מיטוב המחקר – אורגנואידים
|
|
|
|
ריינר: "בשלב המחקר הבא, במקביל לתצפית למחקרים בחו"ל, התלהבנו מאוד משיטת המחקר של פרופסור יושיקו סאסאי מיפן ושל פרופסור יורגן קנובליך מאוסטריה, שנעשתה בעשור האחרון. שיטת המחקר שלהם מאפשרת להתחיל את המחקר מתאי גזע אנושיים ולהגיע למבנה מוח שהוא מבנה מוח עוברי - אורגנואידים. מכון ויצמן אימץ את שיטת המחקר הזאת ובמקביל הצטרף למעבדת המחקר, פוסט דוקטורנט, ד"ר אייל קרצברון, שהוכשר בתור פיזיקאי. קרצברון סבר שבשאלת המחקר הזאת יש יסוד וכלים לשאול שאלות רחבות מאוד ולתת מענה באמצעים כלים חישוביים. ד"ר קרצברון התחיל לגדל רקמה דמוית מוח אנושי מוקדם בתרחיף. על-פי שיטת המחקר ותוך כדי תהליך, נצפו בזמן קצר מאוד מספר בעיות: שונות עצומה בגודל האורגנואידים, וכן עובי רחב של הרקמה שאינו מאפשר הדמיה אופטית ומעקב מיקרוסקופי בזמן אמת אחרי תהליכי הצמיחה. בעיה נוספת היא, כי בהיעדר כלי דם ואספקה אחידה של חומרי מזון וחמצן, האורגנואידים מתחילים למות מבפנים, ככל שהם גדלים".
|
מדהים לראות כיצד ניתן לבצע מניפולציה על מבנה התא כדי למקסם את איכות המחקר ומהימנות ממצאיו, כפי שעשה קרצברון.
ריינר: "ד"ר קרצברון הגביל את הגידול של האורגנואידים בציר הגובה, וכך התאים יכלו לגדול לגובה מוגבל של 150 מיקרון. התאים גדלים לאורך ולרוחב ומתארגנים במבנה דק ועגלגל העוטף חלל צר - כמו פיתה. בזכות הגובה המוגבל וסימון חלקי התא בצורה פלורסנטית, כל הגרעינים סומנו באדום וכל החלק של השלד התאי סומן בירוק, על-מנת לאפשר הדמיה בזמן אמת. כך היה ניתן לצפות ולעקוב אחר התפתחות קפלי המבנה דמוי מוח, שצמח במהלך ימים מ-100 מיקרון לגדלים של מילימטרים. ביום השישי לאחר ההעברה למתקן, מתחילים להיווצר קפלים והם נראים בולטים יותר ויותר עם התקדמות הצמיחה של המוח".
כיצד בדקתם במחקר את תהליך היווצרות קפלים במוח?
ריינר: "אם ניקח כדור יבש מחומר סופח מים שנקרא אקרילמיד, ונזרוק אותו למים, המים ייכנסו מבחוץ פנימה והחלק הפנימי יישאר בתחילה יבש. לאחר שעה ניתן יהיה לראות המון קפלים, כי יש חלק שמתפשט החוצה וסופח את המים, כאשר החלק הפנימי היבש מגביל את ההתפשטות החיצונית. לאחר זמן רב יותר, מים רבים יותר נכנסים פנימה, הקפלים גדלים, החלק הפנימי היבש קטן והוא מגביל, כאמור, את הגידול. לאחר המתנה ארוכה מאוד, נניח כ-60 שעות, נוצרים כדורים עגולים ללא קפלים, כי החומר הוא אחיד. הקפלים גדלים עד כדי כך שהם הופכים לכדור".
|
|
|
ריינר: "אם לוקחים שני חומרים שונים, הסופחים כמות שונה של מים, אחד שמתפשט יותר ושני שמתפשט פחות, אזי נוכל לקבל קפלים שלא יהפכו לכדור אלא יישארו קבועים. בסרטון של התפתחות האורגנואיד שד"ר קרצברון הסריט במשך 36 שעות, ניתן להבחין כיצד נוצרים הקפלים. לראות את גרעיני התא שעולים ויורדים, הגרעינים מתחלקים קרוב לתחתית (הדנ"א והכרומוזומים מסומנים באדום), יוצרים בזמן החלוקה מבנה דמוי פלטה ואז מתחלקים לשני גרעינים חדשים שעולים למעלה".
|
|
|
|
|
כשעשיתי את הדוקטורט עבדתי בלחץ זמנים מוגדר מאוד והיום אני פוגשת אנשים שעשו איתי את הדוקטורט ואפילו לא הכרתי אותם, כי הייתי כל כך ממוקדת משימה ומרוכזת מאוד במה שעשיתי | |
|
|
|
בשנת 1993 בודדה ריינר לראשונה את גן LIS1, שמוטציה שלו גורמת לתסמונת 'המוח החלק'. היה זה הגן הראשון שנמצא קשור לבעיה מוחית מסוג זה. חשיבותו היא בהיותו מודל לכל הגנים האחרים שמצאו וניתן להקיש ממנו כיצד גנים אחרים עובדים.
