<div>
Science Feature Articles</div>

מדע קטן גדול

עברית
 
פרופ' בנימין גיגר. ננו-רפואה
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
לאחר שפיתחו ננו-מכונות המסוגלות לראות ולהזיז אטומים ומולקולות בודדות, והתחילו ליישם הישגים אלה כדי לשנות את העולם החומרי הסובב אותנו, מפנים המדענים את מבטם פנימה, לתוך גוף האדם. הם שואפים לפתח מדע חדש, "ננו-רפואה", שיאפשר לבנות ולהפעיל ננו-כלים וננו-מבנים לאיבחון ולתיקון מערכות ביולוגיות המבוססות על מולקולות ותאים. מדובר במעין גירסה מודרנית - ומציאותית - לספרו של אייזיק אסימוב, "המסע הפנטסטי", ולסרט הקולנוע שהופק על-פיו. שם מסופר על אנשים זערוריים החשים להציל את פרופסור בינס, מומחה למיזעור שקריש דם התקוע עמוק במוחו מסכן את חייו. צוות ההצלה מנווט במערכת כלי הדם של בינס באמצעות צוללת זעירה. במציאות, את מקומם של האנשים והצוללת ימלאו, לפי התוכניות, כלים מולקולריים שונים. אריק דרקסלר העלה בספרו "מנועי הבריאה" את הרעיונות הבסיסיים של הננו-רפואה: "מכיוון שאנחנו עשויים ממולקולות, נשתמש במכונות בגדלים מולקולריים בטכנולוגיה ביו-רפואית. מכונות אלה ישלבו חישנים, תוכנות, וכלים מולקולריים כדי לבחון ולתקן את המרכיבים הקריטיים של תאים בודדים".
 
בזמנו נשמעו רוב הרעיונות האלה עתידניים במקרה הטוב, אך כעת, כעבור כמעט 20 שנה, התסריטים הללו עוברים לשלבי היישום במעבדות מחקר ברחבי העולם. במכון ויצמן למדע, למשל, יצרו המדענים מחשב זעיר הבנוי ממולקולות די-אן-אי ומאנזימים שונים, העשוי לגלות, במבחנה, סימנים ראשונים להיווצרות סרטן, ולשחרר, בתגובה, חומר תרופתי שבולם את התהליך הלא רצוי בעודו באיבו. כיום עובדים המדענים בניסיון להפעיל מערכת דומה בתוך תאים חיים. מדענים אחרים מבטאים גנים ועוקבים אחר תהליכים אבולוציוניים במערכת מלאכותית המדמה תאים חיים. ננו-טכנולוגיות נוספות שעשויות לשרת את מדעי החיים והרפואה מבוססות על שימוש במיקרוסקופ כוח אטומי לצפייה בתהליכים מולקולריים המתחוללים בתוך התא, ועל הפקת "מעטפות" למולקולה של החומר התרופתי, שיובילו את התרופה למטרתה וישחררו אותה בדיוק בזמן. אפשרויות נוספות הן פיתוח ננו-כלים שיזהו חיידקים ונגיפים על-פי תכונותיהם החשמליות.
 
אלה הן רק מעט מהאפשרויות הצפונות בעתידה של הננו-רפואה, שכדי לקדמה יצאה באחרונה לדרך יוזמה חדשה, הקרויה "מפת דרכים למחקר רפואי", מטעם מכוני הבריאות הלאומיים של ארצות הברית (NIH), בראשות אליאס זרהוני. מדובר במהפכה של ממש במחקר הרפואי, שתתבסס על מה שאפשר לכנות ננו-רפואה. ארבע קבוצות מחקר קיבלו באחרונה מענקים למשך חמש שנים כדי לפתח את המדע החדש הזה. פרופ' בנימין גיגר, דיקן הפקולטה לביולוגיה במכון ויצמן למדע, חבר באחת מהקבוצות האלה, הקרויה "המרכז הננו-רפואי לביולוגיה מכנית". בקבוצה חברים ביולוגים, מדעני חומרים, פיסיקאים ותיאורטיקאים מארצות הברית, מישראל ומשווייץ, והם מתכוונים לנסות לפענח את השאלות הבסיסיות ביותר בהיבטים הביו-מכניים של תאים חיים והמולקולות הביולוגיות שמפעילות אותם.
 
אחת השאלות המהותיות שחברי הקבוצה מקווים לברר היא: איך תאים שגודלם כמה עשרות מיקרונים (מיקרון הוא מיליארדית המטר) מתארגנים ויוצרים, יחד, אורגניזמים שגודלם יכול להגיע למטרים אחדים? שאלה אחרת: כיצד מערכת התקשורת של התא, הבנויה ממולקולות שגודלן ננו-מטרים אחדים (כלומר, הן קטנות פי עשרות אלפים מתא טיפוסי), מתפקדת בתוך התא "הגדול", ומתקשרת עם מערכות בקרה אחרות?
 
ננו-מכניקה ביולוגית היא עוד סוגיה במדע החדש. התאים חשופים כל הזמן לכוחות מכניים: זרם הדם הפועם, השחיקה והלחץ של השרירים והתאים הסמוכים. באמצעות מערכות תקשורת רגישות ומשוכללות במיוחד מצליחים התאים לפענח את הכוחות האלה, להמיר אותם לאיתות כימי שהם משגרים פנימה, ובאמצעותם הם מפעילים תהליכים בגוף התא ובגרעינו. גירוי זה מוביל לייצור חלבונים מסוימים, שקובעים ומנווטים את קבלת ההחלטות של התא ואת התנהלותו ותגובותיו לגירויי הסביבה. אבל איך זה קורה בדיוק? מחלות רבות - כולל התפתחות גרורות סרטניות, המתאפשרת כתוצאה מ"החלטה" של תאים מסוימים להתנתק מהגידול שבו צמחו ולנדוד למקום אחר - קשורות, אולי, לכשל בחישה מכנית כזאת, או בפרשנות של המסר שהכוחות המכניים השונים מעבירים לתא. היבטים אחרים של אותה שאלה עשויים להיות פיענוח צופן התקשורת שלפיו תאי הגזע קולטים מסרים מכניים מהסביבה, המכוונים אותם למסלולי התמיינות מסוימים.
 

לתקן את מכונות החיים

מדעני הננו-רפואה שואפים לפתח דרכים לתיקון מערכות ביולוגיות. מדובר בפיתוח גישות חדשות שיאפשרו תהליכים רבים ומגוונים, ובכללם ריפוי פצעים, יתר לחץ דם, מחלות הקשורות בהתפתחות כלי דם, חידוש עצבים, שליטה בתגובות חיסונית, ובלימת התפשטות של גרורות סרטניות. החוקרים מקווים, כי הכלים הננו-טכנולוגיים יאפשרו לרופאים לתקן את מכונות החיים ולתחזק אותן ברמה טובה בהרבה מזו שהם יכולים להציע כיום. לשם כך יהיה עליהם לכתוב מעין "הוראות הפעלה" לתא החי בפרט, ולמערכות ביולוגיות בכלל.
 
מכיוון שרשימת החלקים (הגנים, החלבונים והמולקולות הביולוגיות האחרות) שמרכיבים את המכונות הביולוגיות שבגופנו מתרחבת כמעט מדי יום, ויחסי הגומלין המורכבים בין המולקולות האלה נחקרים בקצב מהיר מאוד, מדובר במשימת ענק שעשויה להשתוות בהיקפה לפרויקט המיפוי והריצוף של גנום האדם.
 
