במעבדתה של פרופ' מיכל שוורץ מהמחלקה לנוירוביולוגיה התגלו באחרונה ממצאים, שעשויים להסביר את הקשר בין האבולוציה של המוח לבין איבוד יכולת הריפוי העצמי שלו. ממצאים אלה עשויים להוביל לפיתוח שיטה לחידוש יכולת הריפוי העצמי של המוח לאחר חבלה. שיטה כזאת עשויה לאפשר גם שיחזור של סיבי עצב פגועים במערכת העצבים המרכזית (למשל, חוט השדרה), דבר שמשמעותו עשויה להיות יכולת להחזיר תפקודים (בעיקר תפקודי תנועה), שאבדו כתוצאה מחבלה בסיב העצב.

 

התפתחות אבולוציונית מתבטאת בין היתר בהשגת יתרונות חשובים, אבל לעיתים היא כרוכה באובדן תפקודים רצויים. לדוגמא, השוואה בין מוחות של בעלי חיים עילאיים למוחות של בעלי חיים ירודים מעלה, כי מוחו של בעל החיים העילאי מפותח ומורכב יותר (תוצאה של תהליכי האבולוציה); אבל לצד היתרון הזה איבד המוח המתפתח את יכולתו לרפא את עצמו לאחר חבלה. כך, למשל, זה זמן רב ידוע שבעלי חיים ירודים יחסית, כמו דגים, מסוגלים להצמיח מחדש סיבי עצב שנפגעו במערכת העצבים המרכזית שלהם ולהחזיר לעצמם תפקודים שאבדו, ואילו בעלי חיים עילאיים, כמו יונקים בכלל ובני אדם בפרט, אינם מסוגלים לעשות זאת. כאשר סיב עצב במערכת העצבים המרכזית של בעל חיים עילאי נפגע (למשל, חוט השדרה), הוא אינו מסוגל לשחזר את עצמו, דבר שבמקרים רבים עלול לגרום לשיתוק קבוע.

 

בדרך הטבע, כאשר רקמה כלשהי נפגעת היא מזעיקה לעזרתה תאים מהמערכת החיסונית, בעיקר מקרופגים, המעורבים בתהליכי ריפוי פצעים, בסילוק תאים מתים, ובייצור "חומרי החלמה" שונים. תאים אלה מגיעים אל האזור הפגוע ומסייעים בשיקומו. אלא שמערכת העצבים המרכזית בבעלי חיים עילאיים יוצאת מהכלל הזה: כשהיא נפגעת, היא אינה מזעיקה לעזרתה את המערכת החיסונית (דבר שמנציח את הנזק).

 

מדוע איבדו בעלי החיים העילאיים את היכולת לשחזר סיבי עצב פגועים במערכת העצבים המרכזית שלהם? פרופ' מיכל שוורץ: "במוחותיהם של בעלי חיים עילאיים פועל מנגנון שמגן על מערכת העצבים המרכזית מפני תאי המערכת החיסונית. המנגנון הזה התפתח כנראה במהלך האבולוציה, כדי לשמר ולהבטיח את יציבותן של התארגנויות חדשות של תאי עצב, שנוצרות בתהליכי למידה והבנה של הפרט. ייתכן שפעילות נמרצת מדי של המערכת החיסונית, המזהה שינויים בהתארגנויות של תאי עצב, עלולה לשנות את ההתארגנויות האלה ואף להרוס אותן.

 

"מערך ההגנה החיסוני, המבקש למנוע כל שינוי או זעזוע, בולם 'באותה הזדמנות' גם את הסיוע הפוטנציאלי של המערכת החיסונית (ובמיוחד של תאי המקרופגים) לתהליכי החלמתם של סיבי העצב. המחקר שלנו העלה כי - בניגוד לתפיסות שרווחו עד כה - סיועה של המערכת החיסונית חיוני גם לריפויים של סיבי העצב הפגועים, כמו שהוא חיוני לכל מערכת אחרת בגוף הנמצאת בתהליך החלמה. אלא שכאמור, הסיוע הזה לא מגיע ליעדו כתוצאה מפעילותו של מנגנון ההגנה שנועד למנוע מגע בין המערכת החיסונית לבין המוח. כך, למעשה, הופך היתרון האבולוציוני שמעניק מנגנון ההגנה למוח הבריא לחיסרון 'מנקודת ראותו' של המוח החבול. במלים אחרות: ייתכן שאובדן יכולת ההתחדשות של סיבי עצב פגועים נובע מתרומה לקויה של המערכת החיסונית לתהליכי הריפוי של נזקים במערכת העצבים המרכזית. התפתחותה של התגובה הלקויה הזאת היתה ה'מחיר' ששולם בעד השמירה על הישגי האבולוציה של המוח, ובכלל זה המוח האנושי".

