• גידול איברים במעבדה והדפסה תלת מימדית: הצצה אל רפואת העתיד

    יכולות הדפסת התלת ממד וטכנולוגיות חדשות ברמה המולקולרית עשויות לשנות בעתיד הלא רחוק את פני הרפואה. מגידול של “חלקי חילוף“ אנושיים בבעלי חיים, דרך יצירת גרסאות פיזיות של הדמיות CT ועד הדפסת איברים להשתלות
    11/05/2017 | דליה קאלינין

    בינינו אנשים עם כליה של חזיר ולב שגודל במעבדה? אם זה נשמע לכם כמו מדע בדיוני, תופתעו לגלות שעולם הרפואה בדרכו להפוך את התרחיש הזה למציאות. המחסור החמור באיברים להשתלה הביא חוקרים רבים בעולם, וגם בארץ, לעבוד במרץ על הפתרון שיחליף את הצורך בתרומת איברים מן האדם. "היום הצורך בהשתלות איברים גדול יותר מההיצע. גם בישראל וגם בעולם יש לפחות פי 10 אנשים שממתינים לאיברים, מאשר כאלה שיודעים לתת איברים. לכן, כל פתרון שייתן מענה יכול לעזור בכיוון הזה", אומר פרופ' רפי ביאר, מנהל בית החולים רמב"ם.

    השתלת איברים מבעלי חיים היא אחת האופציות שנבחנות כיום. בסין, למשל, הושתלו קרניות מחזירים ליותר מ־400 עיוורים, ושימוש במסתם מרקמת חזיר הוא כבר עניין נפוץ בטיפול במחלות לב. החזיר הוא בעל החיים הקרוב ביותר לאדם מבחינת גודל ותפקוד האיברים, ולכן הוא גם המתאים ביותר. אך המכשול העיקרי בהשתלת איברים מבעלי חיים, איננו הדמיון הפיזיולוגי, אלא חוסר התאמה גנטית בין המושתל לחיה, שיכול לגרום לדחיית הגוף את האיבר.

    אחת האופציות שנבחנות כיום במטרה להתגבר על המחסום היא החדרת חומר גנטי אנושי לחיה. "היום קיימת היכולת המולקולרית לשנות את תגובת התאים, כך שאני מאמין שבשנים הקרובות נראה פריצות דרך בתחום. יכול להיות שנגיע למצב שיצליחו לגדל איברים מחיות, שמותאמים לאנשים מבחינה אימונולוגית. מבחינה מכנית, אותה עבודה שעושה לב האדם עושה גם הלב של החזיר, הבעיה היא שהתאמת הרקמות עדיין לא מאפשרת לו לחיות", מסביר פרופ' ביאר.

    הדפסת איברים. בקרוב המציאות? | צילום: fotolia

    ניסיון אחר לעקוף את בעיית חוסר ההתאמה הגנטית נעשה באמצעות גידול איברים אנושיים בתוך בעלי חיים. חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה שילבו תאי גזע אנושיים עם דנ"א של חזיר, במטרה ליצור עובר כלאיים אנוש־חזירי. מטרת המחקר היא שבעתיד בעלי חיים יוכלו לשמש כנשאי איברים להשתלות מצילות חיים. היות שהאיברים מכילים חומר גנטי אנושי, קטן הסיכוי לדחייה של האיבר בעת השתלה בגוף האדם. העוברים הושמדו, אך החוקרים מאמינים כי אם היו מאפשרים להם להיוולד, היו נוצרים חזירים עם איברים אנושיים.

    מוסך ביולוגי

    תחום נוסף שתופס תאוצה בשנים האחרונות, ויכול להפוך את עולם ההשתלות על פיו, הוא גידול איברים במעבדה. אמנם אנחנו עוד רחוקים מהיום שבו ניתן יהיה ליצור כליה מאפס, אך מחקרים בתחום כבר הוכיחו סיכויי היתכנות.

    ד"ר אנתוני אתאלה, מנהל המכון לרפואה מתחדשת במרכז הרפואי Wake Forest בצפון קרולינה, התחיל להתעניין בגידול במעבדה של איברים שנוצרו מתאי המושתל, לאחר שנתקל בחולים צעירים שבילו חודשים, ואף שנים, בהמתנה להשתלה. חלקם מתו לפני שהספיקו לעבור את הניתוח וחלקם סבלו מתגובות אימוניות חמורות כתוצאה מההשתלה.

    ב־1999 בנו ד"ר אתאלה וצוותו שלפוחיות שתן לילדים שנולדו עם פגם מולד, אשר פגע בתפקוד שלפוחית השתן והמעיים שלהם. לשם כך הם בנו תבנית מהחלבון הטבעי קולגן ומפולימר סינטטי, אותה ציפו בתאים שנלקחו מהחולים עצמם. זוהי אחת השיטות המקובלות כיום ליצירת רקמות מלאכותיות, והיא מאפשרת להתגבר על אחד האתגרים המשמעותיים שקיימים למשל בטכנולוגיות של הדפסת תלת ממד של איברים - הצורך ביצירת זרימת דם יציבה.

    פרופ' ביאר. "יכול להיות שנגיע למצב שיצליחו לגדל איברים מחיות" | צילום: באדיבות רמב"ם

    "התחום מתקדם ובהחלט מוביל למצב שבו בעתיד ניתן יהיה להחליף יותר רקמות ותפקודים של איברים על ידי תאים ורקמות מהונדסים", אומרת פרופ' שולמית לבנברג, דיקנית הפקולטה להנדסה ביו־רפואית בטכניון. פרופ' לבנברג פיתחה שיטה שמשפרת את איכות הרקמות המלאכותיות המושתלות בגוף על ידי יצירת רקמות תלת ממדיות, שניתן יהיה להשתיל בגוף האדם במטרה לתקן או להחליף רקמות פגועות. "הרעיון הוא לתת לתאים מצע תלת ממדי שעליו הם גדלים, כשתוך כדי הם מפרישים את החומרים הבין־תאיים ויוצרים רקמה. למעשה, אנחנו יוצרים במעבדה רקמה שיש בה גם מערך רשתות של כלי דם. את הרקמה אנחנו משתילים, ועוקבים אחר כלי הדם שיצרנו במעבדה, ואיך הם משתלבים עם כלי הדם במקום ההשתלה. אנחנו עובדים על כמה סוגים של רקמות: רקמת שריר, רקמת שריר לב, רקמות שקשורות לשיקום חוט השדרה ורקמות שיכולות לעזור בשיפור מצב סוכרתי אצל חולי סוכרת", מסבירה פרופ' לבנברג.

    לאחרונה פיתחה פרופ' לבנברג "מתלה" מהונדס המופק מהמושתל עצמו. "מתלה זאת רקמה שהרופאים מעבירים עם כלי הדם הראשיים שלה. כלומר, לוקחים ממקום אחד בגוף - למשל שריר שיש לו כבר כלי דם ראשיים - ומעבירים אותם לכלי הדם במתלה, כך שהרקמה מוזנת. זה מהווה יתרון, מכיוון שבהרבה מקומות אי אפשר לחכות עד שהגוף ישלח לאט לאט דם פנימה, ויזין את הרקמה המלאכותית. האזור פגוע, וחייבים לבוא עם רקמה, שברגע שמכניסים אותה הדם זורם לתוכה ומזין אותה".

    למה אתם מנסים להגיע בסופו של דבר?
    "המטרה העיקרית היא שיהיו לנו חלקי חילוף, שאפשר יהיה לייצר במעבדה. היום, אם צריך לתקן רקמה לוקחים ממקום אחר בגוף, בניתוחים שמקשים על החולה ומאריכים את זמני הניתוח. הרעיון הוא ליצור רקמות מוכנות להשתלה, שאפשר להכין אותן והן מותאמות לחולה עצמו. אפשר גם ליצור מבנה מוגדר מהתאים של החולה, שמותאם לו ולצרכיו, באמצעות מדפסת תלת ממדית".

    ומה לגבי איברים שלמים? גם אותם נוכל לייצר?
    "אני חושבת שכן, אבל אנחנו עדיין רחוקים מזה. יש עוד אתגרים בדרך, שצריך להתגבר עליהם, כדי שנוכל להגיע לאיבר פונקציונלי מתפקד. האתגרים באים לידי ביטוי ביכולת שלנו לכוון את התאים להתארגן בצורה הנכונה. יש איברים, שבהם ההתארגנות של התאים, אחד ביחס לשני, ותת-הפעילות של כל תא, מאוד מסוימות. אין לנו את כל האותות והידע על איך לכוון את התאים להתארגנות המסוימת, שצריכה להיות לאיבר פעיל".