ריינר: "כחוקרת מוח, עניין אותי לראות מה קורה כשאנחנו משתמשים במודל הזה עם מוטציה של גן LIS1 הגורמת לתסמונת 'המוח החלק'. הנדסנו את התאים כך שתהיה בהם את המוטציה הזאת וד"ר קרצברון גידל אורגנואידים שמכילים את המוטציה. במסגרת המחקר, קרצברון עקב אחרי התפתחות אורגנואיד רגיל מול התפתחות אורגנואיד עם המוטציה, אורגנואיד מוטנטי. ההבדלים הבולטים ביותר ניכרו בצורה והגובה נמצא די דומה. לעומת זאת, באורך הקפלים קיים שוני גדול, כאשר באורגנואיד המוטנטי אורך הקפלים שונה מהאורגנואיד הרגיל. אם מתרגמים את המדידות הללו ובודקים מה קורה באורגנואיד רגיל לעומת המוטנטי, אנחנו רואים שיש לנו שני קווים שונים שאינם באותה זווית. אם בודקים לאורך הקפלים ניתן לראות גל אחד, גל שני וכן הלאה. ד"ר קרצברון השתמש בכלים פיסיקליים על-מנת לבדוק כל נקודה על כל גל. לבדוק את המשיק לנקודה ולבדוק מה הקורלציה בין נקודה א' לנקודה ב'. באורגנואיד רגיל, בנקודות קרובות מאוד הקורלציה היא גבוהה, אבל לעומת זאת כשיש מרחקים גדולים בין נקודות, מאבדים את הקורלציה. אך כאשר עולים שוב לגל הבא שנמצא באזור דומה לנקודה קרובה, הקורלציה חוזרת. לעומת זאת באורגנואיד המוטנטי בגלל שקיימת שונות גדולה באורך הקפלים, כאשר מאבדים את הקורלציה היא אף פעם לא חוזרת. גם בצילום חתכים של מוחות רגילים, ניתן לראות נקודות של קורלציה, לעומת זאת בתמונות חיתוכי מוח של חולים, כאשר מאבדים את הקורלציה היא לעולם לא חוזרת. לכן למרות שבתרבית אין לנו ממש מוח, יש לנו מודל למבנה מוח".
|
|
|
חקר הגן שיש בו מוטציות הקשורות למחלת האפילפסיה
▪ ▪ ▪
|
מחקר חדש בחקר המוח של מכון ויצמן, שטרם פורסם, עוסק בגן שמוטציות בו קשורות לאפילפסיה. חוקרי המוח של מכון ויצמן מצאו כי כאשר יוצרים מודל בעכברים, רואים שהגן משנה בצורה מהותית את מבנה המוח.
ריינר: "בהתפתחות המוחית ישנם שלבים רגישים מאוד, בהם התא נמצא בנקודת תפנית והוא צריך להחליט האם להיות פולארי, תא גזע, או נוירון. בשלב הבחירה בין האפשרויות, התא רגיש למוטציות שונות, להבדלים בסביבה, חומרים שהם רעילים וכן הלאה. במצגת התלת-ממדית ניתן לראות דוגמה לתאים שבהתחלה הם בשלב מולטי פולארי ואחר כך הופכים להיות בי פולארים והם נודדים. רואים קבוצות של תאים שיצרנו בהם גנים הקשורים בהתפתחות, כדי לעמוד על ההבדלים בינם לבין קבוצות התאים ללא הגנים. התאים עם המוטציה נשארים בשלב המולטי פולארי, שולחים שלוחות קצרות לכל מיני כיוונים ובתקופת זמן של 12 שעות, הם מתקשים לעבור לשלב הבא. לתאים אלו יש עיכוב בהתקדמות ותהליכים שמתרחשים בזמן לא נכון, משפיעים בסוף על התוצאה".
מודל מחקר המוח החדשני של מכון ויצמן, המשתמש במנגנונים פיסיקליים וביולוגיים, בהובלתה של פרופ' אורלי ריינר מהווה כיום בסיס להרבה שאלות מחקריות חדשות.