 

הבנה מקורית זו של הבסיס האבולוציוני ביחס ל"מערכת היחסים" שהתפתחה בין המערכת החיסונית לבין מערכת העצבים המרכזית, ולקשר שבינה לבין אובדן יכולת ההחלמה וההתחדשות של סיבי עצב במערכת העצבים המרכזית של בעלי חיים עילאיים, נובעת ממחקר שבוצע בקבוצת המחקר של פרופ' מיכל שוורץ. חוקרי הקבוצה מצאו כמויות גדולות מאוד של תאי מקרופגים בסביבתם של סיבי עצב פגועים ממערכת העצבים המרכזית בדגים, ולעומת זאת, מצאו רק מעט מאוד מקרופגים בקרבת סיבי עצב פגועים במערכת העצבים המרכזית בבעלי חיים עילאיים. הם גם מצאו, שמעט המקרופגים שהמוח העילאי הפגוע מצליח לגייס אינם פעילים ("מרוגשים") במידה אופטימלית. בניסוי שנועד לבחון את מידת ה"ריגוש" של תאי המקרופגים גילו החוקרים, שתאי מקרופגים המוזעקים לתיקון נזק בסיב עצב היקפי הם "מרוגשים" מאוד, דבר שמתבטא בפעילות יעילה. לעומת זאת, נמצא שמקרופגים שמוזעקים בעקבות נזק בסיב עצב מרכזי של בעל חיים עילאי כמעט שאינם "מרוגשים", דבר שגורם תגובה לא יעילה.

 

ממצא זה הוביל לניסוי נוסף, שבמסגרתו עקפו החוקרים את יכולתו המעטה של סיב עצב מרכזי פגוע לגייס ו"לרגש" את תאי המקרופגים, ובדקו את האפשרות להגביר את יכולת הריפוי העצמי של סיב עצב פגוע במערכת העצבים המרכזית. במהלך הניסוי בודדו החוקרים תאי מקרופגים והניחו אותם - במעבדה - בנוכחות עצב היקפי פגוע. כתוצאה מכך "רוגשו" המקרופגים (שקלטו את אותות המצוקה של סיב העצב ההיקפי הפגוע). בשלב זה החזירו החוקרים את המקרופגים ה"מרוגשים" (או ה"מחו-נכים מחדש") לאתר הפגוע בממערכת ה-עצבים המרכזית. התוצאה: המקרופגים ה-"מרוגשים" תרמו להפיכת אזור הנזק בסיב העצב המרכזי ל"סביבה מעודדת צמיחה". ואכן, תאי העצב המרכזי באזור זה החלו לצמוח ולהתארך.

 

בצוות המחקר שביצע את הניסוי הזה השתתפו גם ד"ר אריה סולומון מהמכון לחקר העין בבית החולים ע"ש שיבא בתל-השומר, וכן תלמידי המחקר אורלי לזרוב שפיגלר ודייוויד הירשברג ממכון ויצמן למדע. דו"ח מחקר זה מתפרסם בימים אלה בכתב העת של האגודה האמריקאית לביולוגיה ניסויית, וצויין לשבח בכינוס האגודה הבינ"ל לנוירוטראומה.

 

ממצאים אלה עשויים להוביל למציאת דרך פיסיולוגית לעידוד צמיחה והתחדשות של סיבי עצב פגועים, תוך עקיפת מנגנון ההגנה המונע מהמערכת החיסונית לסייע בתיקון נזקים במערכת העצבים המרכזית. דרך כזאת עשויה - בעתיד - לאפשר החזרה של תפקודים (בעיקר תפקודי תנועה) שאבדו כתוצאה מפגיעות בסיבי עצב של מערכת העצבים המרכזית. "עם זאת", אומרת פרופ' שוורץ, "כדי להגיע ליישומים רפואיים מעשיים של התפיסה החדשה, יש צורך בעבודת מחקר רבה שתימשך מספר שנים".

