טכנולוגיה חדשנית ליצירת רקמות לב מהונדסות להשתלה בלב פגוע

שיתוף פעולה בין המעבדה של פרופ’ מרסל מחלוף מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון ופרופ’ אייל זוסמן מהפקולטה להנדסת מכונות, כחלק מפרויקט המחקר של דר’ בת’ שואן, פוסט דוקטורנטית מהמעבדה של פרופ’ מחלוף הביא לפיתוח טכנולוגיה חדשנית ליצירת רקמות לב מהונדסות להשתלה בלב פגוע.

הפיתוח משלב שיטת ייצור הקרויה אלקטרוספינינג  אשר פרופ’ זוסמן הוא ממוביליה בעולם וחומר ביולוגי ייחודי שפיתחה פרופ’ מחלוף לשימוש קליני בטיפול בכשל לבבי (הסבר בהמשך).
שיטת האלקטרוספינינג (electrospinning) מבוססת על מתיחה של נוזל ועל התמצקותו המהירה לחוט מוצק. המתיחה מבוצעת באמצעות מתח חשמלי, המושך את הנוזל בשל היותו טעון-חשמלית.

פרופ’ מחלוף עוסקת כבר זמן רב בפיתוח שיטות חדשות ליצירת ECM המתאים ליישומים קליניים. ECM, או בשמו המלא Extra Cellular Matrix, הוא התווך הבין-תאי שבתוכו שרויים התאים באורגניזם. זוהי רשת מורכבת של חלבונים מבניים וחלבוני בקרה התומכת בתא לא רק מבחינה מבנית-מכנית אלא גם בהיבטים תפקודיים כגון בקרה על תקשורת בין-תאית, אחסון גורמי צמיחה והפרדה בין רקמות שונות. רשת זאת ממלאת תפקיד מרכזי בתהליכים ביולוגיים חיוניים ובהם התפתחות עוברית, ריפוי פצעים ובלימת התפשטות של תאים סרטניים.

ECM שמקורו ברקמות חזיר נחשב לחומר מבטיח בהנדסת רקמות ולטיפול בפגיעות שונות בבני אדם – פציעות ואולקוס למשל. זאת בשל דמיונו הרב ל-ECM האנושי לא רק במבנהו ובתכונותיו המכניות אלא גם בפעילותו הביולוגית. עם זאת, כדי להשתמש בו בבני אדם דרוש תהליך מאתגר במיוחד שיאפשר שליטה בתכונות החומר, הן בכדי להתאימו לשימוש המיועד והן כדי להתאימו לייצור בקנה מידה גדול שבו נדרשת הדירוּת – כלומר שכל האצוות (סדרות הייצור) יהיו זהות .

המחקר שנערך בטכניון מציג לראשונה ייצור מדויק ונדיר של ECM לשימוש ביצירת רקמות לב. הטכנולוגיה החדשה, המבוססת על רקמות ECM שמקורן ברקמות לב חזיר, מאפשרת לייצר ECM אופטימלי ליצירת שתלים ללב, זאת תוך שליטה מלאה במבנה החומר ברמת המיקרו וברמת המאקרו. החוקרים הראו כי בייצור השתלים בשיטת האלקטרוספינינג לא נפגעות התכונות המכניות והפעילות הביולוגית של החומר, דבר המאפשר אינטראקציה עם תאים ורקמות חיות וכן פעילות לבבית. מתוצאות המחקר שערכו החוקרים בעכברים נראה כי למרות המקור החזירי של ה ECM השתלים אינם מעוררים תגובה חיסונית ויהוו אלטרנטיבה בטוחה לשימוש.

תאי לב הגדלים על מטריצה
סיבי ECM המיוצרים בשיטת אלקטרוספינינג (מיקרוסקופ אלקטרוני סורק):
תאי לב (גרעינים כחולים) גדלים על המטריצה (אדומה) ומבטאים סמנים המעידים על פעילות לבבית (ירוק), מיקרוסקופ פלואורסנטי

תאי לב (גרעינים כחולים) גדלים על המטריצה (אדומה) ומבטאים סמנים המעידים על פעילות לבבית (ירוק), מיקרוסקופ פלואורסנטי: