היאחזות תאים במצע הגידול שלהם איננה "הדבקה" פשוטה ופסיבית, אלא דווקא תהליך מסובך. היא נעשית באמצעות "אזורי הדבקה ממוקדים", המקשרים בין פני השטח החיצוניים של התא לבין רקמות החיבור. אזורי הדבקה אלה מורכבים ממאות חלבונים שונים, המחברים את השלד הפנימי של התא, באופן עקיף, למשטח החיצוני, והם ממלאים תפקיד מרכזי בקיבוע התא למקומו ברקמה. באחרונה התברר, כי לאזורי המגע תפקיד מרכזי גם בחישה של תכונות הסביבה של התא, ובהעברת המידע שאספו פנימה, אל תוך התא. מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע מגלה, כי תהליכי החישה הנשלטים על-ידי הידבקות תאים הם תהליכים המבוקרים בקפידה, כך שגם תאים הנודדים ברחבי הגוף נוהגים "לבדוק את הקרקע" טרם יציאתם למסע, כדי להכין את עצמם לתנועה. פרופ' בני גיגר ופרופ' אלכסנדר ברשדסקי, מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, חוקרים את הדרכים שבהן התאים חשים בתכונות הפיסיקליות של סביבתם, ומגיבים להן. לחץ דם, מתיחות של השרירים, וקשיחות ומתח ברקמות – כל אלה הם כוחות שפועלים על תאים, ומשפיעים על התנהגותם ועל גורלם. בנוסף לכוחות החיצוניים, גם התאים עצמם יכולים להפעיל כוחות כיווץ באמצעות סיבים תאיים המשתייכים ל"שלד התאי": כאשר תא נוגע בפני שטח, הוא נקשר אליו באופן רופף, תוך שהוא מתכווץ, כדי לבדוק את השטח תוך כדי משיכה. אם הבדיקה מראה שפני השטח מכילים את המרכיבים המתאימים לתא, והם בעלי תכונות מכניות (למשל, רכות או קשיחות) מתאימות, התא נדבק אליהם, ומגדיל, תוך כדי כך, את אתרי ההדבקה שלו, במטרה ליצור אזורי הדבקה ממוקדים, תהליך שגורם לו להתפרס על פני השטח.

הבדלים בהתנהגות התאים על משטחים שונים

כדי לנסות להבין את יחסי הגומלין המורכבים בין התא הנדבק לבין פני השטח הכרוכים במנגנון החישה של התא, עיצבו פרופ' גיגר ופרופ' ברשדסקי, ביחד עם עמיתות המחקר ד"ר מאשה פרגר-חוטורסקי וד"ר אלכסנדרה ליכטנשטיין, והקימו מערכת ניסויית שבה תאים מתמקמים על גבי משטחים פולימריים הנבדלים במידת הקשיחות שלהם, אך דומים בתכונותיהם הכימיות. בדיקה מיקרוסקופית הצביעה על הבדלים גדולים בהתנהגות התאים על שני סוגי המשטחים: התאים שהתמקמו על המשטחים הרכים יותר התפרסו באופן שווה בכל הכיוונים, ויצרו משטחים מעגליים - בדומה ל"ביצה עין", ואילו על המשטחים הקשיחים קיבלו התאים צורות מוארכות. הצורה המוארכת מעניקה לתאים קוטביות – "ראש" ו"זנב", והיא שמאפשרת לתאים לנוע ולנדוד – תכונה חיונית להתפתחות העוברית, לריפוי פצעים, ולגידול ותיקון רקמות. מבט מקרוב חשף גם הבדלים משמעותיים במבנה אתרי המגע הממוקדים: על המשטח הרך יצרו התאים העגולים נקודות הדבקה קטנות ורבות, שהתפזרו באופן אחיד לכל אורך שולי התא. בניגוד לכך, על גבי המשטחים הקשיחים יצרו התאים אזורי מגע ממוקדים גדולים, אשר נטו להתפתח בעיקר באזורי הראש והזנב העתידיים, עוד לפני תחילת תהליך ההתארכות. במילים אחרות, הבחירה האם התא יקבל צורה מוארכת ומוכנה לנסיעה, או צורה עגולה ונייחת, תלויה באופן ישיר בקשיחות פני השטח עליו מתמקם התא; אזורי המגע הממוקדים פועלים, בין היתר, כחיישני קשיחות. כדי להבין את תהליך בקרת ההדבקה התאית ברמה המולקולרית, חסמו החוקרים באופן שיטתי כ-80 גנים שונים, אשר מקודדים לחלבונים המשתתפים בתהליכי העברת אותות בתא, באמצעות טכנולוגיה להשתקת גנים. לאחר מכן בדקו כיצד מגיב כל אחד מהתאים האלה למשטח. בשלב זה שיתפו המדענים פעולה עם פרופ' צבי קם מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא במכון, שסייע במיקרוסקופיה אוטומטית, בניתוח אוטומטי של מידע חזותי, ובכימות הנתונים, ובד"ר רמהשוומי קרישנן מאוניברסיטת הרווארד, שפיתח שיטה למדידת הכוחות הנוצרים בתאים, כשהם מושכים משטח.

קיטוב התא: תהליך מורכב המונע על-ידי כוחות מכניים

ניתוח הממצאים הצביע על כך, שבחלק מהמקרים גרמה השתקת הגנים לאובדן היכולת של התאים להתקטב, או להתאמת גודל ההדבקות הממוקדות שהם יוצרים למידת הקשיחות של המשטח. בתאים אחרים גרמה השתקת הגנים לשינויים באחיזת התא במשטח, או ביכולתו של התא לחוש בכוחות מכניים ולהגיב להם. המסקנה שעלתה מהמחקר – שהתפרסם בכתב-העת Nature Cell Biology – הייתה, שקיטוב התא הוא תהליך מורכב ביותר, המונע על-ידי כוחות מכניים ומתווך באמצעות מגעים ממוקדים של התא. בקרת התהליך מתרחשת במספר שלבים, אשר משפיעים על ייצור כוחות בתא, וגם מנהלים את התגובה לכוחות השונים. "כמות גורמי הבקרה שמעורבים בתהליך הזה הפתיעה אותנו", אומר פרופ' ברשדסקי. פרופ' גיגר מסכם: "גילינו קשר חזק בין התפתחות מגעים תאיים עם 'סביבת החיים' שלהם לבין ייצור כוח על-ידי התאים, קיטובם ונדידתם, וזיהינו חלק מגורמי הבקרה העיקריים בתהליך זה". ממצאים אלה עשויים להיות שימושיים בתחומים רבים בביולוגיה ובמחקר ביו-רפואי. כך, למשל, המדענים סבורים שהתובנות שלהם רלוונטיות עבור התאים המדפנים את כלי הדם. תאים אלה חשופים לזרמי מערבולת ולשינויי לחץ – אשר עשויים להוביל ליצירת משקעים עורקיים או להתפתחות לא תקינה של כלי דם היקפיים. הבנה טובה יותר של התהליך עשויה לסייע בזיהוי מטרות טיפולית אפשריות, שאותן אפשר יהיה לתקוף בעתיד באמצעות תרופות.