 

 

 

מערכת ביולוגית ייחודית לבחינת פעילותם של הורמונים בגוף פותחה באחרונה על ידי הפרופ' אברהם אמסטרדם מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון ויצמן למדע. מערכת זו מבוססת על תאי שחלה שהותאמו לתפקידם החדש בטכניקות של הנדסה גנטית.

 

הורמונים הם חומרי בקרה ושליטה, שבאמצעותם הגוף מפעיל ומתאם מערכות ביולוגיות שונות, החל מוויסות לחץ דם וכלה בהתפתחות מינית. לפיכך נודעת חשיבות רבה ליכולת למדוד את שיעוריהם של ההורמונים השונים בגוף. אלא שלמעשה, אין די במדידת כמותו של הורמון.

 

כדי להעריך נכונה את יכולתו של ההורמון להשפיע על המערכות הביולוגיות השונות, יש לבחון את מידת יכולתו להיקשר לקולטנים המצויים על תאי המטרה שלו.

 

היקשרות כזאת פותחת רצף של תהליכים ביוכימיים שגורמים לתאים לייצר חומרים מסוימים - אשר משפיעים על תהליכים שונים בגוף.

 

פרופ' אמסטרדם וחברי צוות המחקר שלו, ד"ר נגונדר סלבראז' ועדה דנטס, נטלו תאי שחלה והקנו להם - בדרך של הנדסה גנטית - יכולת להתרבות ללא הרף. לאחר מכן, בטכניקות של הנדסה גנטית, שתלו בתאים האלה גנים מסוימים שגרמו לתאים לייצר ולהציג על קרומיהם קולטנים חלבוניים שונים, שאליהם יכולים להיקשר הורמוני מין או אדרנלין. למעשה, החוקרים פיתחו כמה שושלות תאים, שכל אחת מהן כוללת תאים אשר מציגים על קרומיהם קולטן מסוים, המתאים לקשירה בררנית של הורמון מסוים בלבד.

 

היקשרות ההורמונים לקולטנים גורמת לתאים לייצר חומרים מסוימים, שאת כמותם אפשר למדוד, ועל פיה אפשר להסיק על מידת פעילותם של ההורמונים השונים.

 

מחקר זה בוצע במימון משרד המדע ומרכז מינרבה ע"ש ד"ר יוסף כהן במכון ויצמן למדע, ובשיתוף פעולה עם ד"ר רינה לימור ופרופ' אברהם גולנדר מהמרכז הרפואי ע"ש סוראסקי בתל אביב.

 

 

 

ד"ר מרים אייזנשטיין ופרופ' אפרים קציר ממכון ויצמן למדע זכו בתחרות בינלאומית לחיזוי ממוחשב של הדרך שבה חלבון-בולם נצמד ומנטרל את האנזים שבאמצעותו חיידקים גורמי מחלות מתחמקים מתרופות אנטיביוטיות דמויות פניצילין. החיזוי בוצע באמצעות "מתכון" ממוחשב שפותח בידי צוות חוקרים רב תחומי שפעל במכון ויצמן למדע, בראשותו של פרופ' אפריים קציר.

 

חיידקים שונים שפיתחו כושר עמידות כנגד תרופות אנטיביוטיות דמויות פניצילין, מפרישים את האנזים לקטמאז-ביתא, וכך הם מפרקים את החומרים התרופתיים שנועדו לפעול נגדם. דרך אחת לניטרול הנשק החיידקי הזה, מבוססת על חלבון-בולם שמיוצר בדרך הטבע על ידי חיידקים אחרים. החלבון הבולם נצמד לאנזים החיידקי ומדכא את פעילותו. הבנה טובה יותר של התהליך הזה עשויה לאפשר הכחדה יעילה של חיידקים גורמי מחלות שפיתחו עמידות כנגד תרופות אנטיביוטיות דמויות פניצילין.

