ה'שרטוט' הראשון של התפתחות השלד האנושי חושף כיצד נוצר השלד, שופך אור על תהליך דלקת המפרקים ומדגיש תאים המעורבים במצבים המשפיעים על צמיחת הגולגולת והעצמות.
חוקרים ממכון Wellcome Sanger ומשתפי פעולה השתמשו בטכניקות גנומיות מתקדמות כדי לזהות את כל התאים והמסלולים המעורבים בשלבים המוקדמים של התפתחות השלד. חלק מפרויקט Human Cell Atlas (HCA) הרחב יותר, ניתן להשתמש במשאב זה כדי לחקור אם תרופות טיפוליות נוכחיות או עתידיות עלולות לשבש את צמיחת השלד אם נעשה בהן שימוש במהלך ההריון.
המחקר, שפורסם היום (20 בנובמבר) ב טֶבַעמראה תמונה ברורה של האופן שבו הסחוס פועל כפיגום לפיתוח העצם על פני השלד, מלבד החלק העליון של הגולגולת. הצוות מיפה את כל התאים הקריטיים להיווצרות הגולגולת וחקר כיצד מוטציות גנטיות עלולות לגרום לכתמים רכים בגולגולת של יילודים להתמזג מוקדם מדי, ולהגביל את הצמיחה של המוח המתפתח. בעתיד, תאים אלה יוכלו לשמש כיעדים אבחוניים וטיפוליים אפשריים לזיהוי וטיפול במצבים מולדים.
הם גם מצאו גנים מסוימים שהופעלו בתאי עצם מוקדמים שעשויים להיות קשורים לסיכון מוגבר לפתח דלקת מפרקים בירך כמבוגר. באופן השוואתי, הם מציעים שגנים אחרים בתאי סחוס מוקדמים קשורים לסיכון מוגבר לפתח דלקת פרקים בברך, אולי בשל תפקידם בתיקון הסחוס. בעתיד, לימוד נוסף של תאים שונים אלה עשוי לסייע בפיתוח טיפולים חדשים למצבים אלה.
בסך הכל, אטלס השלד המתפתח הוא משאב זמין באופן חופשי שניתן להשתמש בו כדי להבין יותר על התפתחות העצם וכיצד זה משפיע על מצבים המשפיעים על רקמות אלה המתרחשים אצל ילדים ומבוגרים.
מאמר זה הוא אחד מתוך אוסף של יותר מ-40 פרסומי HCA בכתבי עת של Nature Portfolio המייצגים קפיצת מדרגה בהבנתנו את גוף האדם. מחקרים משלימים אלה שופכים אור על היבטים מרכזיים של התפתחות האדם, וביולוגיה של בריאות ומחלות, והובילו לפיתוח כלים וטכנולוגיות אנליטיות חיוניות, אשר כולן יתרמו ליצירת אטלס התא האנושי.1.
גולגולות ילדים מתקשות לחלוטין ומתמזגות כשהן בין הגילאים שנה עד שנתיים. לפני תהליך התפתחות זה, ישנם נקודות רכות בגולגולת המאפשרות למוח להמשיך ולצמוח לאחר לידת הילד. במקרים מסוימים, נקודות רכות אלו מתמזגות מוקדם מדי, מה שגורם למצב המכונה craniosynostosis, אשר מונע מהמוח להתרחב.
בבריטניה, זה בדרך כלל מטופל במהירות באמצעות ניתוח, אבל אם לא מטופל, זה יכול לגרום להצטברות של לחץ בגולגולת, מה שמוביל לקשיי למידה, בעיות בראייה ואובדן שמיעה. בעוד קרניוסינוסטוזיס נקשר למוטציות גנטיות, עד כה לא ניתן היה לזהות אילו תאים בבני אדם משבשים את המוטציות הללו.
דלקת מפרקים ניוונית (OA) היא הצורה הנפוצה ביותר של דלקת פרקים בבריטניה וגורמת למפרקים, כגון הירך והברכיים, להיות כואבים ונוקשים עם הזמן. הסיבה לכך היא ששכבת ההגנה, המכונה סחוס, סביב המפרקים הללו נשברה או נשחקה. בסופו של דבר, ברוב המקרים, יש צורך להחליף את המפרק באמצעות ניתוח גדול, שכן מבוגרים אינם יכולים לגדל תאים חדשים לתיקון הסחוס הפגוע.
באמצעות טכנולוגיה חדשנית, חוקרים ממכון סנגר ומשתפי פעולה מיפו את התפתחות השלד בשליש הראשון של ההריון, מ-5 עד 11 שבועות לאחר ההתעברות, ברמה מרחבית וברמה של תא בודד. זה איפשר להם לתאר את כל התאים, רשתות הגנים והאינטראקציות המעורבות בצמיחת עצם במהלך התפתחות מוקדמת, כולל מיקומם של תאים ברקמה הצומחת במהירות.