    יחד עם זאת, פרופ' לבנברג אופטימית לגבי העתיד. "פריצות הדרך מגיעות מכיוונים שונים, שלא תמיד אנחנו יכולים לנבא אותם, כמו פריצת הדרך שהיתה בתחום תאי גזע המושרים, שפתחה עוד פתח לרקמות שמותאמות לאדם עצמו. בנוסף, יש עוד כל מיני פיתוחים כמו מדפסות שמדפיסות תאים, שמגיעים מכיוונים שונים ופתאום פותחים עוד פתח שמוביל ליכולות חדשות, ואני חושבת שזה מה שיקרה בתחום".

    פרופ' לבנברג. "המטרה העיקרית היא שיהיו לנו חלקי חילוף" | צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון

    להחזיק בידיים

    "התחום של השתלות חלקי גוף מקבל תאוצה בכיוונים מאוד מעניינים", מסביר פרופ' ביאר. "השתלה של חלקי מתכת קיימת כבר באופן טבעי באורתופדיה, במפרקים ובחוסרי עצם, אבל אלה מוצרים מוכנים מראש, כמו מפרק ירך ומפרק ברך. בעתיד ההשתלות יהיו מותאמות לחולה. לדוגמה, הדפסה תלת ממדית של לסת, חלק מהגולגולת או ממערכת השלד. אפשר לראות לפי בדיקת ה־CT של החולה מה הגודל והצורה המדויקים של החלק החסר, להדפיס אותו מהחומר המתאים (בדרך כלל טיטניום) ולהשתיל בגוף החולה".

    השימוש בהדפסת תלת ממד לא מוגבל רק להשתלות. כיום, למשל, נעשה בהן שימוש להדפסת מודלים אנטומיים, המתבססים על צילומי ההדמיות של החולים. הדבר מאפשר למנתח לתכנן ניתוחים מורכבים ולהתאמן בצורה טובה יותר, ואף מסייע בהמחשת מהלך הניתוח לחולה. ד"ר וידאל ברצ'ילון, מנהל יחידת כירורגיית כתף במרכז הרפואי מאיר, מרבה להשתמש בטכנולוגיה במקרים של שברים מסובכים. הוא שולח את צילומי ה־CT של המטופל לחברת 3D Systems, המפתחת תוכנה מתקדמת להדפסת מודלים תלת ממדיים. "ה־CT התלת ממדי, שבו אנו משתמשים עד היום, מדמה בתלת ממד על גבי מסך המחשב", מסביר ד"ר ברצ'ילון. "המודל המודפס לעומתו, הינו דגם תלת ממדי של ממש, שאותו ניתן לאחוז. כאשר אני מחזיק את הדגם המודפס ומזיז את חלקי השבר זה ביחס לזה, ניתן להבין במדויק כיצד יגביל השבר את התנועה במקרה שהמטופל לא ינותח. דגם הכתף עוזר לי מאוד בתקשורת עם המטופל. באמצעותו אני יכול להראות לו, הלכה למעשה, כיצד נראה השבר שלו, ולהתחיל יחד איתו את הדיון באפשרויות הטיפוליות. מעבר לכך, הדגם התלת ממדי מסייע להבנת הניתוח ולתכנונו. כשאני נכנס לחדר הניתוח אני יודע בדיוק מה עומד לפני. הטכנולוגיה מקצרת את הזמן שבו שוכב המנותח על מיטת חדר הניתוח, את זמן ההרדמה ואת משך הניתוח עצמו. מה שבעבר היה דמיוני עבורנו - היום זו מציאות".

    האם בעתיד נוכל לגדל איברים במעבדה? | צילום: fotolia

    ההדפסה נעשית על בסיס הדמיות החולה,שמיובאות לתוכנה מיוחדת המעבדת את הנתונים לכדי מודל תלת ממדי. "המדפסת מתיכה פולימרים, שהם חומרי הגלם, בטמפרטורה גבוהה מאוד של מעל ל־200 מעלות צלסיוס. החומר המותך בונה שכבה על גבי שכבה בפלטת עבודה, עד שיוצא המוצר המבוקש", מסבירה דורין ברברי לייבוביץ, אחראית מרכז המצאות וחדשנות רפואית של בית החולים רמב"ם.

    בשנים האחרונות גובר השימוש בהדפסה תלת ממדית גם בעולם ההשתלות, בעיקר במקרים מסובכים במיוחד בהם נדרשת התאמה מדויקת לחולה. אחת הדוגמאות לכך היא המקרה של סטיבן פאוור. תאונת אופנוע בשנת 2012 גרמה נזק רב לגולגולתו ופניו של פאוור. הוא עבר סדרת ניתוחים לתיקון הנזקים, כשחלק מהעצמות שהושתלו בפניו הודפסו במדפסת תלת ממד. פניו נסרקו והופק מודל תלת ממדי, שעל בסיסו הופקו החלקים המתאימים לתיקון גולגולתו של פאוור, כששתלים תותבים מטיטניום החזיקו את העצמות במקום. המנתח של פאוור, ד"ר אדריאן סוגר, סיפר לאחר הניתוח כי מדובר בטכניקה שמאפשרת לעבוד באופן הרבה יותר מדויק.

    "אני חושב שהתחום הולך לכיוון של רפואה מותאמת אישית. לא יהיו מוצרי מדף, אלא לכל אדם עם בעיה מסוימת, יהיה פתרון מסוים שיותאם באופן אישי למבנה ולבעיה שלו. אפשר להדפיס בחומרים שייספגו בגוף, חומרים עם ציפוי של אנטיביוטיקה או תרופות אחרות, שיענו על הצורך של המטופל", אומר ד"ר ברצ'ילון.

    במקרה נוסף, שהתרחש ממש לאחרונה בבית החולים רמב"ם, השתמשו במדפסת תלת ממד כדי לשחזר את מצחו של מטופל שעבר ניתוח להסרת גידול מהמצח. המצח שוחזר באמצעות מודל תלת ממדי, שנבנה במיוחד על פי נתוני המטופל. "לקחנו את הצד הטוב בלי הגידול ועשינו לו מראה - הדפסנו את זה במדפסת תלת ממד ועל בסיס זה בנה פרופ' גיל זיו רשת מטיטניום והשתיל אותה במטופל", מספרת ברברי לייבוביץ.

    "הכיוונים העתידיים הם הדפסת איברים מחומרים ביולוגיים. היום כבר יש מדפסות שיודעות להדפיס לב באופן תלת ממדי. המדפסת היא אותה מדפסת תלת ממד, אבל החומר שמדפיסים איתו הוא תאים או דבק בין־תאי (מטריקס), שממנו אפשר ליצור לב תלת ממדי מדויק, המותאם לאותו חולה.

    זה עדיין לא הושתל, אבל זה כיוון עתידי מעניין מאוד של הדפסת רקמות או איברים מחומרים ביולוגיים והשתלתם בגוף. מעבר לכך, בתחום הסחוס והעצמות ניתן להדפיס את סחוס האף או האוזן מתאי סחוס, בצורה המותאמת לגוף החולה המושתל", מתאר פרופ' ביאר.

    אז האם בקרוב נראה השתלה של איברים שיוצרו במעבדה בבני אדם? ד"ר ביאר מצנן את ההתלהבות. "כדי להגיע ללב מתפקד שמתכווץ, כליה שמייצרת שתן או כבד שהוא בית חרושת כימי, לא נדרשות רק צורה והדפסה, אלא הרבה מעבר לזה. מדובר במחקרים הרבה יותר מתקדמים. זה כיוון שעובדים עליו ויענה על צורך ענק, אבל הדרך לשם עוד ארוכה", הוא מסכם.

    הכתבה המלאה מופיעה בגיליון אפריל של פורבס ישראל

    לרכישת הגיליון חייגו 077-4304645 או לחצו כאן

    לרכישת מנוי למגזין פורבס ישראל

    לכל העדכונים, הכתבות והדירוגים: עשו לנו לייק בפייסבוק


  • גלריות
    מדורים
    דירוגים
    ראשי