חוקרים פיתחו פלסטר "חי" המורכב מתאי גזע של רקמת עצם, גורם גדילה וקולגן. הפלסטר גורם לחלוקה א-סימטרית של תאי הגזע: נוצרים בו אזור של תאים שהתמיינו והפכו לתאים בוני עצם, ואזור בו נשמרת אוכלוסיה של תאי גזע מתחלקים. כאשר הפלסטר מושתל באזור של שבר, הוא מאיץ את תהליך האיחוי ומאפשר איחוי עצמות טוב יותר.

היכולת של עצמות להתאחות באופן טבעי במצב של שבר נעוצה, בין היתר, בקיומם של תאי גזע של רקמת העצם. תאים אלה מסוגלים להפוך, כלומר להתמיין, לתאי עצם מסוגים שונים וכך לעודד בניית עצם חדשה. התהליך מתחיל בהתרבות תאי הגזע וממשיך בהתמיינותם לתאים בוני עצם, במקביל ליצירת כלי דם חדשים באזור האיחוי. התהליך מסתיים בהסתיידות העצם, כלומר, בהצטברות סידן שהופכת את העצם לקשיחה.

עם זאת, שברים גדולים או מורכבים מדי אינם ניתנים לאיחוי טבעי מוצלח. משום כך, תגבור מאגר תאי הגזע בעצם שבורה בעזרת התערבות חיצונית עלה בשנים האחרונות כאפיק שעשוי לסייע באיחוי שברים כאלה. אולם, על מנת לכוון את תהליך ההתמיינות ולעודד ייצור תקין של רקמת עצם חדשה, לא מספיק להשתיל תאי גזע. תאי הגזע הם "חומר הגלם" שממנו ניתן ליצור תאים חדשים למען שיקום הרקמה. צריך לספק להם בנוסף חומרי מזון וגם אותות שיובילו לתהליך שיקום תקין. כלומר, צריך מאזן בין אותות שמעודדים חלוקה ומוודאים שתהיה כמות מספקת של תאי גזע, לבין אותות שמעודדים התמיינות כך שנקבל תאים שיבצעו את תפקידי הרקמה. 

ישנן רמות שונות של "גזעיות" (stemness), וכתמונת מראה לכך, רמות שונות של התמיינות תאים [1] .ניתן לומר שתא יותר "גזעי" הוא תא בעל פוטנציאל להפוך ליותר סוגים של תאים, וכזה שיכול להתרבות בתדירות יותר גבוהה ולאורך יותר דורות. לעומת זאת, תא יותר ממויין ופחות "גזעי" הוא כזה שיש לו תפקיד יותר ממוקד, והוא מוגבל ביכולתו להתמיין לתא בעל תכונות אחרות. ברקמות שונות יש אוכלוסיה של תאי גזע רקמתיים, שיכולים להתמיין לכל סוגי התאים של אותה הרקמה ורק להם. לדוגמה, העצם מכילה באופן טבעי אוכלוסיה מסוימת של תאי גזע מיוחדים של רקמת העצם [2].

במחקר חדש [3] שנערך במעבדתו של שוקרי חביב שבלונדון, הצליחו החוקרים לייצר מעין פלסטר המכיל כמה רכיבים: 1. תאי גזע של רקמת עצם ממקור אנושי, שיכולים להפוך לתאים בוני עצם ולעוד סוגי תאים התומכים בתהליך בניית העצם. 2. ג'ל העשוי מקולגן – החלבון הנפוץ בגוף, שמרכיב את החומר המצוי מחוץ לתאים ומאחד אותם לרקמה [4]). 3. גורם גדילה בשם Wnt - חלבון המעודד התחדשות של מאגר תאי הגזע ברקמה. הפלסטר הוא למעשה מערכת חוץ גופית המחקה ומגבירה את התהליך הטבעי של בניית העצם. התהליך מתאפשר הודות לארגון המרחבי של הפלסטר: תחתית הפלסטר מכילה משטח שאליו קובעו מולקולות ה-Wnt, כך שלא יוכלו לפעפע לאזורים אחרים בפלסטר. על משטח ה-Wnt מונחים תאי הגזע, ועליהם יוצקים ג'ל קולגן.

