חזון העצמות המתאחות

שברים שאינם מתאחים היטב הם תופעה נפוצה מאוד. הטיפול המקובל כיום הוא השתלת שבבים הנלקחים מתורם או מעצם אחרת של הפצוע עצמו. ברחבי העולם מתבצעות כל שנה יותר משני מיליון השתלות כאלה, אך מדובר בטיפול כואב ומורכב, שלא תמיד מצליח. הפרופסורים דן גזית, זולמה גזית וגדי פלד, מהאוניברסיטה העברית ומהמרכז הרפואי סדרס-סיני בארה"ב, מחפשים יחד כבר 17 שנה דרכים לייעל את בניית העצם כדי לטפל בשברים קשים ומורכבים בלי צורך בהשתלה. במחקר חדש הם הראו שאפשר לבנות עצם ולאחות שבר מורכב בעזרת ביטוי זמני של חלבון בתאי גזע של העצם.

הטיפול מבוסס על החלבון BMP, הידוע ביכולתו לעודד צמיחה של עצמות. בעבר נהגו להשתיל ליד העצם השבורה ספוג המכיל את החלבון, כדי לעודד איחוי והחלמה, אך הטיפולים האלה דרשו כמות גדולה מאוד של החלבון, שגרמה לתופעות לוואי מדלקות ועד לתגובה חיסונית. בנוסף, חלבונים שמועברים לגוף בדרך זו מתפרקים במהירות ונעלמים. כעת החוקרים גרמו לתאי הגוף עצמם לבטא את החלבון, והם עושים זאת בצורה מבוקרת ואינם מייצרים עודף כה גדול.

כדי לבנות עצם דרושים שני רכיבים, אמר דן גזית לאתר מכון דוידסון: אחד מהם הוא החלבון, והשני הוא התאים שמבטאים אותו. יש טיפולים שבהם מוציאים מהגוף תאים, גורמים להם לייצר את החלבון, למשל בהנדסה גנטית, ומחזירים אותם לגוף. אך ההוצאה וההחזרה של תאים עלולה להיות יקרה ובעייתית, וחלק גדול מהם מתים במהלך הטיפול. לכן השתמשו החוקרים בתאי גזע הנמצאים במח העצם של העצם השבורה.

את המחקר הובילו תלמידי הדוקטורט מקסים בז וגלינה שפירו, והוא נעשה על חזירים עם שבר בעצם השוקה (העצם הגדולה בשוק) שבו היה רווח של סנטימטר בין שני חלקי העצם. החוקרים השתילו בעצם פיגום מקולגן, וחיכו שתאים מתוך מח העצם יתמקמו על הפיגום. לאחר שבועיים הזריקו לאזור רצפים קצרים של DNA , המכילים את הגֵן ל-BMP.

כדי לגרום ל-DNA להיכנס אל תוך התאים, השתמשו החוקרים במיקרו-בועות – כדוריות מחומר שומני שקוטרן פחות ממילימטר, והן מכילות גז. בעת חשיפה לגלי קול בתדר גבוה, אולטרסאונד, הבועיות מתכווצות ומתרחבות חליפות. התזוזה המהירה גורמת לפגיעה זמנית בקרום של התאים הסמוכים, כך שנפערים בהם חורים, ודרכם נכנסים פנימה רצפי ה-DNA.

דן גזית (שלישי מימין) עם חברי קבוצת המחקר: (משמאל, שורה אחורית) גדי פלד, מקסים בז, גלינה שפירו וזולמה גזית (מרכז שורה קדמית) | צילום באדיבותו 

זבנג וגמרנו

הבחירה בטכנולוגיה הזו נעשתה משום שאולטרסאונד כבר משמש שנים רבות ברפואה וידוע כאמצעי בטוח, הסביר גזית. שיטות אחרות להכנסת DNA לתאים כוללות שימוש בזרמי חשמל ובנגיפים מהונדסים גנטית, אך הן עלולות להזיק לחולים ולגרום לתופעות לוואי קשות.

