אפיון מולקולרי של תאי גזע ממח עצם של חולי A.L.S כמודל למציאת ביומרקרים ולחקר מנגנוני המחלה

מאת ד"ר מיגל וייל, אוניברסיטת תל אביב

A.L.S הינה מחלה ניוונית הפוגעת בתאי העצב המוטוריים, שבמהלכה תאי העצב נהרסים ואינם יכולים להפעיל את השרירים. כתוצאה מכך נחלשים השרירים בהדרגה עד לשיתוקם המוחלט. הגורמים למחלת ה- A.L.S אינם ידועים עדיין, אך מכיוון שזמן הופעת המחלה ואופן התקדמותה שונים מאד מחולה לחולה, ההנחה היא שלמחלה מספר גורמים ולא גורם אחד בלבד. דבר זה מקשה על יצירת מודלים מהימנים בחיות, שיאפשרו את חקר הסיבות למחלה ואת אפשרויות ריפויה. התפתחות המחקר בתאי גזע בשנים האחרונות מעוררת תקוות שניתן יהיה להשתמש בתאים אלה בעתיד לריפוי מחלות ניווניות שונות ובהן מחלת ה- .A.L.S תאי גזע בוגרים (כמו תאי גזע עובריים) הינם תאים בעלי פוטנציאל להתמיין למספר גדול של תאים בעלי תפקיד מוגדר בגופם של יצורים חיים. ניתן לבודד תאי גזע ממח העצם של אנשים בוגרים (תאים מזנכימליים) ולגדלם בתרבית. מטרת המחקר שלנו היא למצוא את התנאים שבהם ניתן יהיה לממש את פוטנציאל ההתמיינות של תאי גזע מזנכימליים מחולי A.L.S לתאי עצב מוטוריים מחד, ולאפיין סמנים ביולוגים (ביומרקרים) של המחלה מאידך. התוצאות של עבודה זו תאפשרנה פיתוח מערכות לחקר מנגנוני המחלה ולמציאת תרופות לטיפול ב- .A.L.S לשם כך, אנו חוקרים את גורלם של תאי גזע מזנכימליים שאותם אנו משתילים בצינור העצבים של עוברי תרנגולות. זוהי מערכת מודל מבוססת לבדיקת התפתחות מערכת העצבים. הראנו בעבר כי תאי גזע אנושיים המושתלים בצינור העצבים של עוברי תרנגולות ממשיכים להתפתח, לנדוד ולשנות את צורתם. אנו עוקבים אחר התאים המושתלים ומאפיינים את התמיינותם לתאים שונים במערכת העצבים. בנוסף אנו ממיינים את התאים הללו בתרבית ומאפיינים אותם בתנאי גידול שונים, וכן עורכים ניסיונות כדי לגרום להתמיינותם לתאי עצב על ידי הוספת פקטורים שונים בצורה מבוקרת למצע גידולם. לאחרונה, ניסיונות אלו הראו שתאי גזע מזנכימליים של חולי- A.L.S יכולים להתמיין לתאים בעלי אופי עצבי (תאים אשר מבטאים גנים אופייניים של נוירונים) במידה דומה לזו של תאי גזע מזנכימליים של אנשים בריאים. תוצאות מעודדות אלו יאפשרו לנו לבחון בקרוב את יכולתם של תאי הגזע המזנכימליים לייצר תאי עצב מוטוריים, לחקור את מנגנוני המחלה ולנסות ולמצוא תרופה לטיפול ב- A.L.S . ניסיונות נוספים שעשינו עם תאי גזע מזנכימליים של שישה חולי- A.L.S הראו באופן מובהק שוני בדגם הביטוי של שלושה גנים אשר לא עברו כראוי תהליך אנזימתי תוך תאי, הנקרא .RNA EDITING ניסיונות אלו נעשו בשיתוף עם מעבדתו של פרופסור גידי רכבי מביה"ח שיבא. תהליך ה- RNA EDITING הינו חשוב וחיוני להתפתחות ותפקוד מערבת עצבים. נראה כי כשל ב- RNA EDITING בגנים מסוימים במערכת העצבים מהווה סיבה למחלות ניווניות שונות וייתכן שגם ב- A.L.S . לכן, שלושת הגנים הללו נחשבים ל-ביומרקרים פוטנציאלים למחלה, שניתן לבחון את מעורבותם במנגנוני המחלה. עבודתנו מתמקדת באפיון תפקידם כביומרקרים ל- A.L.S וביכולתם לשמש כלי לדיאגנוסטיקה שיאפשר לבחון ולסרוק ספריות חומרים, על מנת למצוא תרופה מיועדת לטיפול בחולי .A.L.S תוצאות ראשוניות מעשרים דוגמאות דם של חולי A.L.S מראות הבדלים משמעותיים ברמת הביטוי של הביומרקרים בדם בהשוואה לרמות הביטוי הקיימים בדמים של מספר דומה של אנשים בריאים. תוצאות מעודדות אלו מחזקות את המחשבה כי ייתכן וניתן יהיה לאבחן A.L.S על ידי בדיקת דם פשוטה, ואולי גם יתאפשר לבצע מעקב אחר מצבו הקליני של החולה לפי שינוי בביטוי גנים אלה בדם. בנוסף אנחנו מנסים לברר את הסיבה להבדל בביטוי של הגנים הללו בדמם של חולי A.L.S . אחד ההסברים האפשריים הוא קשר למצבה הירוד של מערכת החיסון של החולים. לשם כך אנחנו משתפים פעולה עם מעבדתה של פרופסור מיכל שוורץ ממכון וייצמן המתמחה בתחום.

