מחקרים

הלוויין TAUSAT-1 של אוניברסיטת תל אביב והמרכז למחקר גרעיני (ממ"ג) שורק, ששוגר לאחרונה לחלל, ממשיך לעשות היסטוריה: ב-9 באפריל, בשעה שבע בערב (שעון ישראל), ניתן האות ממרכז הבקרה באוניברסיטת תל אביב, וחומר חכם בעל זיכרון צורני (shape memory polymer, או SMP), שינה את צורתו ונפרס במסלול סביב כדור הארץ. זאת הפעם הראשונה שחומר חכם משוגר מישראל לחלל. מנגנון הפריסה שפותח יוכל לחסוך בעתיד את הצורך לשגר מנגנונים כבדי משקל, ולשמש לפריסת רכיבים שונים כמו לוחות סולאריים ואנטנות.

נכנס למסלול

"מדובר באקטואטור - רכיב שאחראי להנעת חלקים ומערכות - על בסיס פולימר משנה צורה", אומר פרופ' נעם אליעז מהמחלקה למדע והנדסה של חומרים בפקולטה להנדסה ע"ש אידי ואלדר פליישמן. האקטואטור פותח במסגרת עבודת המאסטר של דבי מרגוי ובהנחיה משותפת של פרופ' אליעז וד"ר רונן ורקר מממ"ג שורק. הפולימר החכם הוא ניסוי אחד מבין חמישה שעורך TAUSAT-1 במעבדה מוטסת זעירה, בגודל של 10×10×10 ס"מ, שפותחה על ידי מחלקת סביבת חלל בממ"ג.

"היו עוד ננו-לוויינים ששוגרו מישראל, חלקם הצליחו וחלקם לא, אבל זאת הפעם הראשונה שמשוגר מישראל לוויין עם מנגנון פריסה של פולימר משנה צורה. הפולימרים האלה הם חומרים חכמים שיכולים לחזור לצורתם המקורית עקב גירוי חיצוני כמו אור, חום, שדה חשמלי או שדה מגנטי", אומר פרופ' אליעז.

"חומרים חכמים הם פתרון עתידני ויצירתי לצורך שיגור מנגנוני פריסה מתכתיים כבדי משקל", מוסיף ד"ר רונן ורקר. "חומרים חכמים מאפשרים לנו לשלוט בתהליך הפריסה ללא מגע פיזי וללא קשר עין עם מרכז הבקרה, ולחסוך דרמטית במסה ובנפח של המטען המשוגר לחלל. האקטואטור שפיתחנו נפרס בתגובה לחום. בנוסף, זווית הכיפוף של האקטואטור גם משנה את ההתנגדות החשמלית שלו, ובאמצעות מדידת ההתנגדות החשמלית אפשר לקבל אינדיקציה לכך שהוא אכן נפרס בהצלחה".

מעבדה מוטסת

המעבדה המוטסת של TAUSAT-1 מכילה שורה של ניסויים מדעיים נוספים, שנועדו לחקור את סביבת החלל במטרה למצוא פתרונות טובים יותר לשיגור ולתפעול של לוויינים וחלליות בסביבה זו, בהם גם מדידת קרינה מייננת מצטברת באמצעות גלאי טרנזיסטור בעל שכבת תחמוצת עבה, ההופכת אותו לרגיש מאוד לקרינה מצטברת. מערכת הניסוי מודדת את השתנות ערכי מתח הסף להפעלת הטרנזיסטור באופן רציף ולאורך זמן, וכך מאפשרת מדידה גם של מנות קרינה נמוכות במיוחד.

הננו לוויין אופיין, פותח, הורכב ונבדק במסגרת המרכז לננו-לוויינים בקמפוס, שיתוף פעולה ייחודי בין הפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ובית הספר פורטר לסביבה ומדעי כדור הארץ, בפקולטה למדעים מדויקים לבין המרכז למחקר גרעיני - שורק.

"במוחם של כל בעלי החוליות, כולל בני אדם, קיימים תאי גזע הממוקמים על קליפת המוח, ותפקידם לייצר נוירונים חדשים (בניגוד לתאי גזע עובריים, שיכולים להתמיין לכל סוגי התאים הקיימים בגוף, תאי גזע אלה יכולים לייצר אך ורק נוירונים או תאי גזע נוספים). אצל האדם תאים אלה פעילים בעיקר בגיל הילדות, במהלך התפתחות המוח. אצל אדם בוגר הם רדומים בדרך כלל, ומתעוררים לפעולה רק לעתים נדירות, בעיקר במקרה של פגיעה במוח - כדי לחדש רקמות נוירונים שנפגעו, ולתקן את הנזק במידת האפשר." מסביר פרופ' דוד שפרינצק מבית הספר לנוירו-ביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה של הפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וויז.

פרופ' שפרינצק מוסיף כי במחלות ניווניות של המוח, כמו פרקינסון ואלצהיימר, התהליך משתבש ונצפית ירידה במספר תאי הגזע במוח ובקצב ההתרבות שלהם. במקרים של סרטן המוח, לעומת זאת, תאים שונים במוח הופכים בחזרה לתאי גזע, ואז עוברים  שפעול-יתר ומתרבים באופן בלתי מבוקר.

כעת, צוות מחקר בראשותו, יצר בעזרת דגי זברה הדמיה (סימולציה) מתקדמת של תהליך מפתח במוח: שפעול (אקטיבציה) של תאי גזע האחראים ליצירת נוירונים. ההדמיה העלתה כי התהליך, שנחשב עד היום לאקראי, הוא למעשה מאורגן ומתואם, וכך הוא מבטיח התפתחות תקינה של הנוירונים במוח. לדברי החוקרים, ממצאיהם תורמים נדבך חדש להבנת התפתחות המוח, וכן לחקר פגיעות ומחלות הקשורות לנוירונים, כמו סרטן המוח, מחלות ניווניות כמו אלצהיימר ופרקינסון ונזק מוחי לסוגיו. ההדמיה התבססה על צילומים בטכנולוגיה חדשנית של המוח בדגי זברה.

המחקר הובל על ידי פרופ' דוד שפרינצק ותלמיד המחקר אודי בינשטוק מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב, ופרופ' לור באלי-קוייף (Laure Bally-Cuif) וצוותה ממכון פסטר של המכון הלאומי למחקר מדעי בצרפת. המאמר פורסם בכתב העת Cell Stem Cell.

התעוררות מסודרת

לדברי החוקרים, המחקר הנוכחי ביקש לבחון את המנגנון המעיר את תאי הגזע במוח כדי שיתחילו להתחלק: "עד היום נחשבה ההתעוררות לאקראית, ואנחנו רצינו לבדוק אם יש בה סדר כלשהו, והאם התעוררות של תא גזע אחד משפיעה על האחרים", מציין פרופ' שפרינצק. "לצורך כך ביצענו מחקר בדגי זברה, תחום התמחותה של המעבדה במכון פסטר שבצרפת. דגי הזברה נבחרו מכיוון שתאי הגזע במוחם דומים לאלה של יונקים, אך פעילים הרבה יותר, כך שהנוירונים במוחם מתחדשים ללא הרף".

במסגרת המחקר נעשה שימוש בטכנולוגיית צילום מתקדמת המאפשרת לצלם את מוחו של הדג כאשר הוא חי ופעיל. החוקרים ביצעו צילום מדי שלושה ימים במשך שבועות אחדים, וכך נוצר רצף תמונות המראה את תהליך ההתפתחות וההתחדשות במוח.

נתונים אלה הועברו למעבדתו של פרופ' שפרינצק באוניברסיטת תל אביב, שניתחה אותם ובנתה הדמיה חישובית של תהליך התעוררות תאי הגזע במוח. לדברי פרופ' שפרינצק, "התגלית העיקרית שלנו היא, שבניגוד למה שסברו המדענים עד היום, התהליך אינו אקראי. הנוירונים החדשים נוצרים באופן מסודר ומתואם." המודל החישובי הראה בבירור שתא גזע העובר שפעול (אקטיבציה) אינו מאפשר לתאים הסמוכים אליו לעבור תהליך דומה במשך כמה ימים. בדרך זו הוא מבטיח שהנוירונים המיוצרים יהיו מסודרים במוח בצורה תקינה. ממצא זה חשוב מאוד להבנת ההתפתחות והמבנה התקין של המוח.

"המחקר שלנו מוסיף נדבך חשוב להבנת התפתחות המוח. הוא עשוי לסייע לפיתוח טיפולים עתידיים לפגיעות מוחיות ולמחלות ניווניות של המוח כמו אלצהיימר ופרקינסון, על ידי שפעול תאי הגזע לייצור נוירונים חדשים. כמו כן הוא מקדם את הבנת המנגנון של התפתחות סרטן המוח, כתשתית אפשרית לטיפולים שינטרלו את התהליך הסרטני," מסכם פרופ' שפרינצק.

תלמיד המחקר אודי בינשטוק עם פרופ' דוד שפרינצק. 

תגלית יוצאת דופן במפרץ אילת: חוקרות מאוניברסיטת תל אביב גילו מין של אצטלן, בעל חיים ימי ונפוץ במפרץ אילת, המסוגל לחדש את כל איבריו, אפילו אם מחלקים אותו לשלושה חלקים. בקרב בעלי החיים חסרי החוליות, נחשב האצטלן לקרוב ביותר אלינו, בני האדם, מבחינה אבולוציונית. המחקר נערך בהובלת פרופ' נועה שנקר, פרופ' דורותה הושון-פופקו וטל גורדון מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט.

משלים את החסר

ישנם מאות מינים של אצטלנים, והם נמצאים בכל האוקיאנוסים והימים. כל מי שאי פעם פקח עיניים מתחת למים ראה אצטלנים מבלי לדעת, כיוון שהם לרוב מסווים את עצמם כגבשושיות על פני הסלעים ולכן קשה לזהותם.

"האצטלן הוא אורגניזם פשוט בעל שני פתחי גוף: כניסה ויציאה", מספרת טל גורדון, שהמחקר החדש היה חלק מעבודת הדוקטורט שלה. "בתוך הגוף יש איבר מרכזי שדומה למסננת פסטה. האצטלן שואב את המים דרך פתח הכניסה, המסננת מסננת את חלקיקי המזון שנשארים בגוף, והמים הנקיים יוצאים מפתח היציאה. עם זאת, לאצטלן יש גם מערכות מורכבות כמו מערכת עיכול, מערכת עצבים ולב. בקרב בעלי החיים חסרי החוליות, הם נחשבים לקרובים ביותר אלינו מבחינה אבולוציונית".

"מדובר בתגלית מסעירה, שכן זהו בעל חיים השייך למערכת המיתרניים - בעלי חיים עם מיתר גב - הכוללת גם אותנו היונקים", מסבירה פרופ' נועה שנקר. "יכולת חידוש איברים נפוצה בעולם החי, וגם בקרב מיתרניים ניתן למצוא בעלי חיים המחדשים איברים כמו השממית, שיודעת לבנות זנב חדש. אבל עד כה לא נתקלנו בכאלה שמחדשים מערכות גוף שלמות. כאן מצאנו בעל חיים מיתרני, שיכול לחדש את כל איבריו אפילו אם מפרידים אותו לשלוש חתיכות, כך שכל חתיכה יודעת בדיוק איך להשלים את כל מערכות הגוף החסרות ובזמן קצר".

בעל החיים במחקר החדש הינו אצטלן מהמין Polycarpa mytiligera, הנפוץ מאד בשונית האלמוגים באילת. ממצאי התגלית המפתיעה התפרסמו בכתב העת המוביל Frontiers in Cell and Development Biology.

^{ישנם מאות מינים של אצטלנים בכל האוקיאנוסים והימים. טל גורדון ואצטלנים במפרץ אילת. צילום: טל זקין}

ממציא את עצמו מחדש

מחלקת האצטלנים מפורסמת ביכולת הרגנרציה שלה, אלא שעד כה היכולות הללו זוהו בעיקר ברבייה אל-מינית. מעולם לא התגלתה קודם לכן יכולת רגנרציה גבוהה כל כך בבעל חיים מיתרני שמתרבה ברבייה מינית בלבד.

"ישנם מינים של אצטלנים המבצעים רגנרציה פשוט כדי להתרבות", אומרת גורדון. "אלו הם מינים בעלי אורח חיים מושבתי: פרטים רבים זהים המקושרים ביניהם. הם משכפלים את עצמם כדי לגדול. לעומת זאת, האצטלן מאילת, Polycarpa mytiligera, הוא אורגניזם בעל אורח חיים יחידאי, סוליטרי, ללא יכולת רבייה אל-מינית, בדומה לבני האדם".

"במחקרים קודמים הראינו שמין זה מסוגל לחדש את מערכת העיכול שלו ואת אזור פתחי הכניסה והיציאה תוך מספר ימים בודדים, אלא שאז רצינו לראות האם הוא מסוגל לחדש את כל מערכות גופו. לקחנו מספר פרטים מאילת וחילקנו לשני חלקים, שבלי בעיה השלימו את החלק החסר. בניסוי לאחר מכן חילקנו כמה עשרות פרטים לשלושה חלקים, שהותירו חלק גוף ללא מרכז עצבים, לב וחלק ממערכת העיכול. ובניגוד לציפיות, לא זאת בלבד שכל חלק שרד את החיתוך כשלעצמו, כל האיברים התחדשו בשלושת החלקים. במקום אצטלן אחד נוצרו שלושה. זה מפתיע מאוד. מעולם לא התגלתה יכולת רגנרציה כזאת בקרב מינים יחידאים שמתרבים ברבייה מינית, בשום מקום בעולם".

פרופ' שנקר מסכמת: "משחר האנושות בני האדם מרותקים ליכולת לחדש איברים פגועים או חסרים. רגנרציה היא יכולת מופלאה שיש לנו במידה מאד מוגבלת, והיינו רוצים להבין איך היא עובדת כדי לנסות וליישם אותה גם בגוף שלנו. כל אחד שמכניס את הראש למים עם מסכה במפרץ אילת יכול למצוא את האצטלן המסקרן הזה, אשר יתכן כי נוכל להסיק ממנו לגבי תהליכים של חידוש רקמות שיכולים לסייע למין האנושי".

במחקר, שהתפרסם בכתב העת היוקרתי בעולם Science, השתתפו הדוקטורנטית נעמה וגנר ופרופ' טל פופקו, ראש בית הספר למחקר ביו-רפואי ולחקר הסרטן ע"ש שמוניס בפקולטה למדעי החיים ומהמרכז החדש למדעי המידע באוניברסיטת תל אביב. השותפים הבינלאומיים למחקר היו חוקרים מהאימפריאל קולג' (בהובלת פרופ' גד פרנקל) ומהמכון לחקר הסרטן בלונדון, וכן חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית ומהמרכז הלאומי לביוטכנולוגיה במדריד.

לזהות את כלי הנשק של החיידק

"במחקר הזה התמקדנו בחיידק שמחולל מחלות מעיים בעכברים, קרוב משפחה של החיידק  E. coli שמחולל מחלות מעיים בבני אדם – כדי לא לעבוד ישירות עם החיידק הפתוגני לבני אדם", מסבירה הדוקטורנטית נעמה וגנר. "הבינה המלאכותית שיצרנו יודעת לחזות אפקטורים במגוון חיידקים מחוללי מחלות, כולל חיידקים שתוקפים צמחים בעלי חשיבות כלכלית. החישובים שלנו התאפשרו הודות לכלים מתקדמים של למידת מכונה, שעשו שימוש במידע גנומי של מספר רב של חיידקים. השותפים שלנו באנגליה הוכיחו ניסויית שהלמידה שלנו הייתה מדויקת ביותר ושהאפקטורים שזיהינו הם אכן כלי הנשק של החיידק".

"חיידקים פתוגניים מטופלים על ידי אנטיביוטיקה", אומר פרופ' טל פופקו. "אבל אנטיביוטיקה הורגת מספר רב של מיני חיידקים, ובתקווה גם את החיידקים מחוללי המחלות. כך שאנטיביוטיקה אינה רובה כי אם תותח. בנוסף, שימוש-יתר באנטיביוטיקה גורם להתפתחות חיידקים בעלי עמידות לאנטיביוטיקה, בעיה כלל-עולמית שהולכת ומחריפה. הבנת הבסיס המולקולרי של המחלה הינו שלב הכרחי לפיתוח תרופות חכמות יותר מאנטיביוטיקה, שלא יפגעו בכלל אוכלוסיות החיידקים במעיים. הפעם גילינו את האפקטורים של חיידקי מעיים שתוקפים מכרסמים, אבל זאת רק ההתחלה ואנחנו כבר עובדים על גילוי אפקטורים בחיידקים אחרים, בניסיון להבין טוב יותר כיצד הם מבצעים את זממם בתאי המטרה אותם הם תוקפים".

את המחקר החדש ערכו פרופ' אריאל מוניץ ופרופ' מוטי גרליץ מהמחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר יחד עם ד"ר דן ימין והדוקטורנט מתן יחזקאל מהמעבדה לחקר התפשטות מגפות במחלקה להנדסת תעשייה באוניברסיטת תל אביב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת החשוב Cell Reports Medicine.

"אנחנו משתמשים בערכה שבודקת שלושה גנים ויראליים," מסביר פרופ' אריאל מוניץ. "בווריאנט הבריטי, הידוע גם בשם B.1.1.7, אחד משלושת הגנים הללו, גן ה-S, נמחק כתוצאה מהמוטציה. באופן הזה יכולנו לעקוב אחר התפשטות הווריאנט באוכלוסייה גם מבלי לערוך ריצוף גנטי".