המפה של תא בודד חשפה כיצד תאי סחוס גדלים תחילה, ופועלים כפיגום לתאי עצם ואז גדלים. הצוות הדגיש כיצד זה קורה בכל מקום בשלד מלבד החלק העליון של הגולגולת, הנקרא קלווריום. בתוך הקלווריום, הם גילו סוגים חדשים של תאי עצם מוקדמים המעורבים בהתפתחות הגולגולת. הצוות חקר כיצד מוטציות גנטיות הקשורות ל-craniosynostosis משבשות את תאי העצם המוקדמים הללו, וגורמות להם להתמזג מוקדם מדי.
החוקרים מצאו גם כי וריאנטים גנטיים הקשורים לסיכון גבוה יותר לדלקת מפרקים בירך היו מעורבים בהתפתחות מוקדמת של תאי עצם ובווסתיהם במורד הזרם, בעוד וריאנטים שהשפיעו על הסיכון לדלקת מפרקים בברך היו מעורבים ביצירת סחוס.
בנוסף, הצוות השתמש באטלס כדי לחקור את ההשפעה של תרופות על התפתחות השלד. הם ערכו רשימה של 65 תרופות מאושרות קלינית, שכרגע אינן מומלצות במהלך ההריון, והדגישו היכן אלו עלולות לשבש את התפתחות השלד. על ידי הכללת מידע זה באטלס, הוא מדגיש את ההשפעה שיכולה להיות לתרופות על האדם המתפתח ויכול להיות אינפורמטיבי כאשר בוחנים האם טיפולים בטוחים לשימוש במהלך ההריון.
ישנם אינספור תהליכים הפועלים במקביל במהלך התפתחות השלד והמפרקים של האדם, והמחקר שלנו אפיין סוגי תאים ומנגנונים המעורבים ביצירת עצם והתמזגות הגולגולת. על ידי לימוד אלה, הצלחנו לתת הקשר לגרסאות DNA הקשורות למצבים מולדים, כגון craniosynostosis, ולחזות כיצד שינויים גנטיים משפיעים על השלד המתפתח. בסופו של דבר, שימוש באטלס זה יכול לעזור לנו להבין טוב יותר את התנאים של השלד הצעיר והמזדקן כאחד. ה"שרטוט" הזה של יצירת עצם יכול גם לעזור לנו לפתח דרכים יעילות לגדל תאי עצם וסחוס בצלחת, שיש לה פוטנציאל טיפולי עצום".
ד"ר קן טו, מחבר ראשון מ-Wellcome Sanger Institute
ד"ר יאן פטריק פט, מחבר ראשון מ-Wellcome Sanger Institute, אמר: "אנחנו נרגשים שיצרנו את המפה המולטי-אומית הראשונה של השלד האנושי המתפתח, משהו שיש לו פוטנציאל עצום בהבנת איך העצמות שלנו גדלות. וטיפול בתנאים שעשויים להשפיע על זה האטלס הרב-שכבתי, שנפתר בזמן ובמרחב, אפשרו ניתוחים חישוביים חדשים, שבהם השתמשנו כדי ליצור תצוגה משולבת של תהליכי התפתחות. מווסתת תמונה ברורה יותר של מה שקורה כשהשלד שלנו יוצר, וכיצד זה משפיע על מצבים כמו דלקת מפרקים ניוונית, יכולה לעזור לפתוח טיפולים חדשים בעתיד."
פרופסור שרה טייכמן, מייסדת שותפה של אטלס התא האנושי ומחברת בכירה בעבר במכון Wellcome Sanger, הממוקם כעת במכון תאי הגזע של קיימברידג' באוניברסיטת קיימברידג', אמרה: "אטלס השלד הייחודי שלנו, הזמין באופן חופשי שופך אור חדש על הסחוס. התפתחות עצם ומפרקים בשליש הראשון, המפרטת את התאים והמסלולים המעורבים יחד בפעם הראשונה אטלס זה משלב טכנולוגיה מרחבית חדשנית עם ניתוח גנטי ויכול להיות בשימוש על ידי קהילת המחקר ברחבי העולם האטלס המפורט הזה של התפתחות העצמות במרחב ובזמן מתואם עם מחקרים אחרים המקרבים את כל היוזמה של Human Cell Atlas צעד אחד קרוב יותר להבנה מלאה של מה שקורה בגוף האדם על פני התפתחות, בריאות ומחלות. "