מסע דרך סדרי גודל. התמונה בפינה הימנית העליונה מציגה שטח גדול פי 25,000 מזה שבפינה השמאלית התחתונה. בתמונות: תרבית תאים (ימין למעלה) צמודה למשטח בעל מבנה ננו-חלקיקי (שמאל למעלה), העשוי מגרגרי זהב דביקים שמופרדים על-ידי משטח בלתי-דביק (ימין למטה). בתמונה משמאל למטה נראים ננו אתרי היצמדות בין תאים לגרגרי הזהב. ניסוים אלה נעשו בשיתוף פעולה עם קבוצה המחקר של פרופ' יואכים שפץ מאוניברסיטת היידלברג.
 
עברית

הריון, מחקר ומזל

עברית
 
פרופ' נאוה דקל. הצלחה לא צפויה
 
 
הביטוי המרגש ביותר במדע, היוצר ציפיות ומבשר תגליות, אינו "אאוריקה", אלא "זה מוזר...". את התובנה הזאת הציע סופר המדע הבדיוני, אייזיק אסימוב, שצבר הרבה מאוד שעות שיחה עם מדענים. - "זה מוזר..." - כך הגיבה פרופ' נאוה דקל, ראש המחלקה לבקרה ביולוגית במכון ויצמן למדע, כשהתבוננה בתוצאות מסדרת ניסויים שנועדה לגלות האם חלבון מסוים, אשר יוצר ערוצי תקשורת בין תאים שכנים, ממלא גם תפקיד בהשתלה של ביצית מופרית ברחם האשה - תהליך חיוני לתחילת הריון. בשיתוף עם רופאים מבית-החולים "קפלן" ברחובות דגמו פרופ' דקל וחברי קבוצת המחקר שלה רקמות מהרחם של 12 נשים עם בעיות פוריות, שלא הצליחו להרות גם לאחר טיפולים חוזרים של הפריית מבחנה. הדגימות נלקחו בשלבים שונים של המחזור החודשי, וניתוח התוצאות אישר את הנחת היסוד של המדענים, כי לקראת אמצע המחזור, תקופה שבה אמורה להתבצע השתלת העובר כדי שיתפתח הריון, משתנה רמת הפעילות של החלבון שנחקר בתאי הרחם. המדענים הסיקו מכך, שייצור מבוקר של החלבון הזה חיוני להצלחת ההריון.
 
עד כאן זהו סיפור מחקרי רגיל למדי. הנחת יסוד מובילה לתכנון ניסוי, לביצועו, לקבלת ממצאים, לניתוחם ולהסקת מסקנות. אבל אז הגיעה ההפתעה. בסיבוב הבא של טיפולי ההפריה החוץ-גופית נכנסו להריון 11 נשים מתוך ה-12 שהשתתפו במחקר. זה הרגע שבו נשמע במעבדה הביטוי המבטיח: "זה מוזר...". האם היה כאן צירוף מקרים, או שעצם נטילת דוגמאות הרקמה הגדילה את הסיכוי להריון? כדי לענות על השאלה הזאת תכננו פרופ' דקל וחברי צוות המחקר ניסוי נוסף, עם נשים אחרות שסבלו מבעיות פוריות. הפעם חולקו הנשים לשתי קבוצות. 45 מתנדבות עברו דגימת רקמות, ו-89 נשים שלא עברו את התהליך הזה היוו את קבוצת הביקורת. התוצאות לא הותירו מקום לספק: נטילת דוגמאות הרקמה הכפילה את הסיכוי להריון.
 
איך יכולה דגימת רקמות פשוטה להגדיל את הסיכוי להריון במידה רבה כל כך? כיצד יכולה פציעה להוביל לתוצאה טובה? בימים אלה מתקיימים ניסויים בבעלי-חיים וכן ניסויים קליניים שתכליתם לענות על השאלות האלה, ואולי לגלות את המנגנון המולקולרי של התופעה. כך, ממצא מקרי הוביל את המדענים לכיוון מחקרי אשר עשוי בעתיד לאפשר פיתוח שיטות טיפול חדשות, שאולי יסייעו להעלות את שיעורי ההצלחה של נשים להרות בעזרת הפריה חוץ-גופית.
 
המחקר בוצע בשיתוף עם ד"ר עמיחי ברש וד"ר אירית גרנות מהיחידה להפריה חוץ-גופית במחלקה לנשים וליולדות במרכז הרפואי "קפלן" ברחובות. בניסויים במעבדתה של פרופ' דקל השתתפו החוקרת הבתר-דוקטוריאלית לשעבר ד"ר יעל קלמה, והחוקרת הבתר- דוקטוריאלית ד"ר יוליה גנאינסקי.
 
עברית

התנתקות

עברית
פרופ' רפאל מלאך. מבט פנימה
 
האם אדם יכול באמת "לשכוח את עצמו" כתוצאה משקיעה ומריכוז במטלה מסוימת שהוא מבצע? פרופ' רפאל מלאך, הרופא ותלמיד המחקר ד"ר אילן גולדברג, ומיכל הראל מהמחלקה לנוירו-ביולוגיה במכון ויצמן למדע, בחנו באחרונה את השאלה הזאת. ממצאיהם התפרסמו בכתב העת המדעי Neuron.
 
תיאוריות רבות דוחות את האפשרות שאדם "ישכח את עצמו" באמת, ומציעות שתפיסה חושית תלויה בתיווך של אזורים מסוימים במוח, הקשורים לייצוג עצמי, ומהווים מעין "צופה" עירני שאינו מושפע ממטלות אחרות שהמוח טרוד בביצוען, אך נחוץ לפרשנות של פעילות אזורי המוח האחראים לעיבוד הנתונים שמגיעים מאיברי החישה. מדעני המכון בחנו את התיאוריות האלה באמצעות דימות תיפקודי מוח בתהודה מגנטית (fMRI). טכנולוגיה זו איפשרה להם לבחון את המתחולל באזורים שונים במוחותיהם של מתנדבים שביצעו מטלות שונות. הממצאים היו מפתיעים בחדותם: כאשר המתנדבים ביצעו מטלות מורכבות שחייבו קלט חושי רב ותשומת לב מלאה לעולם החיצוני, דוכאו לחלוטין אזורים בקדמת המוח שאחראים לייצוג של תפיסת ה"עצמי" במוח.
 
במסגרת הניסוי התבקשו המתנדבים להביט בתצלומים, או להקשיב לקטעי מוסיקה, אבל כל גירוי בוצע פעמיים, כשבכל פעם ניתנות לנבדקים הנחיות שונות. במשימה הראשונה (שאפשר לכנותה בשם "מבט פנימה") הם התבקשו לחשוב על עצמם ועל הרגשות שהמוסיקה או התמונה מעוררת בהם. במשימה השנייה (שאפשר לכנותה "מטלה חושית- מוטורית") הם התבקשו לבצע תרגילי זיהוי מהירים - למשל, לזהות את הקטעים שבהם נשמע צליל חצוצרה. מיפוי התיפקודים הדינמי הראה, שהאיזור האחראי לתפיסת העצמיות היה פעיל בזמן החשיבה המופנמת. אבל כאשר המתנדבים עסקו במשימות הזיהוי, שחייבו אותם לריכוז רב יותר, הפעילות באזורים הקשורים לתפיסת העצמיות פחתה כמעט לחלוטין.
 
