אדומים

01.03.2005
ד"ר ניר גוב. פיסיקה של תאי דם
 
19 אלף קילומטר ביום. זה אורך הדרך שעובר הדם הזורם במסלול המחזורי שבגופנו. בכל רגע נתון עוברים בכלי הדם שלנו 30-20 טריליון תאי דם אדומים המבצעים משימות חיוניות לחיים: הם מספקים חמצן לתאים החיים ומסלקים מהם את הפחמן הדו-חמצני. כדי לבצע את המשימות האלה, חייבים תאי הדם האדומים להיות חזקים מספיק על מנת לשרוד במסלולי התנועה הצפופים שבכלי הדם שלנו, הדומים במידה רבה למתחם המכוניות המתנגשות בלונה-פארק. תא דם אדום הוא מעין כלי רכב הנושא מטען יקר של המוגלובין, הכולל יונים של ברזל. יונים אלה עלולים להגיב בעוצמה עם סביבתם, ולגרום נזק לאיברים אם יישפכו אל מחוץ לתא, במקרה שהוא יתפרק כתוצאה מהתנגשות רבת-עוצמה. אבל תא הדם האדום חייב גם להיות גמיש מספיק כדי שיוכל להתפתל, להתכווץ,ולעבור דרך כלי דם קטנים. נימי דם אלה מובילים לרקמות רחוקות שקיומן תלוי ביכולתם של תאי הדם האדומים לספק להן חמצן. כאשר תאי הדם האדומים פגומים, או שאינם גמישים די הצורך ואינם מתפקדים כראוי, עלול הדבר להוביל למחסור בחמצן ברקמות שונות של הגוף, דבר שעלול להוביל להתפתחות מחלות שונות. מכאן עולה חשיבות ההבנה של תכונותיו הפיסיקליות של תא הדם האדום.
 
ד"ר ניר גוב, מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, חוקר את מבנה תא הדם האדום, את תכונותיו הפיסיקליות, וכן את המבנה והתכונות של השלד התאי, קרום התא, ומרכיבים נוספים המשפיעים על מבנה התא. "בשבילי, כפיסיקאי, המחקר של מערכת חיה הוא חוויה מרתקת, מאתגרת וייחודית", אומר ד"ר גוב. "שלא כמו מוצקים כגון גבישים, שהם מאורגנים, בעלי סימטריה מוגדרת, חוזרים על עצמם, ניתנים למדידה ויציבים, ובאופן שונה גם מנוזלים, שמתנהלים באי-סדר, התאים החיים מצויים במקום טוב באמצע. הביולוגים פיענחו, מיפו וריצפו כבר את רוב גנום האדם, ובכל זאת, אנחנו יודעים מעט מאוד על תכונותיהם הפיסיקליות של החומרים שמהם אנחנו עשויים". במחקריו מפתח ד"ר גוב מודלים תיאורטיים של התכונות הפיסיקליות של תא הדם האדום. "מודל כזה", הוא אומר, "לא חייב לכלול את כל התכונות הידועות של התא. למעשה, כדי שנוכל להסביר אירועים שונים בחיי המערכת, וכדי שנוכל לחזות נכונה כיצד יגיב תא דם אדום במצבים שונים, די לנו במודל שידמה נכונה את האיפיונים העיקריים של המערכת הנחקרת".
 
באחרונה הצליחו ד"ר גוב ושותפיו למחקר להסיק כמה מסקנות חשובות באשר לתכונות הפיסיקליות המאפיינות את תאי הדם האדומים. המבנה האופייני של תא דם אדום רגיל הוא סגלגל, שטוח, עם שקע במרכזו. מבנה זה נתמך מבפנים על-ידי השלד התאי, המתפקד כמעין רשת קפיצים המחוברת בנקודות מסוימות לקרום העוטף את התא. חיבורים אלה יוצרים נקודות מתח הקובעות את צורתו של התא. המדענים סברו בתחילה, שאפשר יהיה לחשב את קשיחותו ואת גמישותו של התא לפי איפיון מידת האלסטיות של השלד התאי. אבל המודל שפותח על בסיס ההנחה הזאת לא הצליח לחזות את התנהגותו האמיתית של תא דם אדום. משהו היה חסר.
 
