מדענים במלבורן גילו כיצד פולסים חשמליים זעירים יכולים לנווט תאי גזע בזמן שהם גדלים, ולפתוח את הדלת לדרכים משופרות חדשות ליצירת רקמות, איברים, עצבים ועצמות חדשות.
ד"ר איימי גלמי, מרצה בכירה בבית הספר למדעים של אוניברסיטת RMIT, הובילה את העבודה באמצעות מיקרוסקופיה מתקדמת של כוח אטומי כדי לעקוב אחר האופן שבו תאי גזע משנים את המבנה שלהם כאשר הם נחשפים לגירוי חשמלי.
המחקר חושף, לראשונה, כיצד תאי גזע חיים מגיבים פיזית לאותות חיצוניים בזמן אמת – מעצבים את עצמם מחדש תוך דקות ומתחילים שינויים המשפיעים על סוג התא שהם הופכים בסופו של דבר.
"תאי גזע הם חלק מכולנו – אפילו כמבוגרים – בעצם שלנו וברקמת השומן שלנו", אמר גלמי, המזוהה גם עם Aikenhead Center for Medical Discovery (ACMD) בבית החולים סנט וינסנט במלבורן.
התאים הזעירים האלה הם כוח-העל המרפא הקטן שלנו, המסוגלים ליצור חלקים רבים ושונים בגופנו – אם רק נוכל להבין איך לומר להם להשתנות."
ד"ר איימי גלמי, מרצה בכירה, בית הספר למדעים, אוניברסיטת RMIT
תחום אחד שהצוות עובד עליו הוא להבין כיצד תאי גזע מגיבים לרמזים פיזיים וחשמליים ולא לכימיקלים מסורתיים. זה יכול לעזור לחוקרים ליצור חומרים המחקים טוב יותר את הסביבה הטבעית של הגוף – צעד קריטי לקראת רקמות ואיברים מהונדסים.
"רוב החוקרים משתמשים בכימיקלים כדי לשלוט בהתפתחות של תאי גזע – למשל, האכלת התאים בתמיסות מיוחדות לייצור שרירים או עצם", אמר גלמי.
"זה יכול לעבוד – אבל יש לו מגבלות".
המחקר של הצוות מתמקד כעת בלהראות שתאי גזע לא רק מגיבים כימית, על ידי הצגת התאים חשים ומגיבים לאותות חשמליים זעירים, אמר חוקר שותף ד"ר פיטר שרל.
"על ידי שליטה מדויקת על האותות הללו, נוכל להתחיל להנחות כיצד התאים מתנהגים ולמה הם עשויים להפוך, בין אם זה רקמת עצם, עצב או שריר", אמר שרל מבית הספר למדעים.
"זה באמת מבטיח עבור הנדסת רקמות ורפואה רגנרטיבית."
המחקר מראה שאפילו שינויים חשמליים עדינים יכולים לשנות את הנוקשות והצורה של השלד הפנימי של התא, אשר בתורו משפיע על אופן התפתחותו.
צוות RMIT עבד עם ד"ר ג'וזף ברי, מאוניברסיטת מלבורן, כדי לדגמן כיצד התאים ממירים גירוי פיזי לתגובות ביולוגיות. חוקרים אחרים הם Kaiwen Zhang, Chayla Reeves ואהרון אלבורן מבית הספר למדעים של RMIT וקייט פוקס מבית הספר להנדסה.
"על ידי שילוב הנתונים הניסויים עם מודלים ממוחשבים, נוכל לחזות כיצד תא יגיב לדפוסים חשמליים שונים", אמר ברי.
"זה נותן לנו מפת דרכים לעיצוב חומרים או מכשירים שמדברים לתאים בשפה שהם מבינים".
גלמי אמר כי העבודה הדגישה כיצד פיזיקה וביולוגיה משתלבות יותר ויותר ברפואה רגנרטיבית.
"העתיד של תיקון רקמות אינו קשור רק לכימיה – הוא עוסק בעיצוב חומרים שיכולים לחוש, לתקשר ולהסתגל", אמרה.
השלבים הבאים לתעשייה ולמדטק
צוות המחקר רוצה לשתף פעולה עם שותפים בתעשייה בביוטכנולוגיה ומכשור רפואי כדי לתרגם את הגילוי ליישומים מעשיים.
שימושים פוטנציאליים כוללים:
- שתלים חכמים המשתמשים במיקרו-אלקטרודות מובנות כדי לעודד צמיחה מחודשת של עצמות או עצבים
- מערכות ביוריאקטור המשתמשות באותות חשמליים כדי להתנות תאי גזע לפני ההשתלה
- חומרים מהדור הבא שמסתגלים באופן דינמי לגוף עם התקדמות הריפוי.
"ההבנה המשופרת שלנו לגבי האופן שבו רמזים חשמליים מניעים את התנהגות התא נותנת לנו בסיס להנדסת חומרים מגיבים", אמר גלמי.
"עם השותפויות הנכונות בתעשייה, זה יכול לשנות את האופן שבו אנו ניגשים לריפוי פצעים, שילוב שתלים ואפילו התחדשות איברים."