"ממצאים אלה", אומר פרופ' מלאך, "אולי רומזים על משהו שגוי בתפיסה המערבית, המניחה שליטה עצמית מתמדת, ומזכירים דווקא תפיסות מזרחיות, שלפיהן התחברות מושלמת אל העולם החיצוני מתאפשרת רק לאחר שהאדם לומד לנטוש את עצמיותו".
 
פרשנות ממוקדת יותר של הממצאים מציעה, שמרכזי התודעה העצמית במוח אינם חיוניים לתפיסת העולם החיצוני, וכי הם פועלים בנוסף, ובמקביל לחוויה החושית היוצרת את תפיסת העולם החיצוני. כך קורה, שכאשר העולם החיצוני מעסיק אותנו בעוצמה רבה ומציף אותנו בתחושות ובמטלות מורכבות, אנחנו באמת "שוכחים את עצמנו".
 
מיפוי תיפקודי מוח באמצעות תהודה מגנטית. בצהוב מסומנים אזורי מוח הפעילים בעת ביצוע פעילות הכרוכה בהתבוננות פנימית. בירוק מסומנים אזורים הפעילים בעת חוויה תפיסתית אינטנסיבית. אפשר לראות, כי בעת חוויה תפיסתית אינטנסיבית מתחולל דיכוי של האזורים הפעילים בהתבוננות עצמית
 

 

 
עברית

נקודת אחיזה

עברית
פרופ' דניאל וגנר ותלמידת המחקר דיקלה רז בן-ארוש. חומרים מרוכבים ביולוגיים
 
פרוטה ועוד פרוטה, כך חינכו את ילדי ישראל בימים רחוקים, הן דונם אדמה. באותה מידה אפשר לומר שתא ועוד תא, הנצמדים זה לזה, הם הדרך להיווצרות רקמות ואורגניזמים רב-תאיים. תהליכי ומנגנוני ההיצמדות של תאים חיים נחקרים במכון ויצמן למדע מהיבטים שונים במשך שנים רבות. ובכל זאת, היבט חדש ומפתיע משהו של התופעה הבסיסית הזאת מוצע בימים אלה על-ידי פרופ' דניאל וגנר מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון. פרופ'וגנר חוקר חומרים מרוכבים מתקדמים, חזקים וקלים במיוחד, המשמשים לבניית מטוסים קלים ייחודיים, חלקי לוויינים ועוד. חומר מרוכב בנוי משילוב של שני חומרים, כאשר חומר אחד משמש תבנית, ואילו השני ממלא את התבנית. כיצד בדיוק שני החומרים האלה נצמדים זה לזה? העיסוק בשאלה זו הוביל את פרופ' וגנר לתובנות חדשות בתחום האחיזה בין תאים חיים.
 
חומרים מרוכבים רבים מבוססים על סיבים של זכוכית או פחמן, השקועים בתבנית של חומר פולימרי, או שרף. כדי לבדוק את יכולת ההיצמדות בין חומרים אלה במאמצים שונים, המדענים מושכים את הסיב עד שהוא ניתק מהתבנית של החומר הפולימרי, או השרף. תיעוד מדוקדק של תהליך ההעמסה והקריעה הזה מעיד על מידת יכולתו של החומר המרוכב לעמוד במאמצי גזירה. למעשה, מתברר שמאמץ הגזירה פועל בעוצמה הרבה ביותר ליד קצוות הסיב. במילים אחרות, כאשר הסיב נמשך בכוח, התבנית הפולימרית, שבה הוא שקוע, נמתחת ומתעוותת בעיקר באיזור קצוות הסיב.
 
מחקרים שביצעו מדעני מכון ויצמן העלו, שתאים מסוימים מתים כאשר הם אינם מצליחים לעגון ולהיצמד לרקמה הבין-תאית. אחיזה והיצמדות, בשביל התאים האלה, היא תנאי להישרדות. ההיצמדות עצמה היא תהליך דינמי שמעורבים בו מרכיבים שונים של התאים, ובהם סיבי אקטין - סיבים אלסטיים המהווים חלק מהשלד התאי. ההיצמדות עצמה מתחוללת בנקודה שנקראת "אתר היצמדות ממוקד", שבו "אצבעות" עשויות חלבון המצויות בקצות סיבי האקטין אוחזות במשטח. כדי לחקור את התהליך הזה, השתמשו תלמידת המחקר דיקלה רז בן-ארוש ופרופ' וגנר במודל מתמטי המשמש לחישוב חוזק של חומר מרוכב.
 
מחקרים דומים שבוצעו בעבר הראו, שעוצמת מאמץ הגזירה תלויה בגודל אתר ההיצמדות הממוקד. באתרי היצמדות קטנים נמדדו מאמצי גזירה חזקים יותר, בעוד שבאתרים גדולים יותר נמדדו מאמצי גזירה חלשים יותר. פרופ' וגנר ודקלה רז בן-ארוש הצליחו ליצור מודל מכני, המראה כיצד התא מגדיל "בכוונה" את שטח אתר ההיצמדות, ובכך גורם להקטנת מאמצי הגזירה המופעלים עליו - דבר שמאפשר לו לעמוד בלחץ ולהישאר צמוד למשטח. באמצעות המודל המכני הצליחו המדענים לקבוע את עוצמת מאמצי הגזירה לאורך אתר ההיצמדות. כך התברר, שמאמץ הגזירה החזק ביותר פועל בנקודה שבה מסתיים סיב האקטין ומתחילה ההיצמדות הממוקדת. בדיוק בנקודה זו מוסיף התא - ה"מבקש" לחזק את אחיזתו במשטח - חלבונים חדשים, תוך כדי הגדלת שטח ההדבקה.
 
ממצא זה עשוי להסביר גם את תופעת הרווחים שבין אתרי ההיצמדות הממוקדים. לפי חישוביהם של פרופ' וגנר ודיקלה רז בן-ארוש, קירבה רבה מדי בין אתרי ההיצמדות הממוקדים תחליש את עוצמת ההיצמדות של התא למשטח. נראה שהתא, שהוא יישות דינמית המסוגלת להתאים את עצמה לסביבה, "מבין" את עובדת החיים הזאת, ויוצר מרחקים מתאימים בין אתרי ההיצמדות הממוקדים, דבר שמחזק את אחיזתו במשטח.
 
