שיתוף פעולה בין שתי מעבדות בטכניון הניב שני מאמרים פורצי דרך השופכים אור על מנגנונים של התחדשות ותחלואה בקרנית

האם אפשר לזהות ולעקוב אחר תאי גזע ברקמה הבוגרת? כיצד איברים בגוף מתמודדים עם הצורך בחידוש תכוף של תאי הרקמה מחד ועם נחיצות לשמירה על בריאות תאי הגזע ברקמה החשופה לפגעי הסביבה מאידך? שיתוף פעולה בין שתי מעבדות מחקר בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון הניב לאחרונה שני מאמרים פורצי דרך המתייחסים לשאלות אלה.

המחקרים האמורים קשורים לפעולת תאי הגזע בגוף ככלל ולמנגנונים של התחדשות ותחלואה בקרנית – הרקמה השקופה החיונית לראייה ושומרת על העין מפני העולם החיצון. הקרנית, בניגוד לעור, שקופה ולכן היא חשופה גם לקרינה מזיקה ללא אפשרות להתגונן ממנה באמצעות הפיגמנט המגן על העור. סביר להניח כי כדי לשמור על שקיפותה התמקמו אוכלוסיות תאי הגזע בקרנית, במהלך האבולוציה, באיזור ההיקפי של הקרנית הלימבוס, שאינו שקוף. תאים אלה מהווים מאגר חירום המספק תאים בשיגרה אך גם מייצר תאים במהירות חריגה במקרה של פציעה.

במאמר הראשון שהתפרסם לאחרונה בכתב העת Cell Stem Cell התגלו בקרנית שתי נישות של תאי גזע שלא נודעו קודם לכן. בכל אחת מהנישות נמצאו אוכלוסיות ייחודיות של תאי גזע הדואגות להתחדשותה. המאמר השני, שהתפרסם ב-eLife, מציג את מנגנון הבקרה המתוחכם השומר על הקרנית באמצעות איזון בין קצב תמותת התאים ברקמה לקצב היווצרות התאים המתחדשים בה. המאמר בוחן כיצד תכונות בסיסיות של תאי גזע ותאים ממוינים משפיעות על שמירת תאי הגזע באיזור מרוחק ומוגן ועל קצב תחלופת התאים, “טריותם” והזדקנותם. פריצות הדרך האמורות הושגו הודות לשיתוף הפעולה בין מעבדתו של פרופ’ רובי שלום-פורשטיין, המתמחה בחקר תאי גזע ומעבדתו של ד”ר יונתן סביר, המתמחה בביולוגיה כמותית ובביופיזיקה, ומדגישות את חשיבותם של מחקרים אינטרדיסציפלינריים.

לעקוב ולזהות

את המחקר שהתפרסם ב-Cell Stem Cell הובילו ד”ר אנה אלטשולר וד”ר איה אמיתי-לנגה ממעבדתו של פרופ’ רובי שלום-פוירשטיין. במחקר החדש שולבו טכנולוגיות חדשניות ובהן ריצוף RNA ברמת התא הבודד ומעקב יוחסין אחר תאים (lineage tracing) זיהוי כל ה”צאצאים” של תא ספציפי. התוצאה: אטלס חסר תקדים המתאר את החותם הגנטי של תאי הגזע הלימביים ושושלתם המלאה.

תוצאות אטלס זה מראות כי בלימבוס מתקיימות בעת ובעונה אחת שתי אוכלוסיות של תאי גזע הממוקמות בשתי נישות ממודרות ומוגדרות היטב שלא תוארו קודם. לכל אחת מהאוכלוסיות תכונות שונות ותפקיד שונה: בלימבוס הפנימי מצויה אוכלוסיית תאי הגזע הפעילים (active limbal SCs) המתחלקים במהירות ומחדשים את הקרנית בשגרה. בטבעת החיצונית קיימת אוכלוסיית תאי גזע שקטים או רדומים המתחלקים מעט באיטיות (quiescent limbal SCs), שתפקידם לשמור על גבולות הקרנית והם מהווים מאגר חירום של תאי גזע המתעוררים בעת פציעה.

במחקר התגלה גם תפקיד חדש של תאי ה-T של מערכת החיסון תאים אלה משמשים בלימבוס כתאי הנישה של תאי הגזע הלימביים הרדומים; הם מבקרים את קצב החלוקה של תאים אלה ותהליכים של ריפוי פציעות.

בין תמותה להתחדשות

את המחקר השני, שפורסם כאמור בכתב העת eLife , הובילו הסטודנט לרפואה ליאור סטרינקובסקי והדוקטורנט יבגני חבקין, שניהם ממעבדתו של ד”ר סביר. במחקר זה פיתחו החוקרים מודל מתמטי המתאר את הדינמיקה של חידוש התאים בקרנית וכך בחנו היפותזות שונות והגדירו את מנגנון הבקרה המאזן בין התחדשות תאים ברקמה זו לתמותת תאים מזדקנים. במחקר גילו החוקרים את המרחק שבו מתקשרים התאים זה עם זה כדי לאפשר את שווי המשקל המאפשר חידוש מתמיד של רקמת הקרנית.

לדברי ד”ר סביר, “רקמות רבות (כמו הקרנית והעור) נמצאות במצב מתמיד של איבוד תאים וחידושם, ולתאי גזע תפקיד קריטי ביכולת זו של רקמות להתחדש. עם זאת עדיין אין לנו הבנה מלאה כיצד תאי הגזע מבקרים את היכולת להפיק תאים חדשים כדי שהרקמה תישאר בגודל המתאים. כמו כן, לאורך חייהם של התאים הרגילים יש תפקיד משמעותי לאיזון מספר התאים החדשים שנוצרים לבין אלו שמתים.“

זווית ראייה חדשה על תאי הגזע

החוקרים מעריכים כי ממצאי המאמרים מחזקים את ההבנה שהמודל הקלאסי של תאי גזע נדירים אינו תקף. לממצאי המחקר הנוכחי משמעות רבה להבנת התכונות הבסיסיות של תאי גזע ברקמות שונות כגון עור, שריר, זקיקי שיער ומח העצם. החוקרים מקווים שחשיפת הזהות והחותם הגנטי של תאי הגזע הלימביים במחקר זה תסלול את הדרך להבנת תהליכי התפתחות מחלות קרנית ומחלות אחרות שבהן תאי גזע ברקמות שונות נפגעים, וכן תוביל לפיתוח טיפולים חדשנים וטכנולוגיות חדשות לשיקום איברים פגועים כגון קרנית, זאת בין השאר באמצעות שימוש תרופות מוכוונות למסלולים גנטיים פגועים בתאי גזע ובאינטראקציה שלהם עם תאי הנישה התומכים בהם.

למאמר ב- Cell Stem Cell לחצו כאן

למאמר ב-eLife, לחצו כאן