הטבע ייעד לתאי הגזע העובריים פוטנציאל עצום, כמעט בלתי-נתפס - יצירת יצור חי שלם, על כל איבריו ותיפקודיו. כיום, מייעדים מדענים לתאים אלה תפקיד חשוב נוסף: להוות כלי רפואי שישחזר תאים מנוונים ורקמות פגועות, וישמש לריפוי מחלות גנטיות קשות - כמו מחלות אוטו-אימוניות ומחלות ניווניות של מערכת העצבים. "המכשול העיקרי המונע כיום את השימוש בתאי גזע ברפואה, הוא הקושי לגרום לתא הגזע להתמיין לתא הרצוי בצורה יעילה ומספקת; אנחנו עדיין לא יודעים לשחזר את התהליך הזה במדויק", אומר ד"ר יעקוב חנא, שהצטרף באחרונה למחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון.
במעבדתו החדשה מנסים הוא וחברי קבוצתו להבין את הביולוגיה של תאים מיוחדים אלה, במטרה לענות על שאלות בסיסיות הנוגעות למנגנוני התפתחות והתמיינות, ולקדם את השימוש בהם ככלי רפואי רב-עוצמה. תאי הגזע העובריים הם תאים לא ממוינים, הנושאים בחובם את הפוטנציאל להפוך לכל תא בגוף החי. במהלך ההתפתחות העוברית הם עוברים רצף שלבי התפתחות, הנתונים תחת בקרה הדוקה ועדינה, כאשר ההחלטות בנוגע לעתידם צריכות להתקבל במהירות ובדייקנות מופתית - כל טעות מובילה לאסון. עבור המדענים מדובר באוצר, שכן תאים אלה מאפשרים להם לשחזר תהליכי התפתחותמלאים - בצלחת מעבדה. התאים "קפואים" למעשה בזמן, במצב לא ממוין.
ד"ר חנא מגדל אותם בתנאים שונים, ומבצע בהם מניפולציות גנטיות ואחרות, כדי לנסות לענות על שאלות שונות: כיצד שומרים תאי הגזע העובריים על הפוטנציאל ההתפתחותי? כיצד נעשית הבקרה העדינה והמורכבת על ההתמיינות שלהם? כיצד מתקבלת במהירות ההחלטה הגורלית האם להתמיין או לא להתמיין? וגם: מה אפשר ללמוד מהניסויים האלה - המתבצעים בצלחת - על המתרחש בעובר, ובפרט בעובר האנושי?
מסע לעבר היבט נוסף של חקר תאי גזע שמעניין את ד"ר חנא קשור בפריצת דרך מדעית בת שנים ספורות, שהתרחשה כשמדענים הצליחו לקחת תא עור בוגר וממוין, ולתכנת אותו מחדש כך שיחזור להיות תא עוברי מושלם; מעין "מסע לעבר" במונחים התפתחותיים. באופן מפתיע, החזרתם של התאים לשלב התפתחותי ראשוני מתאפשרת כתוצאה מהחדרה של ארבעה גנים בלבד לתוך הגנום של התא הבוגר. האפשרות לייצר תאי גזע במעבדה פותרת את הבעיות האתיות הכרוכות בשימוש בתאי גזע עובריים - שמקורם בביציות או בביציות מופרות. הבטחה נוספת הטמונה בשיטה, היא שבדרך זאת אפשר יהיה לטפל בחולים במחלות גנטיות ללא צורך במציאת תורם מתאים: התאים יילקחו מהחולה עצמו, ויעברו תיכנות מחדש לתאי גזע. לאחר מכן אפשר יהיה, באמצעות הנדסה גנטית, לתקן את הגנים הפגומים. תאי הגזע המתוקנים יעברו התמיינות לסוג התאים הרצוי, ויושתלו בחזרה בחולה.
במחקרו הבתר-דוקטוריאלי היו ד"ר חנא ושותפיו למחקר הראשונים שהוכיחו את היתכנותה של השיטה, כאשר הצליחו לרפא באמצעותה עכבר החולה באנמיה חרמשית. במחקר נוסף - שמטרתו היה לבדוק מדוע רק אחוז קטן מהתאים הבוגרים עוברים בהצלחה את התיכנות מחדש - הוא גילה כי קיימים מספר "מתגים" עיקריים, וכי התהליך מושלם רק אם כולם מופעלים. בהמשך לגילויים אלה הוא מעוניין כעת להבין טוב יותר כיצד הופך תא אחד לתא אחר, מה הם הגנים והמנגנונים המעורבים בתהליך התיכנות מחדש, וכן מהו תפקידם המדויק של המתגים - ומדוע הם חיוניים כל כך. נקודה מעניינת נוספת היא, שבעוד המדענים נאבקים לתכנת מחדש תאים בוגרים, בשיעורי הצלחה קטנים יחסית, הביצית דווקא יודעת לבצע את התהליך בהצלחה מושלמת. במחקריו מתכנן ד"ר חנא לנסות להבין כיצד היא עושה את זה.
מלבד השאיפה להבין מנגנונים בסיסיים של התמיינות ותהליכי התפתחות, וההבטחה שהם נושאים בתחום הרפואה השיקומית, מחקר תאי הגזע יוכל לספק כלי מודרני ויעיל לחקר מחלות גנטיות בבני אדם. מחלות אלה - כמו סוכרת מסוג 1, פרקינסון, אלצהיימר ועוד - גורמות בדרך כלל להרס ולניוון של התאים הפגועים, דבר שמקשה לחקור את המחלה. ד"ר חנא מתכנן להשתמש בתהליך התיכנות מחדש כדי לייצר תאי גזע שמקורם בתאים בוגרים של חולים במחלות גנטיות. על תאים אלה אפשר יהיה להפעיל את מיגוון שיטות המחקר של ההנדסה הגנטית: החדרה או מחיקה של גנים, החדרת סמנים,ועוד. באופן זה יתקבל מודל יעיל לחקר מחלות גנטיות - שיאפשר גם לחפש שיטות ריפוי למחלות קשות אלה.
