בדו"ח מחקר חדש, מדענים ב-Johns Hopkins Medicine אומרים שהם פיתחו טכנולוגיה המאפשרת להם ללכוד "תמונת מצב" מולקולרית תלת-ממדית של מאות זקיקי שיער תוך כדי התפתחותם ולאחר מכן לשחזר את הממד הרביעי – זמן – כדי ליצור ביעילות אנימציית סטופ-מושן של האופן שבו איבר זה נוצר.
המכון הלאומי למחקר במימון הבריאות פורסם באינטרנט ב-1 ביולי ויופיע בגיליון המודפס של ה-3 בספטמבר של תָא.
זקיקי שיער הם האיברים הקטנים והרבים ביותר בגופנו, אך הם נוצרים בדרכים דומות לאיברים האחרים, אומרים המדענים. התקדמות זו סוללת אפוא את הדרך להבנה כיצד התפתחות איברים עשויה להשתבש עבור אנשים עם מצבים מולדים מסוימים.
"המפה הארבע-ממדית (4D) שלנו של זקיק השיער מעכברים משמשת כמערכת מודל להבנת יסודות המהות הרחבה של האופן שבו איברים מתפתחים", אומר רזה קלהור, Ph.D., פרופסור חבר להנדסה ביו-רפואית בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס, שהוביל את המחקר האחרון.
על ידי ניתוח המפה ה-4D, החוקרים הצליחו לזהות שלבים שונים בהיווצרות האיבר הזה – כוריאוגרפיה מורכבת של אלפי תאים. ראשית, התאים המבשרים מתארגנים במרחב כדי לבסס את הציר המרחבי של האיבר בניצב לפני העור. בשלב הבא, מבשרים אלו מתמיינים לסוגי התאים הרבים הדרושים ליצירת זקיקי שיער. לבסוף, סוגי התאים החדשים הללו גדלים והופכים לזקיק בוגר, ומתכוננים לייצר את קווצת השיער.
המחקר עוד משווה את זקיקי השיער של עכברים רגילים לעכברים חסרי שיער חסרי גן, פוקסן1שהוא קריטי לצמיחת שיער. השוואה זו עשויה לסייע למדענים להבין כיצד מתפתחים מצבים רפואיים הגורמים לנשירת שיער, מה שעשוי להוביל לדרכים חדשות למנוע ולטפל בנשירת שיער בעתיד, אומר לואיס גרזה, MD, Ph.D., פרופסור לדרמטולוגיה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס ומחבר המאמר.
מדענים חיפשו זמן רב דרך לדמיין כיצד איברים מתפתחים לאורך זמן. פעולה זו עשויה להוביל להבנה טובה יותר של האופן שבו מצבים תורשתיים מסוימים עשויים להשפיע על התפתחות האיברים, או ללכוד כיצד ומתי מתפתחים גידולים, ועלולה להוביל לאבחנות וטיפולים מוקדמים יותר, אומר קלהור.
"בעיה זו נותרה מסובכת מכיוון שאיברים נוצרים על ידי מיליוני תאים בתהליכים מורכבים ומתואמים מאוד", אומר Soichiro Asami, המחבר הראשון של המאמר ודוקטורנט. מועמד במעבדה של קלהור. "פיתחנו טכנולוגיה שמתמודדת עם הבעיה של הדמיית זה, ויישמנו אותה על זקיקי שיער, כי יש מאות מהם המשתרעים על כל שלב בהתפתחות האיברים".
המהנדסים הביו-רפואיים קאלחור ואסאמי שיתפו פעולה עם גרזה, שלומד לעתים קרובות פוקסן1 עכברים כמודל להבנה כיצד מתפתחות הפרעות בצמיחת שיער ולמצוא דרכים חדשות לטפל בהן. גרזה סיפק הקשר ורקע מפתח על ביולוגיה של זקיקי שיער ודגימות רקמה מעכברים רגילים וחסרי שיער במחקר האחרון הזה.
החוקרים פיתחו כלי הדמיה מולקולרי חדש, 3D DNase-Enhanced Expression Profiling (3DEEP), המאפשר להם לנתח פיסות רקמה גדולות מספיק כדי ללכוד את איברי זקיק השיער בשלמותם בדגימות עור של עכברים רגילים ועכברים קירחים. 3DEEP מסיר DNA גנומי מדגימות העור, מה שעלול להפריע לתגובות כימיות המשמשות לדמיין חלקים שבירים של RNA שליח החיוניים להבנת התפתחות האיברים. משם, החוקרים סימנו את מיקומן של מיליוני מולקולות RNA בדגימה, וסיפקו מפה מרחבית מדויקת תלת-ממדית של ביטוי גנים בתוך הרקמה.
לאחר מכן, המדענים סיווגו את סוגי התאים באיברים המורכבים הללו, חישבו את הגיל המולקולרי של כל זקיק שיער וסדרו את זקיקי השיער מהצעירים למבוגרים ביותר, והפכו תמונות תלת-ממד קפואות של עורם של עכברים רגילים וחסרי שיער להנפשה תלת-ממדית. ג'ין פאן, Ph.D., עוזר פרופסור להנדסה ביו-רפואית בג'ונס הופקינס, יצר ממשק מקוון לחקירה ואינטראקציה עם אנימציה זו.
"כלים אלה מראים לנו כיצד זקיק שיער גדל מעיבוי זעיר של העור למבנה עמוק ובוגר", אומר גרזה. "זהו חלון לאורגנוגנזה."
בהשוואה בין המפות של דגימות זקיקי שיער מעכברים רגילים וחסרי שיער, המדענים אומרים שהם קבעו שזקיקי שיער מעכברים חסרי שיער חוו התפתחות מאוחרת עם היווצרותם. יש לציין כי התאים מזקיקי עכברים חסרי שיער היו מסוגלים להתרבות, או להתחלק ולגדול, בקצב גבוה יותר, אך הייתה להם יכולת מופחתת להתבגר ולקחת על עצמם תפקידים ספציפיים בזמן הנכון, וערערה את הכוריאוגרפיה העדינה של התפתחות האיבר, אומר קלהור.
"ה פוקסן1 מוטציה הובילה להתמוטטות בתקשורת ובתזמון הסלולרי, מה שגרם לאיברי זקיק השערה לקרוס מבנית לפני שהייתה לשיער הזדמנות להיווצר", אומר אסאמי.
בעתיד, Garza אומר שלטכניקה זו של הדמיית התפתחות זקיקי שיער יש פוטנציאל לעזור לחוקרים להבין את הגורם למצבי נשירת שיער מסוימים אצל אנשים.
"בסופו של דבר אם נוכל ליישם את הטכנולוגיה הזו על אנשים, אז נוכל לגלות כמות עצומה יותר מכל מטופל ולעזור לטפל בהם בנפרד", אומר גרזה.
בנוסף לאסאמי, פאן, גרזה וקאלחור, מדען נוסף של ג'ונס הופקינס, צ'נשו יין, תרם למאמר זה.
המימון למחקר זה ניתן על ידי המכון הלאומי לבריאות (R01HG012357, U01HL156056), קרן סימונס וקרן דייוויד ולוסייל פקארד.
