חדשות

המחקר פורץ הדרך נערך בהובלת פרופ' בנימין דקל, נפרולוג וחוקר בעל שם עולמי, מנהל היחידה לנפרולוגיה ילדים והמכון לחקר תאי אב בבית החולים לילדים ע"ש ספרא במרכז הרפואי שיבא, ומנהל מרכז סגול לרפואה רגנרטיבית באוניברסיטת תל אביב. במחקר השתתפו גם הדוקטורנט ד"ר מיכאל נמסטניקוב, בוגר מסלול רופא-חוקר בפקולטה למדעי הרפואה והבריאות ע"ש גריי באוניברסיטת תל אביב, וד"ר אוסנת כהן-זונטג, עמיתת מחקר במרכז הרפואי שיבא, כחלק מקבוצת המחקר של פרופ' דקל. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי The EMBO Journal.

"החיים מתחילים עם תאי גזע פלוריפוטנטיים, שיכולים להתמיין לכל תא בגוף", מסביר פרופ' דקל. "בעבר הצליחו לגדל אורגנואידים - תרביות תלת-ממדיות דמויות-איברים - על ידי הפקת תאי גזע כלליים כאלה ומיונם לכליות, אבל אחרי חודש לערך הכליה בתרבית מתה, והיה צריך להתחיל בתהליך שוב. לפני כעשור קבוצת המחקר שלי הצליחה לבודד לראשונה את תאי הגזע הרקמתיים של הכליה האנושית שאחראים לגדילת האיבר. הבנו שעל מנת לגדל את האורגנואיד הכלייתי בתלת-ממד יש לשמור על קיומם של תאי הגזע הרקמתיים בתרבית, כך פעלנו וכעת הצלחנו לראשונה לגדל כליה אנושית בצורת אורגנואיד מתאי הגזע הספציפיים של הכליה וזאת במקביל לתהליך ההבשלה ברחם הקורה עד שבוע 34 של הריון. זה הישג שבין היתר מראה שהתאים שבודדנו אכן היו תאי הגזע הרקמתיים של הכליה, שכן הם התמיינו, התארגנו לרקמה ובנו את הכליה בהצלחה במעבדה".

צוות המחקר מסביר כי חוקרים מגדלים אורגנואידים בתנאי מעבדה כדי לחקור איברים באופנים שאינם מתאפשרים בבני אדם, אלא שאורגנואידים שמקורם מתאי גזע פלוריפוטנטיים עלולים עקב תהליך התמיינות לא שלם להכיל תאים לא רצויים שאינם קשורים לאיבר הנלמד ועלולים להתרחק מהמקור. לעומת זאת, אורגנואיד הכליה שצמח מתאי גזע רקמתיים של כליה עשה זאת באופן "נקי", שכן תאי גזע אילו מתוכנתים בטבע להתמיין אך ורק לרקמת כליה. תאים אלה התמיינו לסוגים שונים של תאי כליה, ויצרו לאורך 34 שבועות רקמות שונות של הכליה, כמו מסנני דם וצינורות שתן.

לראות בלייב בעיות שמובילות למחלות

"האפשרות לגדל כליה עוברית למשך זמן השווה לזמן שבו הכליה צומחת בהיריון יכולה לשפוך אור חדש על תהליכים ביולוגיים בכלל, ובפרט על תהליכים שמובילים למחלות כליה", אומר פרופ' דקל. "כיום כדי ללמוד על מום מולד זה או אחר, משתמשים בעכברים: משנים להם גן זה או אחר, ועוקבים אחר ההתפתחות. אבל בסופו של דבר מדובר בעכבר, לא באדם. מן הסתם איננו יכולים לשחק עם גנים של עוברים בהיריון. לעומת זאת, אורגנואיד כליה במעבדה אין בעיה לחקור, במיוחד אם מסלולי האותות של ההתפתחות זהים למקור כפי שנמצא בטכנולוגיה שפיתחנו. ובאמת כשחסמנו בצורה נקודתית מסלול אותות מסוים, ראינו איך בצד השני הוא מוביל למום מולד. אנחנו ממש רואים בלייב איך בעיה בהתפתחות מובילה למחלת כליות שרואים בקליניקה, מה שיאפשר פיתוח טיפולים חדשניים".

