מדענים עובדים על ייצור מלאכותי של דם כבר כמה עשורים. כעת, חוקרים מאוניברסיטת קונסטנץ ואוניברסיטת קווין מרי של לונדון עשו צעד חשוב קרוב יותר למטרה זו עם תגלית חדשה.
יש צורך בערך 15,000 יחידות דם מדי יום בגרמניה, שרובם מגיעים כיום מתרומות. המחקר על פיתוח מקורות אלטרנטיביים, כמו ייצור דם מלאכותי בקנה מידה גדול, נמשך במשך עשרות שנים אך עדיין רחוק מלהגיע לתועלת הנרחבת שלה. האתגר העיקרי טמון במתחם ועדיין לא מוערך באופן מלא פירושו כיצד גופנו מייצר באופן טבעי נוזל חיוני זה.
הדוקטור ג'וליה גוטג'ר, ביולוגית במכון לביולוגיה סלולרית ואימונולוגיה תורגאו באוניברסיטת קונסטנץ, חוקר את מנגנוני ייצור הדם. יחד עם עמיתים מאוניברסיטת קווין מרי באוניברסיטת לונדון, היא זיהתה את האות המולקולרי, Chemokine CXCL12, שמפעילה את גירוש הגרעין על ידי מבשרי תאי הדם האדומים, צעד מפתח בהתפתחות תאי הדם האדומים.
ייצור הדם דורש תזמון מושלם
בגוף ייצור הדם הטבעי מתרחש במח העצם. תאי גזע מתפתחים לאריתרובלסטים, שהם תאי מבשר לאריתרוציטים – תאי הדם האדומים.
"בשלב האחרון של התפתחותו של אריתרובלסט לאריתרוציט, האריתרובלסט מגרש את הגרעין שלו. תהליך זה מתרחש רק אצל יונקים, ומאפשר לפנות יותר מקום להמוגלובין המעורב בהובלת חמצן", מסביר גוטיאהר.
בעוד שתהליך ההתבגרות של תאי הגזע לאריתרוציטים כמעט כמעט ממוזג, בעבר לא היה ברור אילו גורמים גורמים לגירוש הגרעין. "גילינו שהכימוקין CXCL12 שנמצא בעיקר במח העצם יכול לעורר גירוש גרעין כזה, גם אם במערכת יחסי גומלין עם מספר גורמים. על ידי הוספת CXCL12 לאריתרובלסטים ברגע הנכון, הצלחנו לגרום באופן מלאכותי לגירוש הגרעין שלהם," אומר גוטג'ר.
ממצא זה הוא פריצת דרך מדעית כי בעתיד אמורה לעזור להפוך את ייצור הדם המלאכותי ליעיל בהרבה. עם זאת, עדיין יהיה צורך במחקר נוסף. Gutjahr החל בעבודה זו בשנת 2019 כחוקר פוסט -דוקטורט במעבדה של פרופסור אנטאל ריקבון באוניברסיטת קווין מרי בלונדון. כעת היא ממשיכה במחקר שלה באוניברסיטת קונסטנץ. מאז 2023 היא הובילה קבוצות מחקר משלה במכון לביולוגיה סלולרית ואימונולוגיה תורגאו, שם היא ממשיכה במחקרים ב- CXCL12.
"אנו חוקרים כעת כיצד להשתמש ב- CXCL12 כדי לייעל את הייצור המלאכותי של אריתרוציטים אנושיים", מסביר גוטג'ר.
חשוב לציין כי מלבד יישום מעשי מיידי לייצור תעשייתי של כדוריות דם אדומות, התוצאות שלנו הביאו הבנה חדשה לחלוטין של מנגנונים ביולוגיים תאים המעורבים בתגובות אריתרובלסט לכימוקינים. בעוד שכל שאר התאים נודדים כאשר הם מגורים על ידי CXCL12, באריתרובלסטים מולקולת איתות זו מועברת אל פנים התא, אפילו אל הגרעין. שם, זה מאיץ את התבגרותם ועוזר לגרש את הגרעין. המחקר שלנו מראה לראשונה שקולטני כימוקין לא פועלים רק על פני התא אלא גם בתוך התא, ובכך פותחים נקודות מבט חדשות לחלוטין על תפקידם בביולוגיה של תאים. "
פרופסור אנטל ריקבון באוניברסיטת קווין מרי בלונדון
ייצור מיטבי ליישומים רחבים יותר
תאי גזע הם כיום השיטה היעילה ביותר לייצור דם מלאכותי עם גירוש גרעיני המתרחש בכ- 80% מהתאים. עם זאת, מקורות תאי גזע מוגבלים בהסתמכות על בידוד מדם טבור או תרומות מח עצם לטיפול במחלות ספציפיות, ואינן אפשריות לייצור המוני של דם כדי למלא את הצורך הקליני.
עם זאת, לאחרונה אפשר היה לתכנת מחדש סוגים שונים של תאים לתאי גזע ולהשתמש בהם כדי לייצר כדוריות דם אדומות. גישה זו מציעה מקור תאים כמעט בלתי מוגבל לייצור דם מלאכותי, אך לוקח הרבה יותר זמן, ושיעור ההצלחה לגירוש גרעין הוא רק כ 40%. "בהתבסס על הממצאים החדשים שלנו המדגישים את תפקיד המפתח של CXCL12 בהפעלת גירוש גרעיני, אנו יכולים לצפות כי השימוש ב- CXCL12 צריך להביא לשיפור משמעותי בייצור תאי דם אדומים מתאים מתוכננים מחדש", אומר גוטג'ר.
אם יתאפשר ייצור בקנה מידה גדול, מגוון רחב של יישומים עלול להופיע. "למרות שתאי גוף זמינים בקלות, תהליך הייצור מבוסס המעבדה יישאר מורכב. אך הוא יאפשר דור ממוקד של סוגי דם נדירים, יעזור למחסור בגשר או לאפשר לאנשים לשחזר את הדם שלהם לטיפולים מיוחדים במחלות רבות ושונות", אומר גוטג'ר.