 
סיבי אקטין של השלד התאי. שבקצותיהם "אצבעות חלבוניות המסייעות להיצמדות. הצילום בוצע במעבדתו פרופ' של בני גינר, על ידי תלמיד המחקר רונן זיידל -בר
 
עברית

המדיום הוא המסר

עברית
פרופ' צבי לפידות ותלמידת המחקר איילת דאר. גיוס חירום
 

כאשר הגוף מותקף ומאוים, במצבים של זיהום, עצם שבורה, דלקת או טיפול כימותרפי, יוצאת קריאת אזעקה ללשד העצם, בבקשה שישלח תגבורת ויסייע לאיברים ולרקמות המותקפים. מרכיב חשוב בשדר הזה הוא, למעשה, מולקולה לא גדולה (ציטוקין), הנעה מהאיבר המותקף ה"משדר" אותה אל לשד העצם הקולט אותה. לשד העצם ממוקם במרכז העצם, והוא מורכב מתאי גזע שיכולים לייצר תאי דם אדומים ולבנים (המהווים חלק מהמערכת החיסונית אשר מגינה על הגוף),  ותאים המייצרים רקמות שומן, סחוס, כלי דם ועצם. כאשר מולקולת  התקשורת מגיע אל לשד העצם, היא "מגייסת" תאי גזע העוזרים לתקן את האיבר או הרקמה הפגועים, ותאים חיסוניים (תאי דם לבנים) המגינים על האיזור הפגוע. אבל איך מוצאת מולקולת התקשורת את דרכה אל היעד? כיצד היא מצליחה לצאת ממחזור הדם ולהגיע אל לשד העצם? פרופ' צבי לפידות ותלמידת המחקר איילת דאר, מהמחלקה לאימונולוגיה במכון ויצמן למדע, ומדענים נוספים מהמכון, גילו את מסלול השידור, הניווט והקליטה של מולקולת התקשורת, הקרויה  -SDF. תוצאות מחקרם התפרסמו באחרונה בכתב העת המדעי NATURAL IMMUNOLOGY.

מתברר, שתאי רקמה נייחים (לא נודדים) בלשד העצם ובטחול מצוידים ב"אנטנה" מיוחדת, קולטן הקרוי CXR4, המכוון במיוחד לקליטת מולקולת 1-SDF. כאשר מולקולת המסר נצמדת למולקולת הקולטן, נוצרת סביבם שלפוחית קטנה אשר מעבירה אותם לתוך התאים של דופן כלי הדם. 1-SDF ממשיכה את מסעה בתאי דופן כלי הדם, עד שהיא מופרשת מצדם החיצוני, היישר אל לשד העצם. השלב הראשון במסע הושלם. בשלב הבא, מולקולת התקשורת מושכת תאי גזע נודדים מזרם הדם אל תוך לשד העצם, שבו הם מתחלקים, מתרבים, ועוברים הכשרה מיוחדת ההופכת אותם ללוחמים חיסוניים מיומנים. בסיום ההכשרה הם משוחררים אל זרם הדם, שם הם ממלאים את תפקידם בהגנה על הגוף.

אבל מה גורם לתאי הגזע הנודדים להימשך בעוצמה כזאת אל מולקולת התקשורת? פרופ' לפידות וחברי קבוצת המחקר שלו, שחיפשו תשובה לשאלה הבסיסית הזאת, גילו להפתעתם כי גם תאי גזע הנודדים בזרם הדם מציגים על קרומיהם את הקולטן , ש"בדרך הטבע" מוצג על קרומיהם של תאי רקמה נייחים. קולטן זה הוא "בן הזוג הטבעי" של 1-SDF, והמשיכה ביניהם מזכירה משיכה מגנטית, הגורמת לתנועת התאים אלה לעומת אלה (כמוטקסיס).

"למעשה", אומר פרופ' לפידות, "מתברר שהקולטן CXR4, פועל בדרכים שונות כשהוא מוצג על קרומיהם של תאים שונים. תא רקמה נייח, שמצויד בקולטן הזה, עוטף את הקולטן הצמוד למולקולת התקשורת בשלפוחית, 'בולע' אותם, ומעביר את מולקולת התקשורת לצדו השני של התא. לעומת זאת, תא נודד שמצויד בקולטן הזה אינו יכול להכניס את מולקולת התקשורת 1-SDF לשלפוחית. במקום זה, כשהקולטנים של תאים נודדים נקשרים למולקולות התקשורת, הם עצמם הופכים להיות מעוררים וניידים יותר". במילים אחרות, המסר של אותו קולטן CXR4, משתנה על-פי ההקשר, או על-פי זהות הגורם המתווך. בהשאלה מעולם תוכן אחר לחלוטין, אפשר לומר כי המדיום הוא המסר.

לרוע המזל, גם תאים סרטניים נודדים (מגידולים של סרטן שד או סרטן ערמונית), היוצאים לייסוד גרורות חדשות, מצוידים בקולטן CXR4,  המאפשר להם לחדור אל לשד העצם. פרופ' לפידות מקווה, שמחקרים עתידיים יובילו להבנה טובה יותר של מערכת היחסים המורכבת בין הקולטן למולקולת התקשורת בתאים מסוגים שונים. הבנה כזאת עשויה לקדם פיתוח דרכים לחיזוק חדירה רצויה של תאי גזע נורמליים אל לשד העצם והטחול, ולבלימת חדירתם של תאי סרטן.

 
א.מולקלת התקשורת SDF-1 יוצאת מזרם הדם, נקשרת לקולטן CXCR4 ררק (1,2) חוצה באמצעותו את מחסום כלי הדם (3) מועברת ללשד העצם (4) ונקשרת ל-CXCR4 באיזור תאי הגזע (5) ב. העברת SDF-1 ללשד העצם מושכת בעקבותיה תאי גזע מזרם הדם
 
עברית

חמש קרניים לאחד

עברית
המדינות השותפות בססמי מסומנות באדום
 
 
 
מחר כל איש יבנה בשתי ידיו
את מה שהוא חלם היום
 
כל זה אינו משל ולא חלום
זה נכון כאור בצהרים
כל זה יבוא מחר אם לא היום
ואם לא מחר אז מחרתיים
 

מחר

מלים ולחן: נעמי שמר *

 
*נעמי שמר הייתה בעלת תואר דוקטור לשם כבוד מטעם מכון ויצמן למדע.
 
מלת הקסם של אלאדין, 'ססמי', נדרשה כדי שהפרויקט הזה יקרום עור וגידים. אבל ססמ'י, (SESAME) ראשי תיבות באנגלית של 'אנרגיית סינכרוטרון למדע ניסויי ויישומים במזרח התיכון' (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East), בכל זאת מתקדם על-פי לוח הזמנים המתוכנן. מדובר במתקן סינכרוטרון הנבנה על אדמת ירדן, בסמוך לאוניברסיטת אל-בלקה ליד העיר סאלט, והאמור לשרת מדענים ממדינות האיזור: ישראל, מצרים, ירדן, הרשות הפלסטינית, איחוד האמירויות, טורקיה, איראן ופקיסטן, כשמדינות אירופיות נוספות משתתפות כמשקיפות.
 
סינכרוטרון הוא צינור טבעתי שבו נעים אלקטרונים המואצים למהירות הקרובה למהירות האור, תוך שהם פולטים קרינה באורכי גל שונים, לרבות קרינת X ('רנטגן'). מסביב לטבעת ממוקמות תחנות מחקר שבהן נעשים ניסויים מדעיים באמצעות הקרינה הנפלטת מהאלקטרונים המואצים. הסינכרוטרון הוא, אומנם, סוג של מאיץ חלקיקים, אבל בשביל המדענים הוא משמש כמעין מיקרוסקופ ענק המאפשר להתבונן במולקולות ובאטומים. ססמ'י יפיק חמשה קווי קרינה בעלי מאפיינים שיתאימו למחקרים בננו-טכנולוגיה, רפואה גרעינית, סוגים שונים של ספקטרוסקופיה, פיסיקה אטומית ומולקולרית, ארכיאולוגיה, מדעי הסביבה, ועוד.
 
