למה הניסויים בעכברי מעבדה לא יעילים? לחוקר ישראלי יש את התשובה

מודל חדשני מפורט וראשון מסוגו של פעילות חשמלית של תאי עצב במוח האדם, שפותח בידי חוקרים באוניברסיטה העברית, נושא בשורות של ממש באשר לכל מה שידענו עד כה על המרכיבים הבסיסיים (תאי העצב) במוחם של בני אדם לעומת מוחם של יונקים אחרים. המודל הזה עשוי להיות בעל השלכות מהותיות על האופן שבו חוקרים מפתחים תרופות וטיפולים למחלות כמו פרקינסון או אלצהיימר.

צוות מחקר בראשותו של פרופ' עידן שגב, פרופסור לנוירופיזיולוגיה חישובית, חבר במרכז אדמונד ולילי ספרא למדעי המוח ומנהל המחלקה לנוירוביולוגיה באוניברסיטה העברית בירושלים, חבר לצוות חוקרים אירופאים, העוסקים במיפוי ומחקר של תאים במוח, בהתבסס על רקמות שהוצאו בעקבות ניתוח ממוחם של חולים.

המודל הראה הבדלים משמעותיים שלא היו ידועים עד כה בפעילות החשמלית של תא עצב במוח האנושי לעומת מוחם של יונקים אחרים, כמו עכברים. בעוד שהממצאים מכים גלים ומושכים עניין ברחבי העולם, המחקר מדגיש שההבדלים בין מוח האדם למוח העכבר – כבר ברמת התא הבודד – עשויים להקשות על המחקר הרפואי, בו תרופות רבות, למשל נגד אלצהיימר ופרקינסון, מנוסות בשלב הפיתוח על עכברים.

עוד בנושא:
תגלית חדשה: החיה שתסייע לחקר חידוש רקמות בבני אדם
מדהים: התמונות שחושפות את הצד היפה של הניסוייים המדעיים
אינקובטור ביולוגי: מדענים יגדלו איברים אנושיים להשתלה בתוך חזירים

בשיחה עם וואלה! בריאות, הסביר פרופ' שגב כי חשוב להבין קודם כל דבר מהותי בנוגע ליכולתנו לחקור את המוח האנושי ולפתח טיפולים ותרופות לבעיות שמקורן במוח, והוא ההיעדר של רקמות מוח אנושי זמינות למחקר. פרופ' שגב נוטל חלק זה שנים בפרוייקט "המוח הכחול", במסגרתו מנסים מדענים לייצר סימולציה ממוחשבת של מוחות יונקים, כדי להבין את מבנה המוח ופעולתו.

"יש מספר קטן של מעבדות בעולם שעובדות עם רקמה חיה ממוח האדם. מדובר ברקמות שמוצאות ממוח אדם חי שעובר, למשל, הסרת גידול במוח. יחד עם הרקמות הנגועות יש גם רקמות בריאות, אך ברוב המקרים לא נעשה בהן שימוש מחקרי וחלקן נזרקות לפח. העולם המדעי התרגל לעבוד עם חיות מעבדה נגישות כמו עכברים, ואכן יש קרבה רבה בין המוח של האדם והעכבר", הסביר פרופ' שגב.

כשנשאל מדוע למעשה לא נעשה שימוש ברקמות אנושיות, פרופ' שגב מסביר כי זו שאלה גדולה, וכי ומדובר בעניין של הרגל של הקהילה המדעית וחוסר מודעות לזמינות של רקמות אנושיות בכל מחלקה נוירוכירורגית. "אנחנו יודעים לעבוד עם עכברים, חוקרים עבדו לאורך השנים על פיתוחים גנטיים ומולקולרים מדהימים המאפשרים לערוך ניסויים חדשניים על עכברים, הם מכירים היטב את הגנום של העכבר ויודעים להפעיל עליו מניפולציות כדי לחקור ולפתח תרופות", אמר פרופ' שגב. "הנושא של הרקמות החיות ממוח האדם הוזנח – למרות שניתן להשתמש בהן לבחינת ההבדלים המבניים, החשמליים והכימיים, וכשלב ביניים לבדיקת להשפעתן של תרופות שפותחו על עכברים. לאחרונה נכנסתי לתחום המרתק של עבודה עם ריקמה אנושית וזה מדהים אותי עד כמה הרקמה הזאת פשוט לא הובאה בחשבון במחקרים בעולם כולו", הוסיף.

הצלחתם של שגב וצוות המחקר שלו לייצר מודל ממוחשב ראשון מסוגו של תא עצב במוח האדם התאפשרה כתוצאה משיתוף פעולה בין הצוות שלו לחוקרים מהולנד, להם גישה לרקמות מוח מבית החולים האוניברסיטאי שבאמסטרדם וצוות במדריד החוקר את מבנה תאי העצב האנושיים.