גורם הגדילה Wnt מגביר את חלוקת תאי הגזע, אך לא מאפשר להם להתמיין לתאים ייעודיים של רקמת העצם. כיוון שבפלסטר ה-Wnt מקובע, זה מאפשר לתאי הגזע שני סוגי חלוקה: חלק מתאי הבת (צאצאים של חלוקת התאים) נשארים קרוב למשטח ול-Wnt, ולכן שומרים על "גזעיותם" וממשיכים להתחלק ולחדש את מאגר תאי הגזע. חלק אחר מהתאים מתרחק מהאות Wnt ויכול להתחיל להתמיין. ככל שהתאים מתרחקים יותר מה- Wnt, הם יכולים להתקדם עוד יותר בסולם ההתמיינות לעבר תאים בוני עצם. כך, המבנה המיוחד של הפלסטר מאזן בין התחדשות מאגר תאי הגזע, לבין חלוקה שתוביל להתמיינות התאים, כך שתיבנה רקמת עצם חדשה ומתפקדת. התהליך שקורה בתוך הפלסטר ומבנהו הא-סימטרי מחקים את ההתחדשות הטבעית של רקמת העצם, כיוון שגם בה יש Wnt רק באזור מסוים כך שחלק מהתאים יכולים להתרחק ממנו.

היכולת של הפלסטר לאחות שברים גדולים נבדקה במחקר במודל עכברי של שבר בגולגולת, הנחשב בלתי ניתן לאיחוי טבעי. החוקרים השתילו את הפלסטר באזור השבר ובחנו האם וכיצד הוא משתלב בעצם הגולגולת ויוצר רקמת עצם חדשה. נמצא שבשימוש בפלסטר שהכיל גם תאי גזע וגם Wnt מקובע, השבר התאחה במידה רבה. לעומת זאת, בשימוש בפלסטר שהכיל רק Wnt מקובע, או בפלסטר שהכיל תאי גזע אבל Wnt לא פעיל, השבר התאחה במידה מועטה או בכלל לא. כלומר, ישנה חשיבות גם לפעילות ולקיבוע של Wnt וגם להוספת תאי הגזע לפלסטר. כאשר בדקו את אוכלוסיית התאים באזור האיחוי, נמצא שהפלסטר גם הגדיל את אוכלוסיית תאי הגזע וגם אפשר לרבים מהם להתמיין לתאים בוני עצם, מה שהגדיל את רקמת העצם החדשה שנוצרה. רקמת העצם שנוצרה כללה גם אזורים שעברו הסתיידות וכלי דם חדשים. הרקמה החדשה גם התאחתה עם אזור השבר, כך שהעצם שהתפתחה בעקבות השימוש בפלסטר הפכה לחלק מהגולגולת.

עוד רחוק היום בו פלסטר מסוג זה יוכל לשמש לאיחוי שברים בבני אדם. על מנת ליצור מערכת כזו שתשמש לטיפול רפואי, צריך קודם כל לבחון סוגים שונים של שברים בעצמות שונות בחיות מעבדה, ואולי אף ליצור עבורם סוגי פלסטרים שונים. כמו כן, ייתכן שההבדל בגדלים, הדרמטי משהו, בין בני אדם לעכברים, ישחק תפקיד משמעותי ביכולת של פלסטר כזה להביא לתוצאות ממשיות בבני אדם. עם זאת, המחקר המוצג מדגים את הפוטנציאל של שימוש בהנדסת רקמת עצם, תוך חיקוי התהליכים והמבנה המרחבי של העצם הטבעית, לאיחוי משופר של שברים.

מקורות / לקריאה נוספת:

 1.פוסט קודם של מדע גדול, בקטנה על מחקר קודם של שוקרי חביב על תאי גזע

2.מאמר על זיהוי תאי גזע אנושיים של רקמת העצם

3.המאמר המקורי של מעבדת חביב

4.פוסט קודם של מדע גדול, בקטנה על קולגן