פרופ' דקל מדגיש כי לפריצת הדרך השלכות החורגות בהרבה ממדע בסיסי, כלומר מההבנה הביולוגית של התפתחות הכליה. "העובדה שאנחנו יכולים לגדל לאורך זמן תאי גזע רקמתיים של כליה מחוץ לגוף פותחת פתח לרפואה רגנרטיבית, כלומר להשתלת רקמות כליה שגודלו במעבדה – בתוך הגוף. כעת יש לנו למעשה מקור בלתי נדלה של תאים כלייתיים שונים, והבנה טובה יותר של תפקידיהם השונים בהתפתחות ובתפקוד הכליה.

בדיקת השפעת תרופות בזמן היריון

פרט לכך אנחנו יכולים להשתמש באורגנואיד שלנו כדי לבדוק רעילות של תרופות. נשים בהיריון נוטלות תרופות, כמו למשל סוגים שונים של אנטיביוטיקה למרות שלא תמיד אנו יודעים בוודאות מה הן עושות לעוברים אנושיים. כמובן שבודקים תרופות על בעלי חיים – אבל זה לא עונה על השאלה. האורגנואיד שלנו מאפשר לבדוק את התרופות על כליה שמדמה בצורה אמינה כליה של עובר אנושי, ובנקודות זמן שונות לאורך ציר התפתחותו. בעתיד הקרוב אנחנו רוצים לשכלל את האורגנואיד שלנו, ולהוסיף לו רשת כלי דם, שתוסיף ממד נוסף של מורכבות – ותתקרב עוד יותר לדבר עצמו. לשם כך גייסנו חוקר נוסף המתמחה ביצירת רשתות כלי דם למרכז סגול לרפואה רגנרטיבית אשר משתלב במטרות המרכז של הצמחת, שיקום והצערת איברים".

פרופ' דרור חרץ, יו"ר רשות המחקר בשיבא: "חשיבותו של המחקר איננה רק בהישג המדעי יוצא הדופן, אלא גם בחיזוק מעמדה של ישראל בחזית המדע העולמית. בשנים האחרונות אנו עדים לניסיונות להרחיק את ישראל ממוקדי ההשפעה הבינלאומיים, והצלחות מדעיות מהסוג הזה הן תזכורת לכך שתרומתנו למחקר הרפואי והמדעי היא משמעותית ובלתי ניתנת לערעור".

המחקר נערך בהובלת נדב גושן, תלמיד מחקר, בהנחיית ד"ר ירדן מזור מבית הספר להנדסת חשמל ומחשבים. המחקר מומן בחלקו על ידי קרן המו"פ האקדמית של רפאל, ופורסם לאחרונה בכתב העת המדעי היוקרתי Science Advances.

מטא-משטחים הם מבנים דו-ממדיים או תלת-ממדיים המורכבים ממערך מחזורי של תאי יחידה קטנים מאורך הגל. במקרה שלנו תאי היחידה (החוזרים באופן מחזורי, דו-ממדי), מורכבים מלולאות חוטים היוצרות חלקיקים קטנים בצורה של toroidal knots, כלומר חוטים המוגדרים על פני השטח של טבעת דמיונית, ו"מתלפפים" סביבה מספר פעמים. לחלקיקים אלו יש מבנה כיראלי – הם לא זהים לתמונת הראי שלהם (כמו כפות ידינו). מבנה מיוחד זה מאפשר לחבר בין התגובה החשמלית והתגובה המגנטית של כל חלקיק, וכך משפיע גם על ההתנהגות הכוללת של המטא-משטח (תרשים, מימין. משטח שיוצר באמצעות טכנולוגיית הדפסה משולבת של חברת NanoDimension).

במסגרת המחקר, ייצרו החוקרים חלקיקים בצורת קשר טופולוגי מסוג Trefoil – קשר תלת-ממדי מתוחכם – באמצעות הדפסת תלת-ממד הכוללת חוט כסף מוליך בתוך חומר פלסטי מבודד. המבנה הזה איפשר רמת שליטה גבוהה בכיוון ובאופי של הגל שעובר דרך המשטח, תוך כמעט ביטול מלא של הגלים החוזרים ממנו – הישג מרשים שהודגם בניסוי והותאם לתחזיות ממודל ממוחשב.

בהמשך, פיתחו החוקרים גרסה "שטוחה" של אותו חלקיק, בטכנולוגיה של מעגלים מודפסים (PCB), והראו שגם בצורה הפשוטה יותר – המבנה שומר על תכונותיו. משמעות הדבר היא שהאפקט הרצוי נובע מהתכונות הבסיסיות של הקשר עצמו – ולא רק מהצורה הספציפית שלו.

שכבה אחת, תגובה כפולה

"הצלחנו ליצור משטח שמבוסס על שכבה אחת בלבד – במקום על כמה שכבות, כפי שנהוג עד כה – ובכל זאת לשלב בו תגובה חשמלית ומגנטית מתואמת. זהו יתרון משמעותי בפיתוח טכנולוגיות עתידיות", מסביר ד"ר מזור מסביר.

