חוקרים ביו-רפואיים מאוניברסיטת טקסס A&M אולי גילו דרך לעצור או אפילו להפוך את הירידה בייצור האנרגיה הסלולרית – ממצא שיכול להיות בעל השפעות מהפכניות ברפואה.
ד"ר אחילש ק. גאהרוואר ודוקטורט. הסטודנט ג'ון סוקר, יחד עם עמיתיהם החוקרים מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית, פיתחו שיטה חדשה לתת לתאים פגועים מיטוכונדריה חדשות, להחזיר את תפוקת האנרגיה לרמות הקודמות ולהגדיל באופן דרמטי את בריאות התא.
ירידה במיטוכונדריה קשורה להזדקנות, מחלות לב והפרעות ניווניות. שיפור היכולת הטבעית של הגוף להחליף את המיטוכונדריה השחוקות יכול להילחם בכולן.
כאשר תאים אנושיים מזדקנים או נפגעים מהפרעות ניווניות כמו אלצהיימר או חשיפה לחומרים מזיקים כמו תרופות כימותרפיות, הם מתחילים לאבד את יכולתם לייצר אנרגיה. האשם הוא ירידה במספר המיטוכונדריות – מבנים קטנים דמויי איברים בתוך תאים האחראים לייצור רוב תאי האנרגיה שבהם משתמשים. מתאי מוח לתאי שריר, ככל שמספר המיטוכונדריות יורד, כך יורדת בריאות התאים, עד שהם אינם יכולים עוד לבצע את תפקידיהם.
המחקר, שפורסם ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעיםהשתמשו בשילוב של חלקיקים מיקרוסקופיים בצורת פרח – הנקראים ננופרחים – ותאי גזע. בנוכחות ננופרחים אלה, תאי הגזע ייצרו פי שניים מהכמות הרגילה של מיטוכונדריה. כאשר תאי גזע אלו הונחו ליד תאים פגומים או מזדקנים, הם העבירו את המיטוכונדריה העודפים שלהם לשכניהם הפצועים.
עם המיטוכונדריה החדשה, התאים שניזוקו בעבר החזירו את ייצור האנרגיה ותפקודם. התאים המחודשים הראו רמות אנרגיה משוחזרות והתנגדו למוות תאי, גם לאחר חשיפה לחומרים מזיקים כגון תרופות כימותרפיות.
אימנו תאים בריאים לחלוק את הסוללות הרזרביות שלהם עם תאים חלשים יותר. על ידי הגדלת מספר המיטוכונדריות בתוך תאי התורמים, אנו יכולים לעזור לתאים מזדקנים או פגומים להחזיר את החיוניות שלהם – ללא כל שינוי גנטי או תרופות".
ד"ר אחילש ק. גאהרוואר, פרופסור להנדסה ביו-רפואית, אוניברסיטת טקסס A&M
בעוד שתאים מחליפים באופן טבעי חלק מהמיטוכונדריות, תאי הגזע המוחזקים בננופרחים – המכונים מפעלי ביו-מיטוכונדריה – העבירו פי שניים עד ארבע יותר מיטוכונדריות מאלה שלא טופלו.
"הגידול ביעילות פי כמה היה יותר ממה שיכולנו לקוות לו", אמר סוקר, המחבר הראשי של המאמר. "זה כמו לתת לאלקטרוניקה ישנה ערכת סוללות חדשה. במקום לזרוק אותן החוצה, אנחנו מחברים סוללות טעונות לגמרי מתאי בריא לתאים חולים".
קיימות שיטות אחרות להגברת מספר המיטוכונדריות בתאים, אך יש להן חסרונות משמעותיים. תרופות דורשות מנות תכופות וחוזרות כיוון שהן מורכבות ממולקולות קטנות יותר שמתבטלות במהירות מהתאים. הננו-חלקיקים הגדולים יותר (שקוטרם בערך 100 ננומטר) נשארים בתא וממשיכים לקדם את יצירת המיטוכונדריה במידה רבה יותר. המשמעות היא שטיפולים שנוצרו מהטכנולוגיה עשויים לדרוש רק מתן חודשי.
"זהו צעד מוקדם אך מרגש לקראת טעינת רקמות מזדקנות באמצעות מכונות ביולוגיות משלהן", אמר גאהרוואר. "אם נוכל להגביר בבטחה את מערכת חלוקת הכוח הטבעית הזו, זה יכול יום אחד לעזור להאט או אפילו להפוך חלק מההשפעות של ההזדקנות הסלולרית".
הננו-חלקיקים עצמם עשויים ממוליבדן דיסולפיד, תרכובת אנאורגנית המסוגלת להחזיק צורות דו-ממדיות רבות אפשריות בקנה מידה מיקרוסקופי. מעבדת Gaharwar היא אחת הקבוצות הבודדות לחקור את היישומים הביו-רפואיים של מוליבדן דיסולפיד.
הפוטנציאל הטיפולי של תאי גזע היה חממה של מחקר חדשני בחידוש רקמות. שימוש בננופרחים כדי להגביר את תאי הגזע יכול להיות השלב הבא בהפיכת התאים הללו לטובים עוד יותר במה שהם עושים.
אחד היתרונות העיקריים הוא הרבגוניות הפוטנציאלית של השיטה. למרות שהגישה עדיין לא נחקרה במלואה, היא יכולה, באופן עקרוני, לטפל באובדן תפקוד ברקמות ברחבי הגוף.
"אתה יכול לשים את התאים בכל מקום בחולה," אמר סוקר. "אז עבור קרדיומיופתיה, אתה יכול לטפל בתאי לב ישירות – לשים את תאי הגזע ישירות בלב או ליד הלב. אם יש לך ניוון שרירים, אתה יכול להזריק אותם ישר לתוך השריר. זה די מבטיח מבחינת היכולת לשמש למגוון רחב של מקרים, וזו רק סוג של התחלה. נוכל לעבוד על זה לנצח ולמצוא טיפול חדש וכל יום".
המחקר קיבל מימון מהמכונים הלאומיים לבריאות, קרן וולץ', משרד ההגנה והמכון למניעת סרטן וחקר הסרטן של טקסס. תמיכה נוספת ניתנה על ידי קרן המצוינות של הנשיא באוניברסיטת טקסס A&M ומענק השתילים של מרכז הבריאות למדעי הבריאות של טקסס A&M. משתפי פעולה מרכזיים נוספים במחקר זה כוללים את חוקרי A&M מטקסס, ד"ר אירטישה סינג, ד"ר וישאל גוהיל וד"ר פנג ג'או.