מרגע שה-DNA נכנס לתוך התאים, הם החלו לייצר ממנו חלבון, למרות שהוא לא נכנס לגרעין התא עצמו. החוקרים הראו שיומיים לאחר הטיפול, כמות ה-BMP שייצרו התאים הקרובים לשבר גדלה פי 850, לעומת חיות בקבוצת הביקורת.

רצף ה-DNA לא נכנס כאמור לגרעין, ולכן לא השתלב ב-DNA של התא. לאחר כמה ימים, כאשר הוא מתפרק, התא מפסיק לייצר את החלבון. ואמנם, כעבור חמישה ימים ירדה רמת החלבון פי 400 בהשוואה לקבוצת הביקורת, ולאחר 10 ימים אי אפשר עוד היה להבחין בו. ממצא חשוב לא פחות היה שה-DNA נשאר באזור השבר: ברקמות אחרות בגוף החזיר, כמו הכבד, הלב ועוד, לא נמצא ביטוי יתר של החלבון.

החלבון גורם לתאים שהוא מתבטא בהם להפוך לתאי עצם וכך לבנות עצם חדשה. בנוסף לכך, התאים שמייצרים אותו גם מפרישים עודפים החוצה, וכך תאים שכנים, נחשפים לחלבון והופכים גם הם לתאי עצם, אפילו אם לא רצפי ה-DNA לא חדרו לתוכם.

מחברים את השברים

השאלה המעניינת באמת היא כמובן אם ביטוי החלבון עזר לשבר להתאחות. ובכן, שמונה שבועות לאחר שהשבר נוצר, החזירים שעברו את הטיפול מילאו מחדש 75 אחוז מהנפח החסר בעצם חדשה, ממש כפי שנראה לאחר השתלה של עצם שנלקחה ממקום אחר בגוף החזיר. השתלה ממקור עצמי היא הטיפול הטוב ביותר הקיים כיום לשברים מסוג זה, אך היא לא תמיד אפשרית, ולעיתים קרובות יש לה תופעות לוואי קשות.

חזירים מקבוצת הביקורת שלא קיבלו את הטיפול המלא אלא רק את פיגום הקולגן, החלימו לאט הרבה יותר, וכמות העצם החדשה שנוצרה אצלם הייתה רק מחצית מאשר אצל החזירים שקיבלו את הטיפול המלא, והעצם שנוצרה אצלם הייתה שבירה הרבה יותר. אצל החזירים המטופלים העצם המאוחה הייתה כמו עצם שנבנתה מחדש לאחר השתלת עצם.

הצעד הבא הוא מעבר לניסויים קליניים על בני אדם. החוקרים כבר נמצאים בקשר עם מנהל התרופות והמזון האמריקאי (FDA) ועם כירורג אמריקאי המעוניין לבצע את הניסויים. הטיפול צפוי להגיע במהירות לשלבים קליניים, משום שהוא משתמש בטכניקות שאינן מסוכנות: הוא אינו כרוך בהוצאה של תאים מהגוף, גורם לביטוי זמני בלבד של הגן בלי לשנות את החומר הגנטי של התאים, ומשתמש באולטרסאונד הנחשב לאמצעי בטוח.

החוקרים מקווים כי השיטה החדשה תסייע לטפל לא רק בשברים הנגרמים מפציעות, אלא גם תשפר את מצבם של חולים הסובלים מניוון עצם בשל מחלות כמו אוסטאופורוזיס (בריחת סידן) או סרטן העצמות. מעבר לכך, שיטה זו, של ביטוי חלבון באופן זמני בתאי גזע מהרקמה עצמה, יכולה לשמש גם בבנייה של רקמות אחרות, אמר גזית. הקבוצה עובדת כיום על ניסוי דומה לבנייה של רצועות המחברות בין עצמות במפרקים (ליגמנטים, או מיתרים). ייתכן שבעתיד יהיה אפשר לייצר בשיטות האלה גם סיבי שרירים ואפילו שריר לב.

צפו בסרטון המסביר את המחקר החדש (באדיבות פרופ' דן גזית, האוניברסיטה העברית)