תודות: ברצוני לציין שלא היינו מגיעים לנקודה זו במחקרינו בלי שיתוף הפעולה ובלי תמיכה הכספית של IsrA.L.S בארבע השנים האחרונות. העמותה אף אישרה לנו להשיג את תרומות מח העצם והדמים מהחולים. כמו כן אני רוצה להודות מקרב לב לד"ר שלמה בולביק וצוות מחלקת המטולוגיה בביה"ח לניאדו על עבודתם הנאמנה והמסורה בלקיחת דוגמאות מח עצם ודמים מחולים ומתנדבים בריאים. עבודתנו עוד רבה, ולכן יש עוד צורך לתרומת מח עצם ודמים מחולי A.L.S על מנת שנגיע להישגים אשר יעזרו מעשית לחולי .A.L.S

איך נמנע את הפגיעה בתאי העצב המוטורי במחלת ה- A.L.S?

ראיון עם דר' דני אופן, בית הספר לרפואה ומכון פלסנשטיין, אוניברסיטת תל אביב.

מאת: מירב בהט

דר' אופן, מה לדעתך השאלה המרכזית המטרידה את חוקרי מחלת ה ?A.L.S

במחלת ה- A.L.S , כמו במחלות ניווניות אחרות של מערכת העצבים, אוכלוסייה מוגדרת של תאים נפגעת בשלב מסוים של החיים. לעיתים המכנה המשותף הוא מיקום התאים במוח, ולעיתים תיפקוד זהה או ייצור של חומרים יחודיים. במחלת ה- A.L.S , עם הופעת הסימפטומים הראשונים, נפגעים תאי העצב המוטוריים באזורים שונים, בתחילה בעיקר בעמוד השדרה , והפגיעה הולכת ומחמירה באזורים שונים שם נמצאים תאי עצב דומים. השאלה המרכזית הינה מה גורם למוות של התאים ומדוע הוא פוגע דווקא בתאים אלו. תמיהה נוספת קשורה לתיזמון המאוחר של הפגיעה. גם גילוים של הגנים הקשורים למופע המשפחתי, הנדיר, של המחלה איננו נותן הסבר מספק, מאחר שבחולים אלו כל התאים נושאים את הגן הפגום מלידה ולא ידוע מדוע רק תאי העצב המוטוריים נפגעים – וגם הם נפגעים רק לאחר בגיל מבוגר. למרות שהמחקרים הרבים התמודדו עם שאלות הללו בצורות שונות התשובות שניתנו הינן חלקיות בלבד. נראה שהבנה טובה יותר של תהליכי המוות היחודיים בתאים אלו תשפיע על המשך המחקר והפיתוח של תרופות.

מהם כיווני המחקר שבחרתם להתמקד בהם?

כידוע, תוחלת החיים של תאי העצב הינה בדרך כלל כתוחלת חיינו. לפיכך קיימים מנגנונים יחודיים שנועדו לשמור על התאים ולעזור להם להתגבר על סכנות או מצבי לחץ מקומיים (עקה). בעוד שתאים ברקמות אחרות שנקלעים למצוקה מתים או "מתאבדים" במטרה להציל את כל הרקמה, במערכת העצבים תהליך כזה אינו אופציה ומוות מהסוג הזה בדרך כלל פירושו מחלת עצבים. במעבדתנו, יחד עם פרופ' אלדד מלמד, מנהל המחלקה הנוירולוגית במרכז רפואי רבין, אנו עוסקים שנים רבות בחקר מחלות ניווניות של מערכת העצבים. במחקרים אלו העמקנו בניסיון להבין את תהליכי המוות ואת האמצעים שבהם ניתן לשמר את התאים. עקבנו אחר חומרים הפועלים בתוך התאים, כגון מולקולות נוגדי חימצון, והראנו שבמודלים שונים חומרים אלו מצילים תאים בעקה. גישה נוספת הינה שימוש בגורמי גידול שחשובים לשמירה על חיי תאי העצב ותפקודם הייחודי.