ריינר: "אם בדקנו מה קורה במחלה אחת אזי ניתן לנסות לבדוק ולהבין מה קורה במחלות נוספות הקשורות בהתפתחות לקויה של המוח, להביט על סוגים של שונים של מחלות. שאלת המחקר היא, כי אם קיים מודל כללי של התפתחות המוח, האם אנחנו יכולים לראות גנים שהשתנו במהלך אבולוציה והאם הם משנים את מבנה המוח שאנו מקבלים. ניתן להמשיך לפתח את המודל המחקרי ולהסתכל על שלבים מוקדמים יותר. למשל, האם נוכל ליצור מבנה של מוח שהוא ספציפי לאזור מסוים. אם נתייחס לדוגמה, להיפוקמפוס שקשור ללמידה, אולי נוכל ליצור מבנה שהוא דמוי היפוקמפוס. אני לא חושבת שנוכל לעשות מבחני למידה על המוחות, אבל אולי נוכל לראות כיצד מתפתחים אזורים מסוימים. נוכל לשים אורגנואיד אחד מול השני ולראות האם הם יוצרים קשרים ביניהם, האם אחד יכול להשפיע על חברו. כי הרי אנו יודעים שאזורים שונים במוח קשורים זה לזה ומשפיעים האחד על הפעילות של חברו".
כיצד את משלבת בין משפחה וקריירה תובענית של אשת מחקר?
ריינר: "אי-אפשר לתכנן את הזמן מראש. את רוב לימודיי עשיתי כאשר הייתי כבר אם לשתי בנות וכבר אז התמודדתי עם אתגר העמידה בזמנים. היום יש מדעניות רבות שמתחילות בהקמת המשפחה בגיל מבוגר יותר, כאשר אני הקמתי משפחה בגיל צעיר והייתי צריכה לנתב בין הזמנים. כמובן לא הייתי יכולה לעשות זאת בלי תמיכת בן הזוג. ואכן קיבלתי תמיכה גדולה מאוד. כשעשיתי את הדוקטורט עבדתי בלחץ זמנים מוגדר מאוד והיום אני פוגשת אנשים שעשו איתי את הדוקטורט ואפילו לא הכרתי אותם, כי הייתי כל כך ממוקדת משימה ומרוכזת מאוד במה שעשיתי. אלו תהליכים שאכן דורשים המון זמן. במהלך השנים עבדתי עם הרבה סטודנטים, שלכל אחד יש את המשפחה שלו, הסיפור שלו וההתמודדות שלו. כל אדם הוא עולם אחר ואני משתדלת ככל יכולתי לתמוך באנשים ובנשים בפרט שרוצים לעסוק במחקר, תוך כדי ניהול נכון ושפוי של החיים שלהם".
מהו החזון שלך לעתיד המחקר האקדמי? מה היית רוצה לשנות?
ריינר: "באופן כללי הייתי מקווה שתגדל באופן משמעותי התמיכה התקציבית למחקר בסיסי, מחקר שנובע משאלות בסיסיות של איך דברים קורים ומדוע הם מתרחשים. מה עומד מאחורי ממצאי המחקר. אלו הן השאלות החשובות ביותר שיובילו לפריצות דרך במדע. אם מסתכלים על ציר הזמן לאורך השנים מאז הקמת המדינה, ניתן לראות שבשנותיה הראשונות של המדינה, התמיכה במחקר ופיתוח, באופן יחסי לתל"ג, הייתה גבוהה יותר מאשר בימינו. אותה תמיכה שהובילה לפרסי הנובל למדענים ישראלים בארץ, בשנים האחרונות, היא התמיכה שניתנה בשנותיה הראשונות של המדינה, כאשר עדיין הייתה בארץ מדיניות של צנע ומחסור. המחקרים האלו שנתמכו תקציבית באופן מהותי, הובילו, לימים, לפריצות דרך וכאמור לפרסי נובל.
"כיום יש תמיכה במחקר ופיתוח שמתייחס לתוצאות קצרות טווח, למשל בענף הטכנולוגיה העילית. שם מקבלים מוצר בתוך שנה וענף זה מקבל תמיכה מסיבית, כי זמן החיים בו בין רעיון למוצר הוא זמן חיים קצר. במדעי החיים המחקר יכול להימשך עשר ואף עשרים שנה ובסופו של המחקר נדרשות לעיתים עשר שנים נוספות כדי להוביל לתוצאה שהיא באמת מעשית".
פרופ' ריינר שואפת לאמת במסגרת עבודתה כמובילת מעבדת מחקר, יחד עם צוותה המהווה נדבך יסוד בהצלחת המחקר. במסגרת תפקידה היא נדרשת לשפוט אנשים, לשפוט עבודות, להעריך הישגים ולקבל החלטות כבדות משקל. עקשותה לעשות זאת ללא הטיות ופניות, ביושרה וביושר על-מנת לקבל החלטות שתהיינה מיטביות, היא כנראה הערך המוסף, שהוביל אותה להישגים מחקריים מרחיקי לכת בחקר המוח.
ריינר: "הדבר שמוביל אותי הוא שילוב של סקרנות, התלהבות והתרגשות אמיתית מכל דבר שיש בו משמעות, גם מהדברים הקטנים של החיים".
|
|