השפה הסודית של התאים

שיטות מהפכניות לריצוף תא בודד וזוגות תאים וחקר האינטראקציה בין תאים, מאפשרים פיתוח ויישום מהירים של כלים חדשים לאבחון, לאיתור מנגנוני טיפול חדשים ולזיהוי מחלות מוקדם, אפילו מבדיקת דם פשוטה

“תאים מתקשרים בצורה שמשנה אותם ואת סביבתם, ולכן, אם נוכל לתמרן את הנישות השונות – להשתיק את התאים או לעודד סיגנלים מסוימים – נדע הרבה על האופן שבו מתפתחות מחלות”. כך לדברי ד”ר מירב כהן, העומדת בראש מעבדה באוניברסיטת ת”א, שמחקרה בתחום התקשורת הבין-תאית (Cell Communication), הפך אותה לאחת החוקרות המובילות בתחום האימונולוגיה ההתפתחותית והאימונולוגיה של סרטן. מחקרה שהתמקד תחילה בהתפתחות עוברית של רקמות, הוביל אותה למסקנה שהתקשורת בתאים אלו דומה מאוד לתקשורת במחלות שונות. מחקרים אלו ואחרים באימונולוגיה התפתחות והאימונולוגיה של סרטן משנים את מה שידוע על האופן שבו מתפתחות מחלות.

מסע בין רקמות

מחקרה של ד”ר מירב כהן מתמקד במערכת החיסון ובהשפעת התקשורת הדו-סטרית של הרקמות על מערכת החיסון, ולהיפך. “הכל זה אינטראקציה בין התאים”, היא מסבירה. “נקודת המוצא שלי במחקר היא שהתא אינו בודד, אלא נמצא בתוך סביבה. התאים הנמצאים בנישות מתקשרים ללא הרף. הם שולחים סיגנלים כלפי חוץ, ויש להם רצפטורים שמקבלים אותות מהסביבה בחזרה. אחת התובנות המרכזיות העולות מהמחקר היא שהתאים מתקשרים בצורה שמשנה אותם ואת סביבתם, ולכן אם נוכל ‘להשתיק’ את התאים, או לעודד סינגלים מסוימים – נדע הרבה על האופן שבו מתפתחות מחלות”.

כדי להבין את “השפה הסודית” של התאים, המחקר של ד”ר כהן משלב טכנולוגיות מתקדמות של ריצוף תאים בודדים. “כל השאלות המחקריות שלנו הן ברמת התא הבודד. פיתחנו שיטות חדשניות לפירוק ובידוד תאים מרקמות שונות: שד, כבד, ריאה, כליה, עצם, ואנחנו בודקים בהן נוכחות תאים וסיגנלים המעודדים התפתחות עוברית, ואף עשויים לאפשר בנייה של סביבות גידול ברקמות האלו. בתהליך העבודה אנחנו עובדים עם מודלים עכברים, אך גם מקבלים דגימות הומניות מבתי החולים בסביבה, ומכל רקמה מבודדים תאים בודדים. למעשה, אנחנו מרצפים בכל תא את ה-mRNA שלו, אשר מיועד בסוף להיות מתורגם לחלבון, ובכך מהווה מבחינתנו מידע לגבי הפונקציה של התא”, מסבירה ד”ר כהן.

מתא בודד לצמד

פריצות דרך מדעיות בטכנולוגיה דורשות שימוש בשיטות חישוביות מתקדמות ויישום ביו-אינפורמטיקה הלכה למעשה המבוססת על דאטה רחב שנאסף. כדי ללמוד איך התאים מתקשרים מעבר להבנת התא הבודד, נדרש ללמוד גם את הארכיטקטורה של הרקמות, איזו פונקציה יש לכל תא ומה גורם לתאים אלו לקיים אינטראקציה מסוימת.

שיטה חדשנית נוספת שפותחה במעבדה של ד”ר כהן, מאפשרת לבודד צמדי תאים, ולא רק תאים בודדים. השיטה החדשה, מאפשרת לבודד ולרצף את צמדי התאים כדי לבחון את האינטראקציות הפיזיות ביניהם ברקמה ולנתח אותן”.

טכנולוגיה זו מאפשרת לייצר “חתימה מולקולרית” ופותחת בפני החוקרים כיווני ריפוי חדשים למחלת הסרטן. תאים שמבטאים גן מסוים רק באינטראקציה עם תא סרטני עשויים להיות אופציונליים לטיפול בסרטן – אם יש אינטראקציות מסוימות הפועלות כנגד התא הסרטני, ניתן לעודד אותן על ידי השראת האינטראקציה בסביבת הגידול.

זיהוי סרטן מבדיקת דם פשוטה

המחקר פורץ הדרך של ד”ר כהן מציב את ישראל בחזית הטכנולוגיה העולמית בתחום חקר הסרטן והמחלות. “אנו מובילים בעולם בטכנולוגיות לריצוף תא בודד וריצוף זוגות תאים וביכולת לשלב את הטכנולוגיה עם דוגמאות הומניות”, היא מסבירה. מחקר חדש, הנמצא בשלבים אחרונים לפני פרסום, בחן את תהליך התפתחות סרטן ברקמת השד, תוך התמקדות באינטראקציות בסביבת הגידול ובמנגנונים הגורמים להתפתחותו המואצת ולהתפשטותו. “העבודות שלנו מגלות לא רק טרגטים חדשים במודלים העכבריים ובדוגמאות ההומניות”, היא אומרת, “אלא גם ביו-מרקרים חדשים לזיהוי מוקדם של מחלות, ולסיווג המחלות לשלבים שונים. למשל, גילינו בסרטן השד חתימה מולקולרית מיוחדת שמנבאת אם סרטן השד יהיה יותר אגרסיבי או פחות”.

צוות רב-תחומי ושיתופי פעולה מקיפים

במעבדה של ד”ר כהן, שהוקמה באוקטובר 2020, עובדים במרץ תשעה חוקרים מדיסציפלינות שונות. שיתופי הפעולה של המעבדה הם מגוונים ומקיפים. “בפרויקט סרטן השד יש לנו שיתוף פעולה עם איכילוב, ולגבי דוגמאות של סרטן ריאה – עם כירורגית חזה במרכז הרפואי שיבא תל השומר”, מספרת ד”ר כהן. “התחלנו עכשיו שיתוף פעולה חדש ומרגש בו אנחנו חוקרים דוגמאות עובריות אנושיות כדי להבין לעומק את תפקיד מערכת החיסון בהתפתחות הפיזיולוגית של רקמות בעוברים”.

המעבדה של ד”ר כהן נהנית גם מקשר רציף עם רשות החדשנות ומתמיכה כלכלית מגורמים ישראליים נוספים וגורמים בינלאומיים. הקשר עם רשות החדשנות הוא חלק חיוני בתהליך המחקר והפיתוח. “הקשר עם הרשות נועד להפוך את התוצאות שלנו והטכנולוגיות אותן אנו מפתחים למוצר ישים לשימוש בקליניקה”, מסבירה ד”ר כהן. “בכל פעם שיש תגלית חשובה לפטנט – מולקולה או טכנולוגיה, אנחנו מיידעים את הרשות, אפילו עוד לפני פרסומים והצגות בכנסים”.