בתחום הביולוגיה המבנית, למשל, הסינכרוטרון עשוי לשמש לפיענוח המבנה המרחבי התלת-ממדי של חלבונים. חלבונים הם החומרים העיקריים המרכיבים ומפעילים את גופם של כל בעלי-החיים, המיקרו אורגניזמים והצמחים עלי אדמות, לרבות האדם. כדי לדעת איך חלבון מסוים נקשר למולקולה של חלבון אחר, או לחומר לא חלבוני כלשהו, יש לגלות את המבנה המרחבי התלת-ממדי שלו. כדי לעשות זאת, המדענים מגבשים את החלבון, ולאחר מכן מפגיזים את הגביש בקרינת חזקה באורך גל מתאים. כאשר הם מודדים ומנתחים את נתוני הקרינה המתפזרת לאחר שפגעה בגביש, הם יכולים לגלות את מבנה המולקולות שמרכיבות את הגביש הזה. גילוי מבנה מולקולת החלבון עשוי לסייע בהבנת תהליכי חיים בסיסיים, דבר שעשוי להוביל, בין היתר, לפיתוח תרופות חדשות.
 
ססמ'י מוגדר כמאיץ סינכרוטרון מהדור ה-2.5, כלומר, הספקו מגיע לכ-2.5 Gev (2.5 מיליארד אלקטרון וולט), אבל התקנים מגבירי קרינה שנוספו לו מאפשרים לו לתפקד במקרים מסוימים בהספק גבוה עוד יותר. בעולם קיימים כיום שלושה סינכרוטרונים ענקיים, ביפן, בארה'ב ובצרפת, וכן כמה מתקנים (חלקם בשלבי בנייה) בסדר הגודל של ססמ'י. היקף טבעת המאיץ הוא כ-125 מטרים.
 
הרעיון לבניית מאיץ סינכרטרון שישרת את מדינות המזרח התיכון הוצע לראשונה על-ידי פרופ' הרמן ויניק מאוניברסיטת סטנפורד, בשיתוף עם פרופ' גוסטב אדולף פוס, בהמשך לשורת יוזמות של בניית 'גשרי מדע' בין מדינות האיזור, של פרופ' אליעזר רבינוביץ מהאוניברסיטה העברית בירושלים ופרופ' סרג'יו פבריני מהמעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים, CERN . בהמשך, קודם הרעיון על-ידי כמה מדענים ישראליים, ובהם גם פרופ' אירית שגיא ופרופ' יואל זוסמן מהמחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן למדע. פרופ' זוסמן הוא אחד מה'לקוחות' של הסינכורטרון האירופי הענק שבגרנובל. 'חשבתי שיהיה הרבה יותר טוב אם לפחות בחלק מסוים של הניסויים, במקום לטוס חמש שעות בכיוון אחד בכל פעם שאני רוצה לבצע ניסוי, תהיה לי – ולחברי - גם אפשרות לנסוע שעה וחצי במכונית הפרטית, לבצע ניסוי, ולחזור בערב הבייתה', הוא אומר. בסופו של דבר, האות לייתכנות הפרויקט ניתן בשנת 1997, כאשר בגרמניה הוחלט לסגור מאיץ שנקרא BESSY-1. כמו שאח גדול מוריש לפעמים את חפציו המשומשים לאחיו הצעירים, כך עלה הרעיון לתרום את המאיץ הישן למדינות המזרח התיכון, תרומה שאולי תסייע להן למצוא דרכים לשיתוף פעולה מדעי, שאולי יוביל (כפי שכבר היה בעבר, למשל במערכת היחסים בין גרמניה לישראל), לשיתוף פעולה בתחומים נוספים. באותה הזדמנות הוחלט גם לשדרג את המאיץ, כך שיוכל לשרת מדענים הפועלים בחזית המדע. לאחר בחירת האתר, ב'מקום טוב באמצע' המזרח התיכון, מקום שאליו יוכלו רבים ממדעני האיזור להגיע בנהיגה לא ארוכה מדי במכונית רגילה, החלה בניית המתקן בשנת 1998. אם הכל יתקדם כמתוכנן, הוא יחל לפעול בשנת 2009.
 
כבר כיום, עוד לפני שהמאיץ החל לפעול, ברור שמדובר בפרויקט הממחיש את שיתוף הפעולה הבין-לאומי בתחומי המדע. המנהל הטכני של הפרויקט הוא האיטלקי ד'ר גאייטנו ויניולה. יחד אתו עובדים ירדנים, פלשתינאים, איראנים, מרוקאים וטורקים. יו'ר מועצת הפרויקט הוא פרופ' הרוויג שופר משווייץ. חברים במועצה מטעם מדינת ישראל: פרופ' משה פז-פסטרנק מאוניברסיטת תל-אביב, ופרופ' אליעזר רבינוביץ (בעבר היה גם פרופ' משה דויטש מאוניברסיטת בר-אילן חבר במועצה זו). המנהל המדעי הוא פרופ' אסלם באיג מפקיסטן, והמנהל הזמני הוא פרופ' חאלד טוקאן, המכהן במקביל כשר להשכלה גבוהה ולמחקר מדעי בירדן. פרופ' אירית שגיא, ממכון ויצמן למדע חברה בוועדה המדעית הבין-לאומית של הפרויקט, ומדענים ממדינות האיזור, העשויים להיות הצרכנים העיקריים של המתקן, מבקרים בו מעת לעת ומתעדכנים באופן שוטף בהתקדמות הפרויקט. סדנאות מדע איזוריות שמתקיימות מעת לעת כבר הובילו להתפתחות מעין רשת של עמי האיזור, ולייסוד תוכנית בין-לאומית לחילופי מדענים צעירים וסטודנטים, דבר שחושף את הסטודנטים מהמדינות הערביות לנעשה בחזית המדע העולמית. נכונותה של ישראל להשתתף בפרויקט ולהשקיע בו נתפסת כצעד בונה אמון, המעיד על כוונות שלום. כך, יותר מ-50 שנה לאחר מותו של חיים ויצמן, הנשיא הראשון של מדינת ישראל ושל מכון ויצמן למדע, נעשים צעדים מעשיים לקידום חזונו המדעי-מדיני באשר לתפקידו של המדע בהשכנת שלום באזורנו.
 
 
תוכניות הבנייה של SESAME. חזון מדעי במדבר
 
עברית

נער פגש נערה

עברית
משמאל לימין פרופ' גלעד הרן, תלמידת המחקר נוגה קוצר, פרופ' גדעון שרייבר ותלמיד המחקר יוסי קוטנר. דבקות במטרה
 
in the crowd of a million people
i will find valentine 
And then i will climb to the highest steeple
and tell the world he is mine
 

Where the boys are

מילים: הווי גרינפלד
לחן: ניל סדקה
הביצוע המוכר ביותר: קוני פרנסיס
 
 
זה הסיפור הקלאסי שמרגש ומעניין כל קהל, בכל תקופה ובכל מקום בעולם. אהבה היא רגש גדול מהחיים, בין היתר מכיוון שכל סיפור אהבה הוא, למעשה, גם סיפור מיסתורין. כיצד נפש אחת מוצאת את "אחותה התאומה" בהמון רב? את התעלומה הזאת נפתור, אם בכלל, בעוד שנים רבות מאוד, אבל תופעות דומות, המתחוללות בעולם המולקולרי, עומדות במרכזם של מחקרים מדעיים עכשוויים. כיצד, למשל, שני חלבונים בעלי התאמה מבנית מוצאים זה את זה ונצמדים זה לזה? זו שאלה לא פשוטה, אם זוכרים שבגוף האדם, למשל, פועלים כמאה אלף סוגי חלבונים, המשוחחים ומתקשרים אלה עם אלה ללא הרף, כשהם מעבירים מסרים, מעוררים או בולמים אלה את אלה. התקשורת שבין החלבונים היא אחד מתהליכי החיים הבסיסיים ביותר, ושיבושים בתקשורת הזאת הם הגורם העיקרי למחלות רבות.
 
