מכשיר זעיר שנבנה על ידי מדענים ב-MIT וברית סינגפור-MIT למחקר וטכנולוגיה יכול לשמש כדי לשפר את הבטיחות והיעילות של טיפולי טיפול תאי לחולים הסובלים מפציעות בעמוד השדרה.
בטיפול בתאים, רופאים יוצרים את מה שמכונה תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי תכנות מחדש של כמה תאי עור או דם שנלקחו ממטופל. כדי לטפל בפגיעה בחוט השדרה, הם היו משדלים את תאי הגזע הפלוריפוטנטיים הללו להפוך לתאי אבות, שנועדו להתמיין לתאי חוט השדרה. אבות אלה מושתלים בחזרה לתוך החולה.
תאים חדשים אלה יכולים ליצור מחדש חלק מחוט השדרה הפגוע. עם זאת, תאי גזע פלוריפוטנטיים שאינם משתנים במלואם לאבות יכולים ליצור גידולים.
צוות מחקר זה פיתח סדרן תאים מיקרופלואידי שיכול להסיר כמחצית מהתאים הבלתי מובחנים -; אלה שעלולים להפוך לגידולים -; באצווה, מבלי לגרום לנזק כלשהו לתאי האב שנוצרו במלואם.
המכשיר בעל התפוקה הגבוהה, שאינו דורש כימיקלים מיוחדים, יכול למיין יותר מ-3 מיליון תאים בדקה. בנוסף, החוקרים הראו כי שרשרת מכשירים רבים יחד יכולה למיין יותר מ-500 מיליון תאים בדקה, מה שהופך זאת לשיטה מעשית יותר לשפר מתישהו את הבטיחות של טיפולי טיפול תאי.
בנוסף, שבב הפלסטיק המכיל את סדרן התאים המיקרו-נוזליים ניתן לייצור המוני במפעל בעלות נמוכה מאוד, כך שהמכשיר יהיה קל יותר ליישום בקנה מידה.
"גם אם יש לך טיפול תאי מציל חיים שעושה פלאים למטופלים, אם אתה לא יכול לייצר אותו בצורה חסכונית, אמינה ובטוחה, אז ההשפעה שלו עשויה להיות מוגבלת. הצוות שלנו נלהב מהבעיה הזו -; אנחנו רוצים כדי להפוך את הטיפולים הללו לאמינים יותר ונגישים יותר", אומר ג'ונגיון האן, פרופסור ב-MIT להנדסת חשמל ומדעי המחשב ולהנדסה ביולוגית, חבר במעבדת המחקר לאלקטרוניקה (RLE), וחוקר ראשי משותף של ה-CAMP קבוצת המחקר (ניתוח קריטי לייצור רפואה מותאמת אישית) בברית סינגפור-MIT למחקר וטכנולוגיה (SMART).
אל האן מצטרפת במאמר הסופר הבכיר סינג ייאן צ'ו, פרופסור לכימיה, הנדסה כימית וביוטכנולוגיה בבית הספר לרפואה ולמדעי החומרים והנדסת חומרים ב-Le Kong Chian באוניברסיטה הטכנולוגית של נאניאנג בסינגפור וחוקר ראשי ב-CAMP; מחברים מובילים שותפים Tan Dai Nguyen, חוקר CAMP; Wai Hon Chooi, עמית מחקר בכיר בסוכנות סינגפור למדע, טכנולוגיה ומחקר (A*STAR); ו-Hyungkook Jeon, פוסט דוקטורט ב-MIT; כמו גם אחרים ב-NTU וב-A*STAR. המחקר מופיע היום ב רפואה מתרגמת של תאי גזע.
הפחתת סיכון
הסיכון לסרטן הנובע מתאי גזע פלוריפוטנטיים בלתי מובחנים נותר אחד האתגרים הדוחקים ביותר בסוג זה של טיפול בתאים.
גם אם יש לך אוכלוסייה קטנה מאוד של תאים שאינם מובחנים לחלוטין, הם עדיין עלולים להפוך לתאים דמויי סרטן".
ג'ונגיון האן, פרופסור MIT להנדסת חשמל ומדעי המחשב ולהנדסה ביולוגית
רופאים וחוקרים מבקשים לעתים קרובות לזהות ולהסיר תאים אלו על ידי חיפוש סמנים מסוימים על פני השטח שלהם, אך עד כה לא הצליחו החוקרים למצוא סמן ספציפי לתאים הבלתי מובחנים הללו. שיטות אחרות משתמשות בכימיקלים כדי להרוס באופן סלקטיבי את התאים הללו, אולם טכניקות הטיפול הכימי עשויות להזיק לתאים המובחנים.