האם לפירות המחקר השלכות לטיפול בחולי ה- ?A.L.S

מחקרים רבים במעבדות שונות הצביעו על כך שגורמי גידול מסוימים הינם יעילים בשימור תאי העצב המוטוריים. חלק מגורמי הגידול נחקרו ונבדקים כעת בניסיונות בחולים. אחת הבעיות המרכזיות שעדיין נותרו ללא פתרון היא צורת המתן של גורמי הגידול, שהינם חלבונים הרגישים לפירוק מהיר בגוף. הגישה שאנו מציעים במעבדתנו הוא שימוש בתאי גזע ממח העצם של החולה שיפרישו גורמי גידול בצורה מקומית וקבועה באזור הנזק במערכת העצבים. הראנו, שניתן לעורר התמיינות מוגדרת של תאי גזע ממח עצם של בוגרים, כולל מחולי A.L.S לתאים המפרישים גורמי גידול (כגון IGF-1 GDNF ,BDNF ) כך שיגנו על תאי עצב מוטוריים מפני מגוון רחב של נזקים הדומים לאלו שחשודים כגורמי הנזק בחולים. היתרון המעשי טמון ביכולת של תאי הגזע הבריאים של החולה ליצור סביבה תומכת באזורי הפגיעה, ובכך למנוע את התדרדרות המחלה או אף לשפר את התסמינים. העניין בניצול תאי גזע בוגרים לטיפול במחלות הוא רב ביותר וכיום מתבצעים עשרות ניסויים קליניים בתאי גזע בוגרים למחלות שונות. אנו מקווים שגם התאים שפיתחנו יוכלו בקרוב להוות נדבך נוסף בטיפול במחלה.

מהם כיווני המחקר שבחרתם להתמקד בהם?

כידוע, תוחלת החיים של תאי העצב הינה בדרך כלל כתוחלת חיינו. לפיכך קיימים מנגנונים יחודיים שנועדו לשמור על התאים ולעזור להם להתגבר על סכנות או מצבי לחץ מקומיים (עקה). בעוד שתאים ברקמות אחרות שנקלעים למצוקה מתים או "מתאבדים" במטרה להציל את כל הרקמה, במערכת העצבים תהליך כזה אינו אופציה ומוות מהסוג הזה בדרך כלל פירושו מחלת עצבים. במעבדתנו, יחד עם פרופ' אלדד מלמד, מנהל המחלקה הנוירולוגית במרכז רפואי רבין, אנו עוסקים שנים רבות בחקר מחלות ניווניות של מערכת העצבים. במחקרים אלו העמקנו בניסיון להבין את תהליכי המוות ואת האמצעים שבהם ניתן לשמר את התאים. עקבנו אחר חומרים הפועלים בתוך התאים, כגון מולקולות נוגדי חימצון, והראנו שבמודלים שונים חומרים אלו מצילים תאים בעקה. גישה נוספת הינה שימוש בגורמי גידול שחשובים לשמירה על חיי תאי העצב ותפקודם הייחודי.

 האם לפירות המחקר השלכות לטיפול בחולי ה- ?A.L.S

מחקרים רבים במעבדות שונות הצביעו על כך שגורמי גידול מסוימים הינם יעילים בשימור תאי העצב המוטוריים. חלק מגורמי הגידול נחקרו ונבדקים כעת בניסיונות בחולים. אחת הבעיות המרכזיות שעדיין נותרו ללא פתרון היא צורת המתן של גורמי הגידול, שהינם חלבונים הרגישים לפירוק מהיר בגוף. הגישה שאנו מציעים במעבדתנו הוא שימוש בתאי גזע ממח העצם של החולה שיפרישו גורמי גידול בצורה מקומית וקבועה באזור הנזק במערכת העצבים. הראנו, שניתן לעורר התמיינות מוגדרת של תאי גזע ממח עצם של בוגרים, כולל מחולי A.L.S לתאים המפרישים גורמי גידול (כגון IGF-1 GDNF ,BDNF ) כך שיגנו על תאי עצב מוטוריים מפני מגוון רחב של נזקים הדומים לאלו שחשודים כגורמי הנזק בחולים. היתרון המעשי טמון ביכולת של תאי הגזע הבריאים של החולה ליצור סביבה תומכת באזורי הפגיעה, ובכך למנוע את התדרדרות המחלה או אף לשפר את התסמינים. העניין בניצול תאי גזע בוגרים לטיפול במחלות הוא רב ביותר וכיום מתבצעים עשרות ניסויים קליניים בתאי גזע בוגרים למחלות שונות. אנו מקווים שגם התאים שפיתחנו יוכלו בקרוב להוות נדבך נוסף בטיפול במחלה.