"שיתוף הפעולה בין האקדמיה לתעשייה הוא חיוני לחדשנות אמיתית. שותפות ארוכת שנים עם אוניברסיטת תל אביב מאפשרת לנו לפתח היום את טכנולוגיות המחר – תוך שילוב של מצוינות מדעית ויישום בשטח", מדגישה ד"ר יהודית הוכרמן-פרומר, סמנכ"לית בכירה למחקר ופיתוח ברפאל.

לסיכום, המחקר מציע דרך חדשה, פשוטה יותר ויעילה יותר לתכנון מבנים מתקדמים המגיבים לאור ולגלים – ופותח פתח ליישומים חדשניים בתחומים כמו אופטיקה, תקשורת קוונטית וגלים מילימטריים.

את המחקר הוביל גיא גרינפלד שמסיים בימים אלה את הדוקטורט במדעי הפסיכולוגיה בהנחיית פרופ' נירה ליברמן בבית הספר למדעי הפסיכולוגיה בפקולטה למדעי החברה ע"ש גרשון גורדון. במחקר היו שותפים גם חוקרים מגרמניה, בלגיה וספרד. הממצאים פורסמו בכתב העת המדעי היוקרתי Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition  של האגודה האמריקאית לפסיכולוגיה (APA).

"המחקר מבוסס על אפקט פסיכולוגי מוכר בשם 'אפקט החזרה', ולפיו מידע שנחשפים אליו שוב ושוב נתפס כאמין יותר", מסביר גיא גרינפלד. במסגרת המחקר ביקשו החוקרים לבחון האם תופעה זו רלוונטית גם לעולם החזותי, בעיקר לתמונות שנוצרו בעזרת אלגוריתמים של בינה מלאכותית. "זהו המחקר הראשון שמדגים את האפקט הזה עבור תמונות (עד כה הודגם רק עבור טקסט), והתוצאות מעלות חששות לגבי הפצת מידע חזותי כוזב ברשתות החברתיות ועיצוב תפיסת המציאות של הציבור. את הממצא ניתן גם לסכם בכך שאם עד כה הפתגם אמר ששקר שנאמר מספיק פעמים הופך לאמת, אז במחקר גילינו שתמונה שנצפית מפסיק פעמים הופכת למציאות", מוסיף גרינפלד. 

כבר ראינו את זה, זה בטח אמיתי

במהלך הניסוי, הוצגו לנבדקים סדרת תמונות שכללה הן תמונות אמיתיות שצולמו במציאות והן תמונות שנוצרו בבינה מלאכותית. חלק מהתמונות הוצגו שוב בשלב מאוחר יותר של המחקר, והנבדקים התבקשו להכריע אם התמונות מייצגות אירוע או אובייקט אמיתי. התוצאה הייתה ברורה: בהשוואה לתמונות שנצפו לראשונה, תמונות שראו שוב, הוערכו כאמינות יותר, ללא קשר למקורן. ממצא מעניין נוסף הוא שהשפעת החזרה הייתה מוגברת  בקרב משתתפים שנטו לספקנות גבוהה יותר. כלומר, אנשים שמטבעם נזהרים ולא מאמינים בקלות – עשויים להתבסס יותר על חזרה כעדות לאמת.

"בעידן הרשתות החברתיות והמדיה הדיגיטלית, אנו נחשפים למידע ויזואלי באופן מתמיד וללא בחירה. בעוד שבעבר היה קל לשקר באמצעות מילים, כיום כלי הבינה המלאכותית מאפשרים 'לשקר' באמצעות תמונות בדיוק באותה הקלות. המחקר החדש חושף מנגנון מדאיג: המוח שלנו מייחס אמינות גבוהה יותר למידע ויזואלי חוזר, ללא קשר לאמתותו. כך נוצר שילוב מסוכן - חשיפה חוזרת למידע מזויף יכולה ליצור מצגי שווא אמינים, פשוט באמצעות הישנות. הממצאים מעוררים שאלות עמוקות על אופן עיבוד המידע שלנו, במיוחד בתנאים של עומס חזותי במדיה החברתית והחדשותית. הם גם מדגישים את האתגר המרכזי של תקופתנו: שמירה על אמת וביקורתיות בעולם של תוכן חזותי דינמי, קל לעריכה ומורכב להבחנה", מסכם גרינפלד.

^{גיא גרינפלד, מוביל המחקר}