על אמצעי התקשורת בתוך תאי העצב. תאים אלה יכולים ליצור שלוחות שאורכן מגיע עד מטר אחד (לשם השוואה, אורכם של תאים אחרים אינו עולה על כמה עשרות מיקרונים). לכן, כדי שתא עצב שכזה יוכל להעביר מידע מקצהו האחד אל קצהו השני, עליו להשתמש בשיטות המאפשרות העברת אותות תקשורת למרחקים גדולים. הם עושים זאת באמצעות שילוב בין אותות חשמליים ומתווכים כימיים אשר מועברים באמצעות חלבונים ייחודיים, המשמשים כ"מנוע" המוביל את מולקולות האותות במהירות ידועה. המדענים מאמינים, כי "מרכז הבקרה" של תא העצב מנצל את אמצעי התחבורה האלה למטרה נוספת: לחישוב המרחק בינו לבין מקום הפגיעה העצבית.

מנגנון אחד שנבחן מבוסס על הכפילות בהעברת המידע העצבי: כאשר נגרמת פגיעה, נוצרים בעת ובעונה אחת אות חשמלי ואות כימי, ושניהם נעים למרכז תא העצב כדי לדווח על כך ל"מרכז הבקרה". אלא שמהירותם של שני האותות שונה מאוד - בערך כמו ההבדל בין מהירותו של קליע רובה לזו של משאית איטית. ההבדל הזה במהירות של שני אותות הנעים באותו מסלול, מאפשר לחשב את אורך המסלול שלאורכו עברו האותות.
 
מנגנון אחר מבוסס על האות הכימי בלבד. מכיוון שחלקיקי החומר הכימי - המעבירים את האות - נוטים להתפזר עם התקדמותם, הם יוצרים מעין ענן של חלקיקים שהולך ונעשה דליל ככל שגדל המרחק שעובר האות. כדי שהטבע יבחר במנגנון הזה, גוף התא חייב להיות רגיש מספיק כדי לזהות את הבדלי הצפיפות בין החלקיקים, להבחין בהגעת "גלים" של חלקיקים כימיים אשר עברו  מרחקים שונים, ובהתאם לכך לחשב את שׂהמרחק שנדרש לפיזור כזה של חלקיקים.

באיזה מנגנון בחר הטבע? כדי לנסות לענות על השאלה הזאת, יצרו המדענים מודל חישובי והזינו לתוכו את הנתונים הנוגעים לאתר הפגיעה העצבית ולמהירות המדויקת אשר בה נע כל אות. ההדמיה הממוחשבת שהתקבלה הראתה כי מודל "האות הכפול" - כלומר המודל המשלב את זמני ההגעה של האותות החשמליים והכימיים - אכן מספק בסיס מדויק למדי למדידת מרחק במקרים של פגיעה עצבית. לעומת זאת, המודל המבוסס על נתוני ההתפזרות של האות הכימי בלבד לא איפשר ל"מרכז הבקרה" לחשב נכונה את המרחק של הפגיעה העצבית - כך שנראה כי תאי העצב אינם משתמשים בשיטה זו. כך הסיקו המדענים, כי הן האותות החשמליים המהירים והן האותות הכימיים האיטיים נחוצים למדידת מרחקים ארוכים, וכי סביר להניח שהטבע בחר במנגנון המדידה הכפול.
 
בנוסף, המודל הכפול מספק נתונים כמותיים ואיכותיים בעת ובעונה אחת. באמצעות הדמיה של שתי פגיעות עצביות המתחוללות באותו זמן, אחת באתר קרוב יותר לגוף תא העצב והשנייה רחוקה יותר, תוך שימוש במנגנון המדידה הכפול, הצליחו המדענים להראות כי גוף תא העצב מסוגל להבחין בין שתי פגיעות שונות כל עוד המרחק ביניהן עולה על עשירית מאורכו הכולל של התא. עוד התגלה, כי קיים מיתאם בין זמן התגובה לבין המרחק. תוצאות אלה מתאימות למינים שונים של בעלי-חיים שלהם תאי עצב באורכים שונים. הממצאים התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי PLoS Computational Biology.
 
על-אף שמדובר בהדמיה פשוטה של תהליכים ביולוגיים מורכבים, המודל הזה מהווה קרש קפיצה לעבר מחקר ניסיוני שיוכל לתרום נתונים מפורטים על השיטות שמאפשרות לתאי העצב לזהות אתרי פגיעה עצבית, ולחשב את המרחק בין מרכז הבקרה של התא לאיזור הפגיעה. המדענים מקווים, כי תובנות חדשות אלה יוכלו להוביל, בעתיד, לפיתוח יישומים רפואיים שונים. בין היתר, ייתכן שאפשר יהיה לשבש את חישובי המרחק שמבצעים תאי העצב כדי למנוע מוות של תאים  ולעודד תהליכי שיקום.  

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם