השבב החדשני שיחשוף את התמודדות המערכת החיסונית עם מחלת הסרטן

תאי דם לבנים מסוג לימפוציטים הם שומרי הסף של המערכת החיסונית שלנו. כמו שוטרי סיור שעוצרים מדי פעם אנשים חשודים, כך מסיירים הלימפוציטים בכלי הדם בגוף ויודעים להבחין בין תאים בריאים לתאים חולים שעלולים להתפתח לכדי תאים סרטניים. אם התא מזוהה כתא חולה – למשל נגוע בווירוס או סרטני, 'שוטרי הסיור' של הגוף מפרקים ומשמידים אותו. אם התא מסמן שהוא בריא, תאי הדם הלבנים ממשיכים כרגיל.

לצורך תהליך הזיהוי, מצוידים תאי הדם בקולטנים - מולקולות היודעות להתחבר למולקולות אחרות על פני תאים חשודים (ליגנדות). ישנם קולטנים שבעת החיבור לליגנדה מסמנים לתקוף תא חשוד ויש כאלו המסמנים לבלום תקיפה ו"לחוס" על התא. האיזון העדין בסימנים מאפשר למערכת החיסונית לעשות את האבחנה בין סוגי התאים ולמנוע תקיפה של תאים בריאים. גילוי הקולטנים בולמי התקיפה הוביל בשנים האחרונות לפיתוח שיטת טיפול נגד מחלת הסרטן, המסייעת למערכת החיסון של הגוף לזהות ולתקוף תאים סרטניים. בשיטה זו ניתן לחסום ולנטרל את הקולטנים הבולמים, ולאפשר ללימפוציטים לתקוף את תאי הסרטן המתחזים לתאים בריאים.

על אף המחקר הרב שנערך בנושא עד כה, נותרו מספר שאלות פתוחות אודות מנגנון הפעולה של הקולטנים הבולמים, וביניהן  השאלה -  האם ואיך המרחק הפיסי בין הקולטן המסמן  תקיפה לקולטן הבולם משפיע על בלימת התקיפה? כאן נכנס מחקרם פורץ הדרך של חוקרים מאוניברסיטת בן גוריון בנגב, שפיתחו שבב סיליקון שפני השטח שלו מדמה תא סרטן מלאכותי, המסוגל לתפוס את הקולטנים ולסדר אותם על פי סדר מסוים.

השבב הייחודי פותח  במעבדתו של פרופ' מארק שוורצמן מהמחלקה להנדסת חומרים באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. באמצעות שיטת ננו-ליתוגרפיה, שמקורה בטכנולוגיית ייצור שבבי מחשב, יצרו החוקרים שבב ועליו ציורים זעירים של נקודות ממתכות שונות בגודל של 10 ננומטרים. אל הנקודות הדביקו החוקרים, באופן כימי, מולקולות של ליגנדות הקושרות את הקולטנים, הן קולטני תקיפה והן קולטני בלימה.  גודלן הזעיר של הנקודות ווידא שרק מולקולה אחת תידבק לכל נקודה והשבב תוכנן כך כשהמולקולות יסודרו במערכים שונים (מולקולות צמודות או מרוחקות באופן מבוקר).

כעת, באמצעות השבב החדשני, החוקרים הציבו על פני השבב לימפוציטים  של אדם חי מסוג "תאי הרג טבעי" שאחראים על התפעול המערכת החיסונית המולדת שלנו. החוקרים הצליחו להדגים שאכן הלימפוציטים הטבעיים 'חשבו' שהם פגשו תא סרטני והפרישו חומריים רעילים לצורך תקיפה של תאי המטרה. עוד גילו החוקרים שתגובת התאים הייתה ושונה דרמטית בין מערך למערך ותלויה במרחק בין הקולטנים. ככל שהלכו והתרחקו הקולטנים על השבב, כך הלכה ונבלמה הפרשת החומר הרעיל. תוצאה זו היתה הפתעה של ממש שכן היא מנוגדת לסברה הרווחת בקהילה המדעית, לפיה פעילות הבלימה בתא מחייבת קרבה פיסית בין שני הקולטנים. החוקרים הסבירו תוצאה זו בעובדה שמעטפת התא, הממברנה, היא בעלת גמישות מוגבלת. כך, כאשר הקולטנים צמודים, הם לא יכולים להתחבר ביניהם.

למחקר זה שני היבטים חדשנים וחשובים – ננו-טכנולוגי וביולוגי. " תחום הננוטכנולוגיה קבל תנופה לפני כשני עשורים, בעיקר בשל הצורך בפתרונות חדשים למזעור התקנים אלקטרוניים בשבבי מחשב. עם זאת, פיתוח תחום הננוטכנולוגיה ייצר כלים ייחודיים המשרתים כיום חוקרים בתחומי מדע שונים. בעזרת הכלים האלו ניתן ליצור, לראות ולשלוט באובייקטים בסדר גודל של 10 ננומטרים ואף פחות. זהו סדר גודל של מולקולה בגוף. באמצעותם השגנו במחקר שליטה חסרת תקדים בסידור מולקולה כתא בודד ואף הצלחנו לראשונה "לכבות" או "להדליק" תהליכים חשובים המתרחשים בתא", הסביר פרופ' מארק שוורצמן.

גם בתחום הביולוגיה והרפואה ישנה חשיבות למחקר. "הצלחנו להבין איך הגודל והסידור הפיסי של הקולטנים בתא משפיע על האופן בו הם 'מדברים אחד עם השני' ", מסביר השותף למחקר, פרופ' אנג'ל פורגדור, דיקן הפקולטה למדעי הבריאות באוניברסיטת בן גוריון בנגב, "להבנה זו יש חשיבות מרחיקת לכן בפיתוח שיטות אימונותרפיות נגד סרטן. כיום, ניתן להכווין את פעילות התאים בגוף המזהים לזהות ולהיאבק בתאים סרטניים בגוף על ידי הנדסה גנטית של קולטנים. שיטה חדשנית זו נמצאת כיום בחזית הטיפול נגד סרטן וכבר הוכחה כיעילה נגד סוגים מסוימים של סרטן דם, אך נגד סוגי סרטן אחרים עדיין יש צורך בפיתוח נוסף. פיתוח זה מצריך הבנה עמוקה במנגנון הפעולה של המערכת החיסונית. כיום, הבנה זו מתאפשרת בזכות כלים חדשים מתחום הננוטכנולוגיה".

המחקר נערך על ידי חוקרים במעבדות של פרופ' מארק שוורצמן ופרופ' אנג'ל פורגדור, בהובלת הדוקטורנטית אסתי טולדו ובתר דוקטורנט ד"ר גיום לה סו וכן קבוצות מחקר מגרמניה ומצרפת.

המחקר מומן על ידי: הקרן הישראלית למדע, משרד המדע והאגודה למלחמה בסרטן.