מהנדס שהפך לרופא פוגש פיסיקאי. זו לא התחלה של בדיחה, אלא תחילתו של מסלול מחקר יצירתי ומפתיע, אשר עשוי לשנות ללא הכר את אחד מתחומי הרפואה הנפוצים ביותר: רפואת דרכי השתן ומערכת הרבייה של הגבר.
בפרק הראשון של הסיפור, המהנדס יגאל גת השתעמם. העיסוק בהנדסה כבר לא עשה לו את זה. אז הוא הניח את הכל מאחוריו והלך ללמוד רפואה. בפרק השני הוא למד לדעת, להפתעתו, שהידע שצבר במקצועו הקודם מסייע לו בפתרון בעיות בתחום שבו התמחה: תהליכי פריון בגברים. "החדירה של תא הזרע מבעד לקרום הביצית, למשל, היא פעולה מכנית מורכבת, שידע הנדסי עשוי בהחלט לסייע בהבנתה".
בפרק השלישי, שבו הרחיב את תחום עיסוקו גם לרפואת דרכי הזרע והשתן בגברים, כבר עשה שימוש נרחב ומשמעותי בידע ההנדסי שלו. אחת התופעות הנפוצות ביותר בתחום רפואי זה היא הגדלת בלוטת הערמונית בגברים שעוברים את גיל 60. "מדובר בתופעה הנובעת מגורם אחד בלבד", הוא אומר. "כמויות גדולות מדי של הורמון המין הגברי, טסטוסטרון, המגיעות אל הערמונית. גודלה של בלוטה זו תלוי לחלוטין באספקה הזאת. יותר טסטוסטרון גורם לגידול של הבלוטה. הפחתה בכמות הטסטוסטרון המגיעה אליה מקטינה את הבלוטה - גם לאחר שכבר גדלה אל מעבר לרצוי".
במקרים רבים, כמויות הטסטוסטרון שמגיעות אל הערמונית גדלות במידה רבה מאוד כתוצאה מהרס של שסתומים חד-כיווניים במערכת הניקוז של האשכים. בעצם, אפשר לומר שהצרות בתחום הזה נובעות מהעובדה שבני-אדם הולכים זקופים על שתי רגליים, בניגוד לחיות שהולכות על ארבע, שלהן אין בעיות ניקוז כאלה. אבל יצור שמתעקש ללכת זקוף צריך להעלות דם ורידי מהאשכים אל הלב. הבעיה היא, שהעלאה כזאת של נוזל הדם הוורידי נעשית כנגד כוח הכבידה. לשם כך קיימים בוורידים שסתומים חד-כיווניים שמאפשרים תנועה כלפי מעלה, וחוסמים תנועה כלפי מטה (שסתומים דומים מבצעים פעולה דומה בוורידי הרגליים).
"אלא שבחלוף השנים", אומר ד"ר גת, "נשחקים ומתבלים השסתומים האלה. כך, למעשה, לכל הגברים המגיעים לעשורהתשיעי או העשירי לחייהם כבר אין שסתומים תקינים בוורידי האשכים".
התקלה בשסתומים גורמת עלייה בלחץ של נוזל הדם הוורידי באיזור הניקוז של האשכים, שמתגבר על הלחץ של נוזל הדם העורקי הנושא עמו חמצן הנחוץ לאשכים. "התוצאה", אומר ד"ר גת, "היא הידרדרות של ה'מפעל' המייצר תאי זרע". זו הסיבה העיקרית לאי-פריון בגברים. בעקבות תובנות אלו פיתח ד"ר גת, יחד עם שותפו למחקר, ד"ר מנחם גורן, שיטת צינתור לפתרון בעיית הפריון שתועדה בכתבי-עת מדעיים ורפואיים, וכן בספר הלימוד התקני בתחום. שיטה זו גם זכתה להמלצה בספר על פוריות הגבר.
מבחינה הנדסית, לד"ר גת היה ברור ששיבוש בלחצים, המתחולל במערכת אחת, משפיע, בשל עקרון הכלים השלובים, גם על מערכת אחרת. במקרה זה, דם ורידי שיצא מהאשכים כשהוא נושא טסטוסטרון, בדרכו אל הלב, מגיע בחלקו - בשל שיבוש הלחצים - בכיוון הלא-רצוי אל הערמונית, דרך מערכת הניקוז הוורידית שלה.