סדרן המיקרופלואידי בעל התפוקה הגבוהה, שיכול למיין תאים לפי גודל, פותח בעבר על ידי צוות CAMP לאחר יותר מעשור של עבודה. הוא שימש בעבר למיון תאי חיסון ותאי סטרומה מזנכימליים (סוג אחר של תאי גזע), וכעת הצוות מרחיב את השימוש בו לסוגי תאי גזע אחרים, כגון תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים, אומר האן.
"אנו מעוניינים באסטרטגיות רגנרטיביות להגברת תיקון הרקמות לאחר פציעות חוט השדרה, מכיוון שמצבים אלו מובילים לפגיעה תפקודית הרסנית. למרבה הצער, אין כיום גישה טיפול רגנרטיבי יעיל לפציעות חוט השדרה", אומר Chew. "לתאי אבות של חוט השדרה שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים טומנים בחובם הבטחה רבה, שכן הם יכולים ליצור את כל סוגי התאים שנמצאים בתוך חוט השדרה כדי לשחזר את מבנה הרקמה ותפקודם. כדי להיות מסוגלים לנצל ביעילות את התאים הללו, הצעד הראשון יהיה להבטיח שלהם בטיחות, שזוהי מטרת העבודה שלנו".
הצוות גילה שתאי גזע פלוריפוטנטיים נוטים להיות גדולים יותר מהאבות שמקורם בהם. ההשערה היא שלפני שתא גזע פלוריפוטנטי מתמיין, הגרעין שלו מכיל מספר רב של גנים שלא כבו, או דוכאים. כשהוא מתמיין לתפקוד מסוים, התא מדכא גנים רבים שהוא כבר לא יזדקק לו, ומכווץ משמעותית את הגרעין.
ההתקן המיקרופלואידי ממנף את הבדל הגודל הזה כדי למיין את התאים.
מיון ספירלי
תעלות מיקרו-נוזליות בשבב הפלסטיק בגודל רבע יוצרות פתח כניסה, ספירלה וארבעה יציאות שמוציאות תאים בגדלים שונים. כאשר התאים נדחפים דרך הספירלה במהירויות גבוהות מאוד, פועלים על התאים כוחות שונים, כולל כוחות צנטריפוגליים. כוחות אלו מנוגדים למיקוד התאים במיקום מסוים בזרם הנוזל. נקודת מיקוד זו תהיה תלויה בגודל התאים, ולמעשה תמיין אותם דרך שקעים נפרדים.
החוקרים גילו שהם יכולים לשפר את פעולת הממיין על ידי הפעלתו פעמיים, תחילה במהירות נמוכה יותר כך שתאים גדולים יותר נדבקים לקירות ותאים קטנים יותר ממוינים, ואז במהירות גבוהה יותר כדי למיין תאים גדולים יותר.
במובן מסוים, המכשיר פועל כמו צנטריפוגה, אבל המיון המיקרו-נוזלאי אינו דורש התערבות אנושית כדי לבחור תאים ממוינים, מוסיף האן.
החוקרים הראו שהמכשיר שלהם יכול להסיר כ-50 אחוז מהתאים הגדולים במעבר אחד. הם ערכו ניסויים כדי לאשר שהתאים הגדולים יותר שהם הסירו קשורים, למעשה, לסיכון גבוה יותר לגידול.
"אמנם אנחנו לא יכולים להסיר 100 אחוז מהתאים האלה, אבל אנחנו עדיין מאמינים שזה הולך להפחית את הסיכון באופן משמעותי. אני מקווה שסוג התא המקורי מספיק טוב כדי שלא יהיו לנו יותר מדי תאים לא מובחנים. אז התהליך הזה יכול לגרום התאים האלה בטוחים אפילו יותר", הוא אומר.
חשוב לציין, סדרן המיקרו-נוזל בעלות נמוכה, שניתן לייצר בקנה מידה עם טכניקות ייצור סטנדרטיות, אינו משתמש בשום סוג של סינון. מסננים עלולים להיסתם או להתקלקל, כך שניתן להשתמש במכשיר נטול פילטרים למשך זמן רב בהרבה.
כעת, כשהם הראו הצלחה בקנה מידה קטן, החוקרים מתחילים במחקרים גדולים יותר ובמודלים של בעלי חיים כדי לראות אם התאים המטוהרים מתפקדים טוב יותר in vivo.
תאים לא מובחנים יכולים להפוך לגידולים, אבל יש להם השפעות אקראיות אחרות בגוף, כך שהסרה של יותר מהתאים האלה יכולה להגביר את היעילות של טיפולי תאים, כמו גם לשפר את הבטיחות.
"אם נוכל להדגים באופן משכנע את היתרונות הללו in vivo, העתיד עשוי לכלול יישומים מרגשים עוד יותר עבור הטכניקה הזו", אומר האן.
מחקר זה נתמך, בחלקו, על ידי קרן המחקר הלאומית של סינגפור וברית סינגפור-MIT למחקר וטכנולוגיה.