השאלה מסתבכת עוד יותר אם מביאים בחשבון את העובדה שהמפגשים הבררניים האלה מתחוללים בחלל התא, שהוא סביבה צפופה מאוד. גודלה של מולקולת חלבון הוא כמיליונית מגודלו של תא חי, כך שמולקולה שמשוטטת בחלל התא ומחפשת את מולקולת המטרה שלה דומה למי שמשוטט ברחובות ניו-יורק ומחפש לעצמו בן-זוג שיתאים לרשימת תכונות שהוא מחזיק בידו. ובכל זאת, על אף הקושי האובייקטיבי, מיליארדי מפגשים כאלה מתבצעים מדי יום בתאי צמחים, ובגופם שלבעלי-חיים ובני-אדם.
 
הגורמים ה"דוחפים" להיצמדות החלבונים נחלקים לשני סוגים: גורמים ייחודיים כגון התאמה מבנית בין מולקולות של שני חלבונים מסוימים; וגורמים כלליים המשפיעים על כל החלבונים שמחפשים לעצמם בני-זוג בסביבה הצפופה של חלל התא. כל שתי מולקולות של חלבונים ש"שואפות" להיצמד זו לזו, חייבות בתחילה למצוא זו את זו בהמון הסואן של מולקולות חלבוניות אחרות הנעות גם הן בחלל התא, במטרה דומה. בשלב השני, לאחר שנפגשו, הן חייבות לנוע זו לעומת זו כך שאתרי ההתאמה שלהן יימצאו במצב שיאפשר להם להשתלב ולהיצמד. באופן אינטואיטיבי, אפשר היה לצפות שהצפיפות העצומה שמאפיינת את חלל התא תגרום עיכובים משמעותיים בתהליכי האיתור ההדדי וההיצמדות. מצד שני, ידוע ש"בחיים האמיתיים" היצמדויות כאלה מתחוללות בפועל במהירויות גדולות. כיצד מצליחים החלבונים למצוא בהמון הסואן את מולקולות המטרה שלהם, ולהיצמד אליהן במהירות וביעילות? זו השאלה שעמדה במרכז מחקרו של פרופ' גלעד הרן מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, ששיתף פעולה עם פרופ' גדעון שרייבר מהמחלקה לכימיה ביולוגית. יחד עם תלמידי המחקר יוסי קוטנר ונוגה קוצר, ותוך שימוש בשיטות מדידה פיסיקליות מתקדמות, יצרו המדענים שתי סביבות מדומות: סביבה המאוכלסת בצפיפות במולקולות פולימריות (חלבונים הם סוג של פולימר), הדומה לסביבה הצפופה של חלל התא; וסביבה מיימית, שמהווה הדמיה של סביבה פנויה כמעט לחלוטין ובעלת צמיגות נמוכה. לתוך הסביבות הווירטואליות הללו הוכנסו מודלים של מולקולות חלבוניות המתאימות זו לזו ו"שואפות" להתאחד ולהיצמד זו לזו.
 
כצפוי, הצורך להידחף דרך המון המולקולות הפולימריות האט את משך הזמן שנדרש לחלבונים לנוע זה לקראת זה. אבל כשהמולקולות החלבוניות הגיעו למצב שבו המרחק ביניהן היה קטן מגודלה של מולקולה פולימרית (כלומר, למצב שבו מולקולות פולימריות, דמויות חלבון, לא יכלו עוד להפריד ביניהם), מילאה הסביבה הצפופה תפקיד ממריץ ומעודד להיצמדות. המון הפולימרים שהקיף את שני "בני הזוג" יצר עליהם לחץ סביבתי להסתובב זה לעומת זה במהירות, לכוון את אתרי ההתאמה שלהם זה לעומת זה - ולהיצמד. במילים אחרות, בסביבה הצפופה, הדומה לחלל התא, נוצרה האטה בשלב הראשון החיוני להיצמדות,והאצה של השלב השני. כך התברר, שהמהירות הסופית שבה מתחוללת היצמדות חלבונים בסביבה צפופה מאוד אינה שונה בהרבה (אם כי היא איטית במקצת) מהמהירות שבה מתבצעת היצמדות בסביבה ריקה לחלוטין, כגון הסביבה המימית.
 
הבנת הגורמים הכלליים המשפיעים על התהליך הבסיסי של היצמדות חלבונים עשויה לסייע בעתיד בפיתוח שיטות חדשות להובלת תרופות אל האתרים שבהם הן אמורות לפעול בגוף.
 
למעלה: תהליך זיהוי והיצמדות חלבונים בסביבה מיימית.למטה: אותו תהליך בסביבה המאוכלסת בצפיפות במולקולות פולימריות
 
עברית

סימני שבירה

עברית
פרופ' איתמר פרוקצ'יה ותלמידי המחקר ערן בוכבינדר ושני סלע. שוברים
 
האם אפשר היה לדעת מראש, כי הסכרים שהגנו על ניו אורלינס יישברו בלחצם של גלי הענק אשר יצרה סופת ההוריקן קתרינה? האם אפשר לנבא מתי, ובאילו תנאים, תביא "עייפות החומר" להתרסקותם של מטוסים, או להתמוטטות גשרים? מחקר של מדעני מכון ויצמן מציע תשובה מקורית לשאלות הרות גורל אלה.
 
המדענים, פרופ' איתמר פרוקצ'יה ותלמידי המחקר ערן בוכבינדר ושני סלע מהמחלקה לפיסיקה כימית במכון ויצמן למדע, ביקשו להבין את הדינמיקה של היווצרות שברים בחומרים שונים. מדענים בכל העולם מבצעים ניסיונות ועוקבים אחרי היווצרות שברים, אך עד כה לא נוסחה תיאוריה שהצליחה לנבא את השלבים השונים של תהליך היווצרות השבר.
 
כאשר כוח מופעל על חומר (למשל, כאשר אבן מושלכת ופוגעת בזכוכית), מתחיל להיווצר שבר בשכבות הפנימיות של החומר. בלחץ הכוח שהפעילה האבן הפוגעת השבר מתקדם ונע בתוך החומר במהירות הגוברת בהדרגה, עד שבשלב מסוים הוא גורם לריסוק המבנה של לוח הזכוכית. קו השבר מתקדם בתוך החומר בכיוון שמושפע מהכוח שהופעל עליו ומצורתו, תוך שהוא יוצר הסתעפויות של שברי משנה היוצרים יחד מבנה המזכיר אידרת דג, דבר שלעיתים יוצר פני שטח הרריים (מיקרוסקופיים) על פני השטח של השבר. פיסיקאים שביקשו לנבא את צורת השבר ואת הדינמיקה שלו נתקלו בקושי, מכיוון שכיווניות התנועה של השבר גרמה לכך שמכל זווית התבוננות, או מדידה, אותו שבר עצמו נראה אחרת. דבר זה היקשה מאוד על הבנת תוצאות המדידה, ולא איפשר הבנה מעמיקה של אופן התפתחות השבר.
 