ד"ר גוב ופרופ' שמואל שפרן מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח הכניסו שינויים שונים במודל, עד שהצליחו להתאימו לתגובות האמיתיות של תא דם אדום. הם מצאו, שהמודל המקורי לא תיאר נכון את נקודות החיבור שבין השלד התאי לקרום התא, מכיוון שATP גורם לסירוגין להתנתקות ולהתחברות מחדש של החיבורים בין השלד התאי לקרום התא. כשהחיבור משתחרר, פוחת מתח הקרום ומתחוללת בו תנועה מסוימת. במילים אחרות, התנודות בגודלו של התא, שבהן צפו החוקרים, לא נבעו מפעילות תרמית, כפי שסברו בתחילה, אלא מפעילות של חילוף חומרים (המרת אנרגיה מכנית מאוחסנת לאנרגיה של תנועה קינטית), המאפיינת מערכות חיות. תגלית זו המחישה לד"ר גוב את מידת המורכבות של בניית מודלים פיסיקליים של מערכת חיה ודינמית, והובילה אותו לפיתוח מודל אשר קישר בין נוכחותו וריכוזו של ATP לבין השפעותיו של חומר זה על מידת קשיחותו של השלד התאי, המשפיעה על צורתו, תיפקודו, וכושר הישרדותו של תא דם אדום.
 
מודלים כאלה של תאי דם אדומים, אשר מאפיינים ומנבאים היבטים חשובים והקשרים של מחלות שונות, עשויים להוביל להשגת תובנות חדשות בתחום הרפואה העתידית. למשל, עודף ATP מוביל לגמישות יתר של התא, כפי שקורה בסוגים מסוימים של אנמיה. או, שלד תאי פגיע, שעלול להישבר כתוצאה מהתנגשות של תא הדם האדום בתאים אחרים או בדפנות כלי הדם, עלול להוביל לפגיעה ביכולתו של תא הדם האדום למלא את משימותיו החיוניות לתהליכי החיים. כאשר מתקיים מחסור מסוים ב- ATP, כפי שקורה במחלות כבד, החיבורים של השלד התאי לקרום התא נעשים נוקשים, דבר שגורם לכך שתא הדם האדום נעשה קשוח, קוצי, והוא מתקשה לנוע בחופשיות דרך כלי הדם, כך שהוא עלול לחסום את זרימת הדם. תופעה זו מתחוללת גם בגופם של אנשים מבוגרים אשר לא מפיקים מספיק ATP. בניית מודלים מוצלחים יותר של תאי דם אדומים תאפשר הבנה טובה יותר של הגורמים המשפיעים על תיפקודם של התאים האלה, כך שאפשר יהיה לפתח דרכים לשליטה בתכונות אלה ולריפוי מחלות הנובעות מתיפקוד לקוי של תאי הדם האדומים.
 
הרפואה המודרנית אינה יכולה להציע כיום תחליף ממשי לתא הדם האדום. עירוי דם לסובלים ממחלות דם תלוי באספקה של דם מתאים, והוא מוגבל למשך החיים של תאי הדם. טיפולים חוזרים ונשנים עלולים לגרום לתגובות-נגד של המערכת החיסונית. לפיכך, מדענים רבים, במקומות שונים בעולם, מחפשים דרכים להפקת תחליפים סינתטיים לתאי דם אדומים. בניית מודלים תיאורטיים מדויקים יותר של התכונות הפיסיקליות של תאי הדם האדומים, כמו אלה שמפתח ד"ר גוב, עשויה להוות צעד ראשון במסע הארוך לקראת השגת המטרה הזאת.
 
 

אישי

ד"ר ניר גוב נולד בחיפה בשנת 1968. הוא קיבל תואר ראשון בפיסיקה מאוניברסיטת תל-אביב ותואר שני ושלישי מהטכניון. לאחר מכן ביצע מחקר בתר-דוקטוריאלי באוניברסיטת אילינוי, והחל לבצע מחקר בתר-דוקטוריאלי נוסף, בהנחייתו של פרופ' שמואל שפרן, במחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע. לפני כשנה הצטרף כחוקר בכיר למחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע.

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם