מהו מבנה תאי הגזע?

כשתקרא את זה, חוקרים ברחבי העולם נמצאים בספסלי המעבדה שלהם, ומבינים כיצד יום אחד מגדלים רקמות ואיברים חדשים מתאים בודדים. אם אתה חושב שזה נשמע כמו משהו מתוך סרט מדע בדיוני, אתה לא לבד. אולם מחקר זה יכול להניב פריצת דרך מדעית המשנה את הדרך בה אנשי מקצוע בתחום הרפואה מטפלים במגוון רחב של מחלות אנושיות בעולם האמיתי.

המטרות האולטימטיביות של מחקר זה עשויות להיות רחבות, אך נושא המחקר כל כך קטן עד אינסוף עד שאינך יכול לראות אותו בעין בלתי מזוינת. הנושא הוא תאי גזע. הודות למאפייניהם הייחודיים, לתאים המדהימים הללו יש פוטנציאל לשנות את עתיד המדע והרפואה.
קרא עוד על היתרונות והחסרונות של מחקר תאי גזע.

אתה יודע שרבייה מינית מחייבת תא זרע ותא ביצה להתאחד וליצור זיגוטה באמצעות הפריה. תא איקריוטי יחיד זה מכיל השלמה מלאה של מידע גנטי ובעל פוטנציאל להתחלק לאורגניזם רב-תאי מורכב כמוך.

אך האם תהיתם פעם כיצד אותו תא בודד יכול להתחלק לטריליוני טריליוני התאים בגוף האדם? וכיצד תא אחד בלבד יכול להוליד כל כך הרבה סוגים שונים של תאים - למשל תאי עור ותאי מוח?

כאשר הזיגוטה מתחילה להתחלק (לפני שהיא משתילה ברחם), התאים שנוצרים הם למעשה תאי גזע. מדענים אומרים שתאים גמישים אלה הם שניהם

במבט ראשון, החלקים של תא גזע לא נראים כל כך מיוחדים על פני השטח. כמו כל התאים בגוף האדם, גם תאי גזע חולקים כמה מבנים משותפים. אלו כוללים:

• א קרום תא, שהוא שכבה דו-שכבתית בשומנים המקיפה את התא המאפשרת לחומרים מסוימים להיכנס לתא ומרחיקה אחרים.
  
• ציטופלזמה, שהוא המרק הנוזלי שבתוך התא.
  
• א גַרעִין, המכיל את כל המידע הגנטי של התא המאוחסן כ- DNA.

בין ההפריה בחצוצרות לבין ההשתלה ברחם, העובר ישתנה מגיליון פשוט של תאי גזע לקבוצת תאים מסודרת - הנקראת גסטרולה - עם שלוש שכבות נבט. אלה יולידו בסופו של דבר את כל סוגי התאים, הרקמות והאיברים הרבים המהווים עובר אנושי שלם (אם כי עדיין קטן מאוד).

השכבה החיצונית ביותר, הנקראת אקטודרם, מוליד תאי עור ורקמות מערכת העצבים. השכבה האמצעית, או מזודרם, מניב תאי דם, רקמת חיבור, תאי שריר ורקמת השליה המחזיקה את העובר בחיים ברחם. השכבה הפנימית, הנקראת אנדודרם, יוצר את רפידות המעי, הריאות ודרכי האורוגניטל.

בזכות ריבוי יכולות, תאי גזע יכולים להבדיל ולהפוך לכל אחד מסוגי התאים הללו לאחר ההשתלה. תאי גזע אלה הקשורים להתפתחות תקינה של עוברים הם אחד משלושה סוגים של תאי גזע המשמשים מדענים. החוקרים קוראים להם תאי גזע עובריים אנושיים, או hESCs.

תאי הגזע העובריים המשמשים את המדענים מעולם לא מקורם בהפריה מסורתית בתוך החצוצרות של אדם ממשי. במקום זאת, מדענים יוצרים אותם במבחנות באמצעות בַּמַבחֵנָה הפריה (הפריה חוץ גופית). תאי גזע עובריים אלה בדרך כלל מסתיימים במעבדות מחקר לאחר שאנשים המשתמשים בהפריה חוץ גופית כדי ליצור משפחות מסיימים את התהליך ותורמים את העוברים הקפואים הנוספים למדע (במקום להשמיד אותם).

מבחינת החוקרים ישנם יתרונות מסוימים בשימוש בתאי גזע עובריים בהשוואה לסוגים אחרים של תאי גזע. קל להגיע לתאי גזע עובריים ופשוטים לגידול בתרבית. והכי חשוב, תאי גזע עובריים הם לוחות אמיתיים ריקים שיכולים להוליד למעשה כל סוג של תא לאחר בידול תאי גזע.

בדיוק כמו שתאים עושים לאחר השתלה ברחם חי, תאי גזע עובריים במעבדה נצמדים באופן טבעי גופים עובריים ומתחילים להתמיין לתאים מיוחדים. מדענים המגדלים תאי גזע עובריים בתרבית חייבים לשמור על תנאים ספציפיים במצע הגידול כדי למנוע זאת.

בכך שהם מאפשרים לתאי הגזע להתרבות מבלי להבדיל, מדענים יוצרים שורות תאי גזע עובריים. לאחר מכן מדענים יכולים להקפיא את שורות התאים הללו ולשלוח אותם למעבדות אחרות לצורך פרויקטים של מחקר או טיפוח נוסף. כדי להעפיל כקו תאים, תאי הגזע העובריים חייבים:

• לגדול ללא הבחנה בתרבית תאים במשך שישה חודשים לפחות.
• היה רב-יכולת, או מסוגל להתמיין לכל סוג תא.
• אין שום הפרעות גנטיות.

כאשר החוקרים מוכנים שהתאים בקו תאי גזע עובריים יהפכו לסוגים ספציפיים של תאים, כמו למשל ספציפי פרויקט מחקר, הם פשוט משנים את מדיום התרבות או מזריקים גנים ספציפיים לתאי הגזע כדי לגרום לתאי גזע בידול.

מתברר שרקמות בוגרות רבות בגוף האדם המפותח תלויות בכמה תאים בלתי מובחנים ליום גשום. אלה תאי גזע בוגרים - לפעמים נקרא סומטי תאי גזע - מפעילים כאשר הגוף זקוק לתאים חדשים. זה קורה במטרה להסביר מחזור תאים וצמיחה רגילים וגם כדי לתקן רקמות לאחר פציעה או מחלה.

מדענים מצאו תאי גזע בוגרים במגוון רחב של איברים ורקמות, כגון:

• כלי דם.
• מח עצם.
• מוֹחַ.
• מְעִי.
• לֵב.
• כָּבֵד.
• שחלות.
• דם היקפי.
• שריר השלד.
• שיניים.
• אשכים.

תאי גזע בוגרים נמצאים בדרך כלל באזורים ספציפיים, הנקראים נישות של תאי גזע. בניגוד לתאי גזע עובריים, שיכולים להתמיין בכל סוג של תאים בכלל, בידול תאי גזע בוגרים מוגבל וספציפי לרקמות. משמעות הדבר היא שתאי גזע בוגרים מבדילים בדרך כלל רק את סוגי התאים הקשורים לרקמה בה הם נמצאים.

לדוגמא, תאי גזע בוגרים במוח יהפכו רק לתאי עצב או לתאי מוח שאינם עצביים. הנה כמה תאי גזע בוגרים ידועים אחרים וסוגי התאים המיוחדים שלהם:

• תאי גזע המטופויטים נמצאים במח העצם ומולידים תאי דם, כולל תאי דם אדומים ותאי מערכת החיסון.
• תאי גזע מזנכימיים נמצאים במח העצם (וכמה רקמות אחרות) ומולידים תאי עצם, תאי סחוס, תאי שומן ותאי סטרומה.
• תאי גזע אפיתליים נמצאים עמוק בתוך רירית המעיים ומולידים סופג תאים, גָבִיעַ תאים, אנטרואנדוקרינית תאים ו פנת תאים.
• תאי גזע בעור נמצאים בשכבה הבסיסית של העור ומולידים קרטינוציטים שיוצרים שכבת מגן על פני העור.

מדענים הבחינו בניסויים כי כמה תאי גזע בוגרים התבדלו לתאים מיוחדים מלבד סוג התאים הצפוי, הדומה לריבוי יכולת הערך של תאי גזע עובריים. עם זאת, זה התמיינות יתר הוא נדיר ומשפיע רק על קטע קטן של תאי גזע כאשר הוא קורה. החוקרים אינם בטוחים אם זה קורה בכלל אצל בני אדם.

לתאי גזע בוגרים יש כמה חסרונות עבור מדענים. הם נדירים וקשים לגידול במעבדה. יש להם גם גבולות כמה הם יכולים לחלק ואיזה סוגי תאים הם יכולים להפוך. עם זאת, לתאי גזע בוגרים יש יתרון אחד מובהק: הם נוטים פחות להפעיל דחייה חיסונית מכיוון שניתן היה לקצור אותם מגופו של המטופל עצמו.

בשנת 2006 גילו חוקרים סוג אחד נוסף של תאי גזע: תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים, או iPSCs. אלה תאי גזע בוגרים שמדענים מתכנתים מחדש כך שהם פועלים יותר כמו תאי גזע עובריים. עם זאת, עדיין לא ברור אם ישנם הבדלים קליניים משמעותיים בין תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים לתאי גזע עובריים. מדענים כבר משתמשים ב- iPSC לעבודה חשובה, כמו פיתוח תרופות ודוגמנות מחלות אנושיות למטרות מחקר.

יש מכשולים טכניים להתגבר עליהם לפני שחוקרים יכולים להשתמש בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים אלה ליישומים ישירים יותר. בנוסף לאישור שתאי גזע אלה אינם שונים מהותית מגזע עוברי תאים, על החוקרים להמציא טכניקות חדשות לייצור תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים בראשונה מקום. השיטה הנוכחית משתמשת בווירוסים ככלי לתכנות מחדש, שהראה תופעות לוואי חמורות, כמו סרטן, במחקרים בבעלי חיים.

בנוסף לסינון תרופות חדשות לתעשיית התרופות ומשמשות מודלים למחלות לפרויקטים של מחקר, מדענים מאמינים שתאי גזע עשויים להפוך חדשים (ומרתקים). טיפולים מבוססי תאים אפשרי. משמעות הדבר היא שמתישהו מעבדות עשויות לגדל איברים ורקמות חדשות עבור אנשים הזקוקים להשתלות במקום להסתמך על תורמי איברים ורקמות.

זה יכול להיראות כמו מדענים המשתמשים בתאי גזע כדי לייצר תאי שריר לב שהם יכולים להשתיל לאנשים עם מחלת לב כרונית. מחקרים עכשוויים בבעלי חיים מצביעים על כך שתאי גזע סטרומה ממח העצם מראים הבטחה ליישום זה, אם כי המנגנון המדויק עדיין לא ברור. מדענים אינם בטוחים אם תאי הגזע מולידים תאי שריר לב חדשים או תאי כלי דם - או שהם עושים משהו אחר לגמרי.

דוגמה תיאורטית נוספת היא סוכרת מסוג 1. מדענים מקווים להבדיל בין תאי גזע עובריים אנושיים לתאים המייצרים אינסולין. מערכות החיסון של אנשים עם סוכרת משבשות תאים אלה ואוסרות עליהם לבצע את עבודתם. מדענים תוהים אם הם יכולים יום אחד לבדל תאי גזע לתאים המייצרים אינסולין ולהשתיל אותם לחולים.

בנוסף למחלות לב וסוכרת, מחלות ומצבים אנושיים אחרים המדענים מאמינים כי התקדמות רפואית זו עשויה להשפיע הם רחבים וכוללים:

• שורף.
• ניוון מקולרי, העלול לגרום לאובדן ראייה.
• דלקת מפרקים ניוונית ודלקת מפרקים שגרונית.
• פגיעה בחוט השדרה, העלולה לגרום לחוסר תחושה, אובדן תפקוד או שיתוק.
• שבץ.

כמובן, הבאת טיפולים חדשים למטופלים בפועל תחייב מדענים לשלוט בכל שלב בתהליך תיאורטי זה. פירוש הדבר שהם צריכים:

• לגדל מספיק תאי גזע כדי לבנות פיזית את הרקמה או האיבר.
• לעורר את תאי הגזע כדי להתמיין לסוג התא הנכון.
• ודא שתאי הגזע המובחנים יכולים לשרוד בתוך גופו של המטופל.
• וודא שתאי הגזע המובחנים משתלבים כראוי ברקמות המקבלות בתוך גופו של המטופל.
• סביר לצפות כי הרקמה או האיבר החדשים יבצעו את העבודה שהיא נבנית לה לאורך כל חייו של המטופל.
• ודא שהתאים החדשים אינם גורמים נזק בטחוני לחולה, כגון סרטן.

על פי הגדרת תאי גזע, נראה כי צעדים אלה ניתנים להשגה באמצעות תאי גזע עובריים אך ידרשו שנים רבות של מחקר רציני בחזיתות מרובות. זו הסיבה שמחקר תאי גזע הוא תחום פעיל כל כך במדעי המקצוע - וגם מדוע הוא בראש מעייניהם של מורים ותלמידים רבים למדעים.

התוצאה הסופית של מחקר תאי גזע עשויה עדיין להיות בהמשך הדרך, מה שמגביר את ההבנה הכללית של מבנה תאי גזע ואיך עובד בידול תאי גזע היא דרך נהדרת להיות חלק מהמתעוררים מַדָע.