פרופ' פרוקצ'יה וחברי קבוצתו חיפשו דרךשתאפשר להם לנתח מידע שהתקבל מניסויים בהיווצרות שברים, ולנבא את הדינמיקה של התפתחות השבר ללא תלות בכיוון שממנו מתבצעת המדידה. כדי לעשות זאת הם חילקו את פני השטח ההרריים לפלחים בעלי מאפיינים ייחודיים, שבכל אחד מהם אפשר למדוד את השבר המתהווה ולייחס לו כיווניות מסוימת ותכונות נוספות. שיקלול מורכב של תמונת המצב שמתקבלת מכל פלחי המדידה, איפשר להם להבין את דינמיקת השבר ללאתלות בכיוון שממנו מבוצעת המדידה, ולסלול את הדרך שתאפשר בעתיד לנבא בהצלחה את כיוון תנועת השבר ואת השפעתו הסופית על החומר שבו השבר מתחולל.
 
בדרך זו הצליחו המדענים למצוא מאפיינים בסיסיים של דינמיקת היווצרות השברים בחומרים שונים, כגון לוח פלסטיק מסוים, זכוכית, מתכת ועוד. מחקרים מקיפים שייתבססו על התיאוריה החדשה יאפשרו למדענים ולמהנדסים ללמוד על אופיים האמיתי של חומרים שונים, ועל הדרך שבה מתפתחים תהליכי שבירה בחומרים אלה. מחקרים כאלה עשויים לאפשר ניבוי של הדרך שבה חומרים שונים (למשל סכר, או כנף של מטוס), יעמדו בלחצים ובמאמצים מסוימים, וכיצד הם יעשו זאת במשך הזמן, לאחר שנוצרו ונצברו בהם שברים וסדקים שאינם נראים על פני השטח.
 
עברית

תאים מלאכותיים ישמשו לזיהוי חלבונים

עברית
ד"ר דן תופיק. התבטאות
 
שיטה חדשה לזיהוי חלבונים על-פי פעילותם, שפיתחו מדעני מכון ויצמן למדע, עשויה להאיץ את התהליך פי כמה מאות. בגוף האדם קיימים כ100,000- סוגי חלבונים, המהווים כ-90% מהחומר היבש בגוף. חלבונים ממלאים תפקיד מרכזי ברוב תהליכי החיים, ושיבושים בפעילותם (כתוצאה מעודף, מחסור, תיפקוד יתר או תיפקוד לקוי) הם הגורמים לרוב המחלות. מכאן ברורה חשיבות היכולת של מדענים ורופאים לזהות חלבונים ביעילות ובמהירות.
 
תהליך הזיהוי של מולקולת חלבון בעלת תכונות מסוימות מחייב, בשיטות הקיימות, מיון של מיליוני, או אפילו מיליארדי, אפשרויות. השיטה החדשה, שפיתחו ד"ר דן תופיק והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר אמיר אהרוני מהמחלקה לכימיה ביולוגית במכון ויצמן למדע, יחד עם פרופ' שלמה מגדסי מהאוניברסיטה העברית, בתמיכת משרד המדע והטכנולוגיה, מאפשרת לקיים מיליוני ניסויים במקביל, דבר שמאיץ את התהליך בשיעור של פי כמה מאות.
 
השיטה מבוססת על שימוש במעין "תאים מלאכותיים", העשויים טיפות של מים הלכודות בתוך טיפות שמן, כאשר שכבת השמן מדמה את הקרום השומני העוטף את התא החי וחוצץ בין הסביבה החיצונית לסביבה הפנים-תאית. המדענים מכניסים חומרים שונים (גנים, חלבונים, ועוד) לתוך הסביבה הסגורה ב"תאים", ואז בוחנים את יחסי הגומלין ואת התהליכים שמתחוללים ב"תא" המלאכותי. אמולסיה זו, המבוססת על מים ושמן, קרויה באנגלית "WOW" - ראשי תיבות של מים- שמן-מים.
 
לדוגמה, כדי ללמוד על שיעור הביטוי והפעילות של גן מסוים (ביטוי של גן משמעו ייצור החלבון שאותו מקודד הגן), השתמשו המדענים בסמן פלואורוסצנטי הזוהר כאשר הוא מופעל על-ידי החלבון שמקודד בגן הזה. כאשר מיליוני מערכות כאלה הוכנסו למיליוני "תאים מלאכותיים", אפשר היה להבחין בקלות ב"תאים" הזוהרים, ולהפריד אותם מאלה שבהם לא נמצא החלבון המבוקש, ולכן נותרו "כבויים". מתקני מיון אוטומטיים, הקיימים כיום כמעט בכל מעבדה, מסוגלים לבחון ולמיין אלפי טיפות בשנייה. "חיפושים שנמשכים כיום שנה", אומר ד"ר תופיק, "יסתיימו באמצעות השיטה החדשה בתוך ימים אחדים".
 
עברית

זיכרון דברים

עברית
מימין לשמאל: תלמיד המחקר יניב זיו, פרופ' מיכל שוורץ ותלמידי המחקר, נגה רון ואולג בוטובסקי. תאים מתחדשים
 
 
היו לילות אני אותם זוכרת,
אני אותם אשא עד סוף ימי אשא
 

היו לילות

מילים: יעקב אורלנד
לחן:מרדכי זעירא
הביצוע הזכור ביותר: אסתר עופרים
 
תאי המערכת החיסונית תורמים לשמירת היכולת לבצע תהליכי למידה וזיכרון, וכן לתהליכי התחדשות של תאי עצב במוח במשך כל תקופת החיים. קבוצת מדענים, בראשות פרופ' מיכל שוורץ מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע,תיארה את התפיסה החדשה הזאת במאמר שפורסם באחרונה בכתב העת המדעי "נייצ'ר נירוסיינס".
 
במשך זמן רב סברו המדענים, כי האדם נולד כשמוחו מכיל כמות קבועה של תאי עצב, שמתים לשיעורים בחלוף הזמן, ואינם יכולים להתחדש. אבל בשנים האחרונות פירסמו כמה קבוצות מחקר, ממקומות שונים בעולם, מחקרים שלפיהם תאים חדשים בכל זאת נוצרים באזורים מסוימים במוח, ובהם אחד מהאזורים המעורבים בתהליכים מסוימים של למידה וזיכרון (היפוקמפוס). תהליך זה של יצירת תאי עצב חדשים מתחולל במיוחד לאחר חשיפה לסביבה עשירה בגירויים סביבתיים, וכן בעקבות פעילות גופנית. תפקידם של התאים החדשים הללו עדיין אינו ברור, אולם אחת ההנחות היא, כי הם נועדו לשמר ולחדש יכולות של המוח. אחת השאלות המרכזיות שנותרה פתוחה היא: כיצד מעביר הגוף למוח אותות המורים לו להגביר את היווצרותם של תאים חדשים. מדעני מכון ויצמן מציעים עכשיו הסבר לתופעה זו.
 
