הנדסת רקמות תופסת תאוצה הן ככלי מחקרי והן בשל הפוטנציאל הטיפולי שלה. גידול רקמה לבבית בריאה, למשל, עשוי לסייע לנו בריפוי לב שעבר התקף לב. אחד הגורמים שמשפיעים על איכות הרקמה הוא דווקא הפיגומים עליהם מגדלים אותה. ממש כמו בהנדסת בניין, הנדסת פיגומים לרקמות מהווה מוקד עניין בתחום, במיוחד עבור רקמות לבביות.

מחלות לב וכלי דם הן גורם התמותה הגבוה בעולם והן מהוות כ-15% ממקרי המוות בישראל (גורם תמותה שני רק לסרטן [1]). הרוב המוחלט של מקרי המוות בעקבות מחלות לב וכלי דם משויכים להתקפי לב ולשבץ [2]. התקף לב או שבץ מתרחשים לרוב כאשר כלי דם המוביל חמצן למוח או ללב נחסם בעקבות הצטברות שומן או קריש דם. כתוצאה מכך, נפגעת אספקת החמצן לרקמה באזור והיא מתה. במקרים מסוימים של התקף לב חמור אין מנוס מהשתלת לב חלופי בגוף החולה, תהליך רפואי מסובך ועם סיכונים רבים, מה גם שקיים מחסור בתרומת איברים ולא לכל חולה שזקוק להשתלה נמצא לב מתאים.

לאחר התקף לב עשויים להיווצר פגמים ברקמה - הרקמה מתה ונוצרת רקמה צלקתית שאינה מאפשרת לתאי שריר הלב להעביר ביניהם דחפים עצביים, החיוניים לפעולת כיווץ הלב, ותפקוד הלב כולו נפגע. כתוצאה מכך, הפרעות קצב הן בעיה נפוצה לאחר התקף לב והן עלולות לסכן את חיי החולים. בעוד שרקמת הלב הבריאה מסוגלת להתמודד עם לחץ הדם הגבוה שנוצר בעת הפעימה, הרקמה הצלקתית חלשה ופחות גמישה, מה שעשוי להפריע לה לפעום בסנכרון עם הרקמה הבריאה שמסביבה ואף לגרום למפרצת (קרע בדופן הלב).

הליך רפואי שנחקר באופן נרחב בשנים האחרונות הוא השימוש בטלאי לבבי - שימוש ברקמה שגדלה במעבדה ומושתלת מעל הרקמה הפגומה במטרה להחליף אותה, תוך כדי שהיא תומכת בתפקוד הרקמה הבריאה. על מנת שתהיה לנו רקמה שנוכל להשתיל קודם עלינו לבנות אותה - ובנייה של רקמה בריאה ומתפקדת אינו עניין של מה בכך. התאים שמגודלים במעבדה דורשים סביבה דומה לסביבתם הטבעית, המספקת להם הזנה ותמיכה מבנית. הפיגומים (Scaffolds) עליהם מגודלים התאים מנסים לענות על דרישה זו. הפיגומים עשויים ממגוון רחב של חומרים ביולוגיים או סינטטיים (או חומרים המשלבים מכאן ומכאן), המאפשרים לתאים הגדלים להיצמד אחד לשני ולמשטח, ומאפשרים אספקת חומרים מזינים לרקמה בתהליך הגידול. היכולת לספק לתאים חומרים מזינים גם היא לא פשוטה, שכן התאים גדלים לרקמה תלת-מימדית וגם התאים בעומק הרקמה דורשים הזנה. עובדה זו דורשת מאיתנו לשלב ברקמה כלי דם או ליצור פיגום שיאפשר העברת חומרי הזנה לעומק הרקמה. מאחר שהרקמה המושתלת דורשת תמיכה מבנית גם לאחר ההשתלה, צריך שהפיגומים לא יעוררו תגובה חיסונית וכמובן שלא יהיו רעילים, ועיקר המחקר בתחום מתמקד בחומרים שיוכלו בסופו של דבר להספג בגוף המושתל ללא השארת "ראיות". כמו כן, על מנת להבטיח את המשך הפעולה התקינה של האיבר לאחר ההשתלה, נדרש שהפיגומים יהיו בעלי מאפיינים מכניים דומים לרקמת האיבר. מספר מחקרים הראו שטלאים לבביים כאלו משפרים תפקוד לבבי בעכברים עם הפרעות בקצב הלב או במבנה רקמת הלב [4-3].

תכונה מעניינת נוספת המשפיעה רבות על איכות הרקמה המהונדסת היא המוליכות החשמלית של הפיגום. תאים לבביים מתקשרים אחד עם השני באמצעות דחפים חשמליים המאפשרים להם להתכווץ בתיאום. הדחפים החשמליים האלו מבוססים על תנועה של אטומי אשלגן, נתרן וסידן טעונים חשמלית (יונים), ולא על תנועה של אלקטרונים כפי שעובד החשמל אצלנו בבית. כאשר מגדלים את התאים על הפיגומים במעבדה הם גדלים במספר קבוצות נפרדות שאינן בהכרח מקושרות אחת לשניה חשמלית. כאשר הפיגומים מורכבים מחומרים מוליכים, אלקטרונים או יונים, נצפה שיפור בתכונות הרקמות - הקישוריות בין התאים ברקמה, יכולת הפעימה המסונכרנת והבריאות הכללית של הרקמה משתפרות לעומת פיגומים לא מוליכים [4]. יתרה מכך, השיפור נצפה גם כאשר הפיגומים מוליכים אלקטרונים, אבל לא יונים, וזאת למרות ההבדלים בין סוגי המטען! הסיבה לכך אינה ברורה, אך נמצא שהתאים נקשרים טוב יותר לפיגומים המוליכים ומתקשרים טוב יותר עם שכניהם על הפיגום - קבוצות המופרדות במרחק גדול מצליחות "לתקשר" אחת עם השניה, ואף ולהתכווץ יחדיו בתיאום [5].

יחסי הגומלין בין התאים לפיגומים וכיצד הפיגומים מסייעים לתקשורת בין התאים עדיין אינו ברור לנו לחלוטין, אך התוצאות הניסיוניות נראות מבטיחות, ובתקווה בעתיד הלא רחוק נוכל לסייע לחלק מחולי לב להחלים מבלי הצורך בתהליך המורכב של השתלת לב. היכולת של הפיגומים לשפר את תהליך הבראת הרקמה ולסייע בהחלפת רקמה פגועה עשויים להיות בעלי השפעה מרחיקת לכת על אחד מגורמי המוות המובילים בעולם.

בסרטון: רקמה לבבית של חולדה אשר גודלה על פיגומים מבוססי חלבון. הרקמה פועמת באופן ספונטני [6].

מקורות וקריאה נוספת:

1. דו"ח גורמי תמותה לשנת 2017, הלמ"ס.
2. מאמר מהעיתון המדעי Nature, העוסק בפיגומים מוליכים להנדסת רקמות
3. מאמר מהעיתון המדעי Science Advances, העוסק בפיגומים מוליכים להנדסת רקמות
4. סקירה מהעיתון המדעי Advanced Functional Material, הסוקרת את התחום של פיגומים מוליכים להנדסת רקמות
5. מאמר מהעיתון המדעי Theranostics, המדגים סנכרון שתי קבוצות תאים נפרדות ע"י פיגום מוליך
6. מאמר המתאר הנדסת פיגום מבוסס חלבון להנדסת רקמות וממנו נלקח הסרטון לעיל