ההבנה ההנדסית של מערכת הלחצים וכיווני הזרימה הביאה להבנה שסייעה בפתרון תעלומה אשר מעסיקה רופאים במשך שנים רבות: איך קורה שבגילים גבוהים יותר, דווקא כאשר ייצור הטסטוסטרון בגוף הגבר פוחת, מגיעה כמות גדולה יותר של ההורמון הזה אל בלוטת הערמונית וגורמת לגדילתה? התשובה: הדם הוורידי, שמנקז את האשכים, נושא עמו טסטוסטרון בריכוז גבוה מאוד. במערכת תקינה, הדם הזה זורם אל הלב, וממנו, ב"סיבוב החדש", דרך העורקים, הוא מגיע אל הערמונית. אלא שבינתיים, במהלך המסע הזה, הטסטוסטרון מדולל, וריכוזו המגיע אל הערמונית קטן מאוד בהשוואה לריכוז המקורי ביציאה מהאשכים. ד"ר גת: "אבל ככל שהגבר מתבגר, והשסתומים החד-כיוניים בגופו נשחקים, מתקלקלים וחדלים מלפעול, הזרימה החוזרת של הדם הוורידי היוצא מהאשכים ישירות אל הערמונית מביאה אליה טסטוסטרון בריכוז גבוה, הגדול פי 130 בהשוואה לריכוז שהיה אמור להגיע אליה לאחר המסע אל הלב וממנו, בחזרה, דרך העורקים".
מה הפתרון? כמהנדס, הדרך לפתרון הבעיה הייתה ברורה לד"ר גת: יש להחזיר את מערכת הלחצים של כלי הדם הוורידיים לתיקנה, כדי למנוע את הזרימה החוזרת מהאשכים אל הערמונית. מכיוון שהשסתומים שנועדו לפקח על הלחצים האלה יצאו מכלל פעולה, יש לחסום את כלי הדם הוורידיים האנכיים, ובכך להפחית את הלחץ במערכת הניקוז של האשכים (במצב זה, הדם הוורידי יגיע אל הלב בדרכים עקיפות). הניקוז הוורידי ימשיך לתפקד בעזרת ורידים חליפיים.
באופן טבעי, הקהילה הרפואית לא ממהרת לאמץ את ההסבר המדעי ואת שיטת הטיפול החדשה. רופאים לא ממש אוהבים להתעמק בעקרונות מדעיים, וחידושים, בייחוד כשהם פשוטים כל-כך, מעוררים ספקות. ד"ר גת מצא את עצמו מנסה להסביר, לשכנע, אך בהצלחה חלקית בלבד. לעיתים הוא נדרש להציג תוצאות של ניסויים בבעלי-חיים (למשל, עכברים), אלא שבעלי-חיים ההולכים על ארבע גפיים אינם סובלים מתופעה הנובעת מהליכה זקופה על שתי רגליים.
בתהליכים הראשונים של גיבוש הרעיון בדבר השפעת מערכת הניקוז של האשכים על תיפקוד הערמונית, חבר ד"ר גת אל פרופ' מוטי הייבלום מהמחלקה לפיסיקה של חומר מעובה במכון ויצמן למדע. פרופ' הייבלום הבין את ההיגיון הפיסיקלי-הנדסי שמונח בבסיס הצעתו של ד"ר גת, בחן יחד אתו מספר שאלות, ועודד אותו לפנות למסלול המחקרי, הכרוך בכתיבת מאמרים מדעיים, בפרסומם בכתבי-עת מתאימים, ובהצגתם בכנסים מקצועיים. כל אלה, במקביל לעבודתו כרופא מטפל. התוצאה: ד"ר גת מיישם כיום את שיטתו, אם כי בקנה-מידה קטן, ומבצע צינתורים בגברים המגיעים אליו על-פי המלצת רופאיהם, או בדרכים אחרות. שיעור הצלחה בצינתורים האלה גבוה מאוד (הצלחה במקרה הזה היא הקטנה משמעותית של הערמונית).
למעשה, טיפולים ראשוניים בשיטה החדשה, שבוצעו בחולים בסרטן הערמונית הלא-מפושט, הביאו לתוצאות מעוררות תקווה, ובחלק מהמקרים אף הביאו לצמצום ניכר, עד כדי היעלמות של הגידול.
יותר מתריסר פרסי נובל, כולל זה שקיבלה בשנת 2009 פרופ' עדה יונת ממכון ויצמן למדע, הוענקו למדענים אשר חקרו את מבניהן של מולקולות ביולוגיות גדולות. דימויים תלת-מימדיים של חלבונים מעטרים באופן קבוע את השערים של כתבי עת מדעיים מובילים, אך אפילו ביולוגים מנוסים מתקשים לעיתים לפענח את הידע המבני, שלא לדבר על שילובו במחקרים שלהם.
פרופ' גבעול, יחד עם עמיתיו, ד"ר אדוארד יעקובוב ופרופ' שמואל (שפילק'ה) רוזנבלט מאוניברסיטת תל-אביב ופרופ' גדעון רכבי מהמרכז הרפואי על-שם שיבא בתל-השומר ומאוניברסיטת תל-אביב, בחרו בדרך ביניים. השיטה שלהם מבוססת על הגורם המתווך בין הדי-אן-אי לחלבון: מולקולות האר-אן-אי-שליח (mRNA), אשר מובילות את התוכנית לייצור חלבונים מגרעין התא אל בתי החרושת לחלבונים - הריבוזומים. מולקולות האר-אן-אי מתפרקות לאחר זמן קצר - דבר שיכול למנוע את הבעיות הנובעות מחומר גנטי זר הנשאר בתא. תכונה חשובה אף יותר של האר-אן-אי היא, שהוא אינו משתלב בגנום, ולכן אינו מהווה סכנה להיווצרות מוטציות. מנגד, החלבונים שהוא מקודד נוצרים, מתקפלים ומעובדים על-ידי מכונות התא המאכסן, ולכן הם צפויים לתפקד כראוי וללא הפרעה בתוכו.