 

המדען הקנדי ד"ר מייקל ג'יימס, שביצע ניסוי שקירב אותו לגילוי הדרך המדוייקת שבה החלבון הבולם נצמד לאנזים החיידקי לקטמאז-ביתא, הציע אתגר לחוקרים רבים בעולם שמתמחים בחיזוי ממוחשב של מבנים משולבים של זוגות מולקולות. שש קבוצות מחקר שפועלות במקומות שונים בעולם נענו לאתגר והציעו 40 תחזיות שונות באשר לעיצובו של המבנה המשולב שכולל את החלבון הבולם ואת האנזים לקטמאז-ביתא.

 

ד"ר מרים אייזנשטיין ממכון ויצמן למדע ברחובות, הצליחה לענות על השאלה באמצעות יישומו של "מתכון" ממוחשב שפותח במכון ויצמן למדע על ידי צוות חוקרים רב-תחומי בראשותו של הפרופ' אפרים קציר. חברי הצוות היו ד"ר יצחק שריב, ד"ר מרים אייזנשטיין, פרופ' אשר פריזם, ד"ר קלוד אפללו, וד"ר איליה ואקסר. ה"מתכון" שניסח הצוות הישראלי הוא שורת פקודות מחשב שגורמת להזזה של מודלים ממוחשבים תלת-ממדיים של המולקולות הנחקרות, זו כנגד זו, עד שנמצא השילוב הטוב ביותר שמאפשר להן להיצמד זו לזו.

 

זמן לא רב לאחר שקבוצות המחקר שהשתתפו בתחרות הגישו את תחזיותיהם לד"ר ג'יימס, התגלה המבנה שבו החלבון הבולם והאנזים החיידקי לקטמאז-ביתא נצמדים זה לזה בפועל. התחזית שהגישה ד"ר מרים אייזנשטיין ממכון ויצמן למדע, נמצאה הקרובה ביותר למבנה המציאותי.

 

ה"מתכון" המנצח שפותח על ידי חוקרי מכון ויצמן למדע, נועד לבחון באמצעות מודלים ממוחשבים את יכולתן של מולקולות שונות לזהות מולקולות אחרות ולהיצמד אליהן. תהליך זה של הכרה ספציפית בין מולקולות, הוא אחד מהתהליכים הבסיסיים ביותר והחיוניים לפעילותם של כל הצמחים ובעלי החיים, לרבות האדם. הבנה טובה יותר של תהליך ה"הכרה" הבין-מולקולרי עשויה לאפשר את ביצוען של מניפולציות שונות בגורמי ההכרה וההיצמדות הבין-מולקולריים, כך שאפשר יהיה להאיץ או להאט (ואפילו לבלום) תהליכים שונים (כגון התהליך שבו החלבון הבולם נצמד אל האנזים החיידקי לקטמאז-ביתא ומנטרל אותו, דבר שחושף שוב את החיידק להשפעתן של התרופות האנטיביוטיות דמויות הפניצילין).

 

חלק מ"סוד ההכרה" בין מולקולות, נובע מהתאמה מבנית ביניהן - כמו ההתאמה שבין שני חלקים מתאימים של משחק "פאזל" (תצרף) תלת-ממדי, או כמו ההתאמה שבין מפתח למנעול. בנוסף להתאמה המבנית פועלים בין המולקולות כוחות פיסיקליים שונים המפעילים משיכה ודחייה. ה"מתכון" שפיתח הצוות הרב-תחומי שפעל בראשותו של הפרופ' אפרים קציר, השתמש בתכונת ההתאמה המבנית במטרה לחזות מראש האם וכיצד שתי מולקולות (שהמבנה שלהן עצמן ידוע) יכירו זו את זו וייצמדו זו לזו.

 

בימים אלה עוסק צוות החוקרים הרב תחומי במכון ויצמן למדע, בהרחבת ובפיתוח ה"מתכון" המנצח, כך שיכלול גם את השפעתם של מטענים חשמליים (אלקטרו-סטטיים) על תהליכי ההכרה וההיצמדות הבין-מולקולריים. שכלולים אלה של המתכון יאפשרו ליישם אותו בעתיד בתכנון תרופות חדשות.

 

בנוסף נבדקת האפשרות להשתמש במתכון למטרות נוספות, דוגמת בניית מודלים של סיבים ביו-מולקולריים.

 

המחקר נתמך על ידי קרן רש"י.