לדבריו מהנתונים שהתקבלו במעבדה עולה כי ההתפשטות של הווריאנט הבריטי הייתה מהירה ביותר: ב-24 בדצמבר 2020 רק 5% ממקרי ההדבקה המאומתים בקורונה היו של הווריאנט הבריטי. בתוך שישה שבועות, בינואר 2021, הווריאנט הזה היה אחראי ל-90% מהדבקות הקורונה בישראל. היום הנתונים מצביעים על 99.5%.

"על מנת להסביר את העלייה הדרמטית, ערכנו השוואה בין מקדם ה-R של וירוס ה-SARS-CoV-2 למקדם ה-R של הווריאנט הבריטי. כלומר שאלנו את עצמנו: כמה אנשים בממוצע מדביק כל אדם שנדבק בווריאנטים השונים? ומצאנו כי הווריאנט הבריטי מדבק ב-45% יותר – כמעט פי 1.5".

בשלב השני, החוקרים פילחו את ההדבקה לפי קבוצות גיל. התוצאות הראו שנקודת שינוי המגמה בתחלואה אצל אוכלוסייה מעל גיל 60 בהשוואה ליתר קבוצות הגיל התרחשה לאחר שבועיים מקבלת החיסון הראשון בקרב 50% מבני ה-60 ומעלה בישראל.

"עד חודש ינואר ראינו תלות ליניארית של כמעט 100% בין קבוצות הגיל השונות בתחלואה חדשה לאלף איש", מספר ד"ר דן ימין. "שבועיים אחרי ש-50% מבני ה-60 ומעלה קיבלו את מנת החיסון הראשונה, המגמה נשברה באופן חד ומובהק. במהלך ינואר חלה ירידה דרמטית במספר המאומתים בני ה-60 ומעלה, לצד המשך עלייה במספר המאומתים של יתר האוכלוסייה. במילים פשוטות, מכיוון שמעל ל-90% מנפטרי הקורונה הינם מעל גיל 60, ניתן לומר שהחיסון חסך תמותה של מאות אנשים – אפילו בטווח הקצר".

ניטור אקטיבי באוכלוסיות בסיכון

יתרה מכך, המחקר החדש מוכיח כי ניטור אקטיבי באוכלוסיות בסיכון עובד. "יש ערך סף שלפיו מחליטים אם בדיקה היא חיובית או שלילית", אומר פרופ' מוניץ. "ככל שהערך הזה נמוך יותר, הדבר מעיד על עומס נגיפי גבוה יותר. כאשר השווינו את ערכי הסף של הגנים השונים בקרב אוכלוסיות בני ה-60 ומעלה מבתי האבות אל מול הערכים המתקבלים מבני ה-60 ומעלה באוכלוסייה הכללית, ראינו שערכי הסף בבדיקות שנדגמו מבתי האבות היו גבוהים יותר באופן משמעותי. פירושו של דבר שהעומס הנגיפי היה נמוך יותר בבתי אבות בהשוואה לשאר האוכלוסייה.

מאחר שבבתי אבות מבצעים בדיקות שגרתיות, לעומת בדיקות באוכלוסייה הכללית שנערכות לרוב כאשר מישהו לא מרגיש טוב או בא במגע עם חולה מאומת, אנחנו מסיקים שניטור מתמיד של אוכלוסייה בסיכון – עובד. חשוב להדגיש: העומס הנגיפי הנמוך יחסית בבתי האבות נצפה למרות שהווריאנט הבריטי החל להתפשט בתקופה ההיא בכלל האוכלוסיות. לפיכך, אנחנו מראים שניטור של בתי אבות, יחד עם מבצע חיסון המתמקד באוכלוסיות פגיעות תחילה, חוסך תחלואה ותמותה".

"בגלל הצפיפות, משקי הבית הגדולים והתפלגות הגילאים באוכלוסייה בישראל, לקורונה תנאים נוחים יותר להתפשט אצלנו מאשר במרבית מדינות המערב. הבשורה שלנו לעולם היא שאם בתנאי הפתיחה הקשים שלנו זוהתה המגמה, בשאר מדינות המערב בוודאי ניתן לצפות לשבירת העקומה ולירידה דרמטית בתחלואה הקשה ובתמותה כבר לאחר חיסון של 50% מהאוכלוסייה המבוגרת, לצד קיום בדיקות ייעודיות במרכזי הסיכון – וזאת למרות שהווריאנט הבריטי מדבק כל כך," מסכם ד"ר ימין.