ההסבר החדש מבוסס על תפיסה חדשה של תפקיד המערכת החיסונית ב"מרחב הפעולה" של מערכת העצבים המרכזית, הכוללת את המוח, חוט השדרה, וכמה עצבים בודדים דוגמת עצב הראייה. למעשה,במשך שנים רבות נחשב המוח ל"עיר אסורה"בשביל המערכת החיסונית, שנתפסה כגורםשעלול להזיק לרשתות המורכבות והדינמיותשל תאי העצב. סכנה גדולה עוד יותר יוחסהלנוכחותם ולפעילותם של תאים אוטו-אימוניים במוח. תאים אלה (שלא כמו התאיםהאחרים במערכת החיסונית, אשר תוקפים פולשים זרים וגורמי מחלות), מזהים מרכיביםעצמיים של הגוף, תהליך שאם יתחולל ללא בקרה מתאימה, עלול לגרום להתפתחות מחלה אוטו-אימונית, דוגמת טרשת נפוצה. לפיכך, בעבר, מדענים שגילו נוכחות של תאים אוטו-אימוניים במערכת עצבים מרכזית בריאה, ייחסו זאת לכשל של הגוף בסילוק התאים הלא רצויים הללו. לעומתם, מדעני מכון ויצמן למדע, בראשות פרופ' שוורץ, סבורים שאוטו-אימוניות כשלעצמה אינה מזיקה ואף נחוצה, וכי מדובר בשאלה של "מידה טובה". אוטו-אימוניות לא מבוקרתאכן עלולה להזיק, אבל כשהיא מתקיימת במידה הנכונה, אותה תופעה עצמה עשויה דווקא להועיל ולסייע בעיכוב מחלות ניווניותכגון פרקינסון, אלצהיימר, גלאוקומה, ALS והתנוונות עצבית עקב שבץ מוחי, או כל פגיעה במערכת העצבים המרכזית.
 
קבוצת המחקר של פרופ' שוורץ הראתה בעבר, כי תאי המערכת החיסונית (תאי T), המזהים מרכיבים של מערכת העצבים המרכזית, מווסתים את התגובה החיסונית נגד חומרים רעילים המופרשים באזורים פגועים, ומעורבים בתהליכי ניוון עצביים (תופעה המוכרת במקרים של חבלות ראש, וכן לאחר שבץ מוחי).
 
במחקר הנוכחי הראו המדענים, שאותם תאים חיסוניים המזהים חלבונים עצמיים (תאים אוטו-אימוניים) מסייעים גם בתהליכים מרכזיים המתחוללים במוח בריא, דוגמת למידה וזיכרון. הם משערים, כי סיוע זה מתבטא בעידוד היווצרותם של תאי מוח חדשים באיזור ההיפוקמפוס, המשרת יצירת זיכרונות חדשים מסוגים מסוימים. קבוצת המחקר שביצעה את המחקר הזה כוללת, בנוסף לפרופ' שוורץ, את החוקר הבתר- דוקטוריאלי ד"ר יונתן קיפניס (כיום בנברסקה), ואת תלמידי המחקר יניב זיו, נגה רון ואולג בוטובסקי. יחד אתם עבדה ד"ר חגית כהן מאוניברסיטת בן- גוריון בנגב.
 
קבוצות אחדות של חוקרים דיווחו בעבר, כי במוחן (בהיפוקמפוס) של חולדות שחיות בסביבה עשירה בגירויים נוצרים יותר תאי מוח חדשים בהשוואה לכמות התאים החדשים שנוצרים במוחן של חולדות החיות בסביבה רגילה. המחקר הנוכחי קושר לראשונה את התופעה הזאת להימצאות תאים של המערכת החיסונית בהיפוקמפוס.כדי לבחון האם נוכחותם של תאי המערכת החיסונית, ובכללם תאי T, אכן חיונית להתחדשות התאים במוח, בדקו המדענים עכברים בעלי מערכת חיסונית פגומה. נמצא, כי במוחם של עכברים אלו נוצרו הרבה פחות תאי עצב חדשים. בנוסף, מתברר שכאשר מזריקים תאי T שנלקחו מעכבר נורמלי לעכברים בעלי מערכת חיסונית פגומה, ניתן להעלות את כמות תאי העצב החדשים הנוצרים במוחו, כמעט לרמה האופיינית לעכבר בריא. מכאן הסיקו המדענים, כי תאי T חיוניים לתהליכי ההתחדשות של תאי עצב במוח, וכי תיקון המערכת החיסונית יכול לפצות על חסר זה במוח.
 
סדרה נוספת של ניסויים בוצעה במטרה לאפיין את תאי ה- T הספציפיים המאפשרים יצירת תאי עצב חדשים. נמצא, כי בעכברים שהונדסו גנטית כך שכל תאי ה- T בגופם יזהו מרכיבים של מערכת העצבים, נוצרו יותר תאי עצב חדשים בהשוואה לעכברים רגילים. עכברים אלה גם ביצעו טוב יותר משימות של למידה וזיכרון בהשוואה לעכברים רגילים. לעומת זאת, בעכברים שתאי ה- T בגופם אינם מזהים כלל מרכיבים של מערכת העצבים, נוצרו פחות תאי עצב חדשים, בדומה לעכברים בעלי מערכת חיסונית פגומה. עכברים אלה גם התקשו בביצוע משימות למידה וזיכרון.
 
פרופ' שוורץ: "אנו סבורים, שתאי T אוטו- אימוניים עשויים לסייע לאורגניזם לממש את מלוא הפוטנציאל של המוח שלו. ממצאי המחקר שלנו מראים, כי הגוף מעביר למוח, באמצעות המערכת החיסונית, מסרים המווסתים בין השאר יכולות של למידה וזיכרון. ייתכן גם שאובדן זיכרון המתחולל בגילים מתקדמים נובע, לפחות בחלקו, מהיחלשות של המערכת החיסונית, או לחילופין מאובדן פעילות של אותם תאים האחראיים לתחזוקת המוח. אם אלה הם אכן פני הדברים, ייתכן שתגליותינו עשויות לתרום, בעתיד, לפיתוח דרכים חדשות לטיפול באובדן זיכרון הנובע מהזדקנות".
 
 
 
מבחן למידה וזיכרון שבו עכברים אשר מנסים לשרוד בבריכת מים עגולה נדרשים לזכור את מיקומה של במה מוגבהת, הממוקמת מתחת לפני המים, ומאפשרת להם מדרך רגל. שורת התרשימים העליונה מתעדת את התפתחות, התפתחות התקצרות והתייעלות מסלולי השחייה של עכברים בעלי כושר למידה וזיכרון תקינים, שורת התרשימים התחתונה מתעדת את הישגהם הפחותים בהרבה של עכברים שבגופם לא מצויים תאי T המזהים מרכיבים עצמיים של הגוף (תאים אוטו-אימוניים)
 

תא לחץ

 
תאי T המזהים חלבונים עצמיים במערכת העצבים המרכזית, בעכברים, מפחיתים נזקים נפשיים הנובעים מאירועים המזכירים תסמונת פוסט-טראומטית. לעומת זאת, עכברים החסרים את התאים האלה ניזוקים יותר במצבים משבריים דומים. ממצאים אלה עולים מסדרת ניסויים נוספת שביצעה קבוצת המחקר של פרופ' שוורץ, ותוארה באחרונה בכתב העת המדעי Journal of Neurobiology.
 
פרופ' שוורץ אומרת, שממצאים אלה יובילו, אולי, בעתיד, לפיתוח חיסונים על בסיס תאי T, שיוכלו לסייע לסובלים מתסמונת פוסט-טראומטית.
 
עברית

עמודים