כשל חיסוני בחולי ALS ומשמעותו

ריאיון עם פרופסור מיכל שוורץ, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע.

מאת: מירב בהט

פרופ' שוורץ מהי גישתך הייחודית במחקר?

עד לפני עשור היה מקובל לחשוב שנוכחות תאי מערכת החיסון במוח או בחוט השדרה (מערכת העצבים המרכזית) היא עדות לפתולוגיה. לכן, בכל המקרים של מחלות ניווניות (אקוטיות או כרוניות) בהן הודגמה תגובה חיסונית מקומית נעשו ניסויים למגר התגובה החיסונית באמצעות מתן תרופות אנטי- אינפלמטוריות. מחקרנו בן למעלה מעשור, הצביע כי תגובה אינפלמטורית מקומית הכרחית להחלמה וכי יש לווסת אותה אבל לא לדכאה. יתרה מזאת הוכחנו כי כדי שתגובה אינפלמטורית כזו תהיה אופטימלית יש צורך בסיוע של מערכת החיסון ההיקפית (לימפוציטים ומונוציטים)".

מהן ההשלכות לגבי ? ALS

מצאנו לתדהמתנו שבחיות המודל (דהיינו עכברים אשר יש להם פגם גנטי כזה שגורם לסימפטומים של ניוון שרירים בדומה למה שקורה בבני אדם), ויתרה מכך בחולים, עם התקדמות המחלה ואובדן תפקוד מוטורי, יש תהליך גובר של אובדן לימפוציטים במחזור הדם. תהליך דומה קורה בהזדקנות, רק שבחולים מתרחש בצורה מואצת. בעבודות קודמות מצאנו שמערכת החיסון ההיקפית משפיעה על תחזוקת המוח, כלומר כשהיא מזדקנת היא משפיעה על הזדקנות המוח – אובדן קוגניטיבי וירידה ביצירת תאים חדשים מתאי גזע בוגרים הנמצאים במוח. בבדיקה של עכברי מודל של ALS מצאנו שבעכברים חולים בני חודשיים מערכת החיסון מתפקדת עדיין באופן נורמלי ותוך חודשיים היא מתפקדת כמו בעכברים זקנים בני שנתיים. תוצאות אלו קבלו גם ביסוס ממחקר שערכנו בבני אדם. בדקנו דמים של חולים ומצאנו שמערכת החיסון שלהם דומה לזו של אדם זקן. בעקבות כך ערכנו ניסויים שבהם לקחנו עכברי מודל ל ALS ושיפרנו להם את מערכת החיסון באמצעות מתן חיסון אקטיבי. מצאנו כי העכברים המטופלים האריכו חיים בצורה משמעותית לעומת עכברי הביקורת ללא הטיפול. כלומר, כשמערכת החיסון פועלת בצורה מוגברת הדבר מעכב את המחלה בעכברים. ההנחה היא שבאופן רגיל כנראה מתקיים שיווי משקל בין הגורם הראשוני למחלת ה- ALS , לבין מערכת החיסון. כל עוד שיווי המשקל נשמר המחלה איננה פורצת. אולם אם מסיבה כלשהיא שיווי המשקל הזה מופר, המחלה באה לידי ביטוי. מכאן ואילך התהליך מואץ בגלל ההגברה ההדדית השלילית. הממצא הזה ניתך ע"י עבודות של קבוצות אחרות בעולם שהראו שאם מזווגים עכבר מודל ל ALS עם עכברה שיש לה חוסר של מערכת החיסון העכבר שנולד מפתח מחלה חמורה הרבה יותר מזו של ההורה החולה".

אם כן מה עשויה להיות המשמעות של מחקרך עבור החולים?

עד כה בדקנו שתי גישות חיסוניות שהוכיחו עצמן כיעילות- גישה אחת דורשת פיתוח נוסף וגישה שנייה מבוססת על שימוש בחומר ידוע שנמצא בשוק הקליני למטרות אחרות. אנחנו מקווים שע"י המשך מחקר מאוד אינטנסיבי נוכל לאמץ אחת הגישות מיידית ואת השנייה נפתח עם הזמן. התוצאות שמצאנו מעניקות אופטימיות לדרך הטיפול במחלה, על ידי חיזוק ספציפי של מערכת החיסון, דבר הנראה כבר השגה. חלק מהעבודה הוא תוצר שיתוף פעולה עם קבוצת מדענים בשיבא, באוניברסיטת תל אביב ובבית חולים סידר סיני בלוס אנג'לס.