אבל מדעני מכון ויצמן למדע הראו באחרונה, שקיים "אמצעי תחבורה" אחר לחלוטין המציע את שירותיו למולקולות שמבקשות לנוע לאורך האקסונים של תאי העצב. זוהי מערכת פנימית של קרומים הקרויה רשתית אנדופלסמתית(endoplasmic reticulum). מדובר באברון תאי גדול אשר מסוגל לאחסן ואף לייצר חומרים שונים. הוא עוטף את גרעין התא, אך נמשך גם לאורך השלד התאי, ומגיע לחלקים שונים של התא. תגלית זו, שפורסמה באחרונה בכתב-העת המדעי המקוון PLoS Biology, עלתה ממחקר שביצע תלמיד המחקר שאול יוגב ביחד עם ד"ר איל שכטר, במעבדתו של פרופ' בן-ציון שילה במחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע.
גבולות פתוחים
שלומוביץ ופרופ' גוב חוקרים את החלבונים שיוצרים את הפיגומים המחזיקים את מבנה התא - השלד התוך-תאי. חלבונים האלה - הקרויים אקטין ומיוזין - יוצרים את הסיבים שבשרירים שלנו, אשר מתכווצים בזמן מאמץ, והם ממלאים תפקיד גם בתנועת התא ובחלוקתו. כאשר התא נע, סיבי האקטין מתקבצים בצד הקדמי שלו, ויוצרים מעין בליטה אשר גוררת את התא קדימה. בזמן חלוקת התא, סיבי האקטין והמיוזין יוצרים טבעת במרכז התא, ומכווצים את הקרום כלפי המרכז, עד שהוא נחתך לשניים.
מה גורם לחלבונים האלה לדחוף את קרום התא כלפי חוץ במקרה אחד, ולמשוך אותו כלפי פנים במקרה השני? כיצד הם "יודעים" איפה ומתי ללחוץ - או למשוך? כדי לענות על השאלות האלה, צופים שלומוביץ ופרופ' גוב בפעילויות של החלבונים האלה בתאים, ויוצרים מודלים מתמטיים המבוססים על נתוני התצפיות. לאחר מכן הם בוחנים את החיזויים המתקבלים מהמודלים באמצעות השוואה לתצפיות שנעשות בקבוצות מחקר אחרות על מערכות ביולוגיות, כמו שמרים. לפי המודל שלהם, חלבוני האקטין והמיוזין מקבלים את ה"פקודות" שלהם בהתאם לצורתן של מולקולות הממוקמות על קרום התא. כאשר התא חייב לנוע, הקרום מצביע על הדרך קדימה תוך הגדלת הקימור בצד אחד. המולקולות הקמורות האלה "מזמינות" את חלבוני האקטין להתאסף סביבן. כתוצאה מכך, כמויות גדולות של המולקולות האלה, יחד עם האקטין, נוהרות לאתר, ודוחפות את קצה התא הקמור קדימה. לעומת זאת, בשלבים הראשוניים של חלוקת התא מקבל מרכז הקרום צורה קעורה. כשבדקו המדענים חלבונים שמקורם בחיידקים, מצאו כי הצורה הקעורה מושכת גם היא את החלבונים: טבעת של חלבון מתיישבת בדיוק בקו שלאורכו נחתך התא, ומסמנת את קו החלוקה של החיידק.
המודל המתמטי שפיתחו השניים משתמש בנוסחה פיסיקלית אשר מתארת את האנרגיה החופשית במערכת. באמצעות הנוסחה הם חישבו את פיזור החלבונים בקרום, והראו כיצד הפיזור הזה תלוי בצורת הקרום. החוקרים גילו כיצד בדיוק גורם המקטע הקעור לחלבונים להקיף את הקרום בדיוק במרכז התא, כיצד הגדלת הקיעור גורמת למשיכת חלבונים נוספים לאתר וכך להגברת עצמת הדחיסה, וכיצד המרחק בין חלבון אחד לשכניו קובע האם השניים יצטרפו לחגורה המתכווצת או שייצרו טבעות נפרדות.
"המודלים התיאורטיים שאנו יוצרים מאפשרים לנו להשיג הבנה עמוקה בנוגע לכוחות העומדים בבסיס התבניות והתהליכים הנוצרים באופו ספונטני בתאים חיים - כלומר, את עקרונות הארגון העצמי, וכן ליצור חיזויים כמותיים", אומר ד"ר גוב. "הכוח העיקרי של מודלים מתמטיים-פיסיקליים כאלה הוא ביכולתם לשפוך אור על עקרונות כלליים שעל-פיהם מתנהגים תאים חיים".