מסתם לב על שבב: חוקרים הצליחו לשחזר מחלות במעבדה

חוקרים הצליחו לגדל במעבדה מבנים דמויי מסתמי לב אנושיים ולגרום להם לפתח מאפיינים של מחלות מסתם. המערכת החדשה, שפורסמה (11.8.26) ב-Cell Stem Cell, נועדה להתמודד עם בעיה ותיקה בחקר הלב: מסתמי האדם שונים במידה ניכרת ממסתמי בעלי חיים, ולכן קשה לחקור באמצעותם במדויק כיצד מחלות אנושיות מתפתחות.

המחקר הובל בידי חוקרים מאוניברסיטת פיטסבורג בשיתוף מהנדסים וחוקרים מאוניברסיטת קרנגי מלון. הם השתמשו בתאי גזע מושרים אנושיים, שניתן לייצר מתאי עור, דם או תאים בוגרים אחרים ולהחזירם למצב שמאפשר להם להתפתח לסוגים שונים של רקמות.

שתי רקמות זעירות חוברו למערכת אחת

החוקרים יצרו שני אורגנואידים מסוגים שונים של תאי לב וחיברו אותם למבנה מורכב יותר המכונה assembloid. על פני המבנה הזה הצליחו לגדל רקמה דמוית מסתם.

אבל לב אינו רק אוסף של תאים. ההתפתחות של המסתם מושפעת גם מזרימת הדם, מהציפוי הפנימי ומהכוחות המכניים שיוצר שריר הלב. לכן החוקרים הוסיפו למודל נוזל זורם המדמה דם, שכבת תאי אנדותל המדמה את הציפוי הפנימי של המסתם וחרוזים מגנטיים שהונעו באמצעות שדה מגנטי כדי לחקות חלק מהכוחות הנוצרים בהתכווצות השריר.

כך התקבלה מערכת שאינה רק רקמת לב שגדלה בצלחת, אלא מודל שבו התאים מתפתחים תחת שילוב של אותות ביולוגיים וכוחות פיזיקליים.

המוטציה גרמה למאפייני צניחת מסתם

לאחר שהמערכת פעלה, החדירו החוקרים מוטציה גנטית הקשורה לצניחת המסתם המיטרלי. המבנים המתפתחים הציגו מאפיינים של המחלה, והמודל אפשר לחוקרים להתחיל לזהות מסלולים ביולוגיים המעורבים בהיווצרותה ואף לבחון דרכים לתקן חלק מן השינויים.

המערכת שימשה גם לדימוי פגיעות נרכשות במסתמים. החוקרים יצרו מודלים של הסתיידות, נזק מקור וכן סיבוכים הקשורים לרמות סוכר נמוכות ולסוכרת. בכך הם הראו שהפלטפורמה אינה מוגבלת למחלה גנטית אחת בלבד.

למה בכלל צריך מסתם אנושי במעבדה

מסתמי לב אנושיים מתפתחים במשך שבועות ארוכים ושונים מבחינה גנטית ופיזיולוגית מאלה של עכברים, דגי זברה ובעלי חיים אחרים. לכן תוצאה שמתקבלת בחיה אינה תמיד משקפת במדויק את המחלה האנושית.

מודל המבוסס על תאים אנושיים מאפשר לעקוב אחר ההתפתחות של המסתם מתחילתה, לשנות גן מסוים, לפגוע בתנאי הסביבה ולראות כיצד הרקמה מגיבה.

בעתיד ניתן יהיה עקרונית להפיק תאים ממטופל מסוים, ליצור מהם מודל ולבדוק כיצד המוטציה או המחלה שלו משפיעות על המסתם. זהו אחד הכיוונים האפשריים לרפואה מותאמת אישית, אם כי המחקר הנוכחי עדיין אינו מדגים שימוש קליני כזה.

יכול לסייע גם בחיפוש תרופות

הערך הקרוב יותר של המערכת הוא ככלי לבדיקת מנגנונים וטיפולים. במקום לבדוק תרופה רק בתאים שטוחים בתרבית או בבעל חיים, ניתן יהיה לבחון כיצד רקמה אנושית דמוית מסתם מגיבה אליה בתוך סביבה מורכבת יותר.

מחלות מסתמים מטופלות כיום במקרים רבים באמצעות תיקון או החלפת המסתם בניתוח או בצנתור. מודל כזה עשוי לסייע בחיפוש אחר טיפולים שיוכלו בעתיד להאט את התפתחות המחלה עוד לפני שהמסתם נפגע במידה המחייבת התערבות.

למחקר יש עניין רפואי ברור גם בישראל, שבה מבוצעים מדי שנה טיפולים רבים במחלות מסתמים, הן בניתוחי לב והן בצנתורים.

צניחת המסתם המיטרלי היא אחת מהפרעות המסתמים הנפוצות, והסתיידות מסתמים היא בעיה משמעותית במיוחד בגיל מבוגר. האפשרות לחקור את שתי התופעות ברקמה אנושית ולא רק במודלים של בעלי חיים עשויה להיות חשובה לפיתוח תרופות ולהבנת ההבדלים בין מטופלים.

עדיין לא מסתם שאפשר להשתיל

חשוב במיוחד לא ליצור רושם שהחוקרים גידלו מסתם מלא או לב שלם.

המבנים דמויי המסתם גדלו על פני ה-heart assembloid ולא בתוך חדר לב אמיתי. אין במערכת מחזור דם שלם, לחצים פיזיולוגיים מלאים או את התיאום החשמלי והמכני של לב בוגר.

החוקרים עצמם כבר מגדירים את השלב הבא: לבנות מודל מורכב יותר הכולל שני חדרים ומסתמים הנמצאים בתוכם, ולא על פני הרקמה.

לכן החידוש אינו "מסתם מלאכותי להשתלה", אלא מודל אנושי חדש שמאפשר לראות כיצד מסתם מתפתח, כיצד מחלה משבשת אותו וכיצד ניתן אולי להתערב בתהליך.