"בשנתיים האחרונות החוקרים העבירו לנו את הסריקות והנתונים של תאי העצב מקליפת המוח האנושיות, הניאו קורטקס, הממוקמת מתחת לגולגולת ומייחדת את היונקים מיתר החיות. יש בה שכבות שונות ותאים מסוגים שונים. העבירו לנו תאי עצב ששוחזרו בתלת מימד, תוך שהחוקרים מדדו ואיפיינו את הפעילות החשמלית של התאים הללו באמצעות אלקטרודות", סיפר פרופ' שגב.

המודל הממוחשב המפורט שיצרו פרופ' שגב ותלמידו, הדוקטור גיא אייל, שילב נתונים מקיפים על פעילותם החשמלית של תאי העצב ועל המבנה התלת ממדי שלהם. "לכל סוג תא יש תבנית פעילות חשמלית המיוחדת לו ", אמר פרופ' שגב, והסביר כי תאי עצב מייצרים חשמל לשם תקשורת והעברת מידע ביניהם.

"אחת התכונות החשמליות של תאים היא הקיבול (capacitance) של הממברנה (שעוטפת את התא), כמו שיש לחוט חשמל קיבול מסוים. עד היום, לאחר שמדדנו תאי עצב מכל מיני חיות וממקומות אחרים במוח, חשבנו שיש ערך אוניברסלי וקבוע של כל הממברנות הביולוגיות – מכיוון שהן דומות בעובי ובמבנה החלבונים והשומנים שלהן. אבל המודל שיצרנו הראה פער עצום בין הקיבול החשמלי בתאי העצב באדם לזה שבחיות אחרות. הקיבול אצל בני אדם הוא חצי מהמקובל – כלומר הבדל של 100 אחוז", הוסיף.

החוקרים חשבו שהמודל המפורט שיצרו שגויי והם ניסו להבין מה לא בסדר במודל. לשם כך הם ביקשו דבר לא מקובל מהחוקרים ההולנדים, שיערכו ניסוי שימדוד באופן ישיר את קיבולת הממברנה על רקמות חיות. פרופ' שגב מסביר כי מדובר בדבר לא שגרתי הדורש מאמץ מיוחד. "ההולנדים עשו בסוף את הניסוי המסובך הזה על שישה תאים אנושיים וקיבלו במדידה הישירה שהקיבולת היא אכן חצי מזו שבממברנות של יונקים אחרים כפי שניבא המודל".

"מה שבעצם הסיפור הזה אומר לנו הוא שיש משהו מיוחד במוח האדם כבר מרמת התא הבודד, ביחידת החישוב של המוח, המיקרוצ'יפ הבודד המרכיב את מוחנו. ככל שהקיבול קטן יותר קל יותר לטעון את התא במטען חשמלי והפעילות החשמלית נעשית יעילה יותר. כלומר, הקיבול הנמוך בממברנת האדם משפר את היכולת שלנו כבני אדם להעביר מידע מתא לתא, זה מראה על התבדלות קליפת המוח מזו של העכבר והחולדה ואולי גם מיונקים אחרים", אומר פרופ' שגב.

"מתברר שבין האדם והעכבר יש הבדל מהותי בפעילות החשמלית של תא העצב, התא האנושי יעיל יותר מבחינת העברת אותות חשמליים ויש בנו התרגשות גדולה על כך שהתחלנו להבין משהו חדש באשר למוח האדם ברמה התאית", הוסיף. זה מרמז, אולי, על המנגנונים הביולוגיים שמאפשרים יכולות קוגנטיביות מפותחות וגבוהות יותר אצל בני אדם.

אז מה בנוגע לגורלם של ניסויים על עכברים למציאת תרופות למחלות שמקורן במוח?

"אכן, ידוע לנו שמבחינה גנטית, וכעת הראנו שגם מבחינה חשמלית, יש הבדלים גדולים בין מוחנו למוח העכבר. הרבה תרופות שפותחו על העכבר יעילות גם עלינו אבל הרבה תרופות אינן יעילות. על כן, אני מקווה שייעשה בעתיד שימוש רב יותר ברקמה אנושית חיה – שייווצר שיתוף פעולה הדוק בין בתי חולים למעבדות מחקר. אפשר להסתמך במידה מסוימת על הדמיון בין מוח העכבר למוח האדם לצרכים מסוימים, לדוגמה, הסינפסות בין התאים והצורה המבנית של התאים מאוד דומים (אבל הם כאמור לא זהים). אנחנו רואים שלפעמים יש תרופות שמצליחות על עכברים ועל בני אדם, ולעתים יש תרופות שמצליחות על עכברים ולא על בני אדם", אמר.

פרופ' שגב אופטימי, בין היתר לאור התגובות וההתעניינות בקרב מדענים לגבי עבודה משותפת. "לדעתי הכיוון אליו נעים החוקרים הוא לעבר בחינת רקמות חיות באדם. "זה מה שהולך לקרות בעשורים הקרובים, עם כל הכבוד לחיה המדהימה והחשובה עבורנו (העכבר), היא בכל זאת שונה מאד מאתנו – כבר ברמת התכונות הגנטיות והחשמליות של תא העצב הבודד", הוסיף.