נכנס זרם, יצא אינסולין

חוקרים משווייץ הנדסו תאי עכבר שמייצרים אינסולין בתגובה לגירוי חשמלי. ייתכן שבעתיד יהיה אפשר להשתמש בהם כשתלים תת-עוריים לחולי סוכרת.

במצב תקין, אחרי שאנחנו אוכלים ארוחה, רמת הסוכר בדמנו עולה והגוף מפרק את הסוכר ומפיק ממנו אנרגיה. ההורמון אינסולין, המופרש מהלבלב, ממלא תפקיד חשוב בבקרת התהליכים הרבים המעורבים בכך. אך אצל חולי סוכרת התהליך הזה משתבש, ולפעמים צריך לתת להם אינסולין באופן מלאכותי. כדי לחסוך לחולים את הצורך בזריקות יומיומיות מושקעים משאבים רבים בפיתוח אמצעים שיאפשרו אספקת אינסולין מבוקרת בהתאם לצורכי הגוף. מחקר חדש מנסה להשתמש לשם כך בהשתלה של תאים שיוכלו לייצר את ההורמון בעצמם על פי דרישה.

קיימים שני סוגים של סוכרת: סוכרת מסוג 1 היא מחלה אוטואימונית – מחלה שבה מערכת החיסון של האדם תוקפת רקמות תקינות של הגוף ופוגעת בהן. במקרה הזה, מערכת החיסון של החולים הורסת את התאים שמייצרים אינסולין בלבלב, ולכן צריך לספק להם אינסולין באופן מלאכותי באמצעות זריקות או משאבות אינסולין. סוכרת מסוג 2 נגרמת מהפרעה בשני מנגנונים: תחילה נפגעת היכולת של תאי הגוף לנצל את האינסולין הקיים, ובהמשך חלה גם ירידה בהפרשת האינסולין.

אות חשמלי לייצור אינסולין

כדי לעקוף את הצורך בזריקות יומיומיות של אינסולין העלו חוקרים משווייץ דרך חלופית לאספקת אינסולין על פי הצורך. הם מציעים להשתיל לחולים תאים שהונדסו גנטית עם היכולת לייצר אינסולין ולהפריש אותו בתגובה לגירוי חשמלי עדין.

זרם חשמלי מוביל בין השאר ליצירת רדיקלים חופשיים בתא – מולקולות לא יציבות שיוצרות בקלות תגובות כימיות עם חומרים אחרים בסביבתן. כך נוצרת בתא תגובת שרשרת שמובילה לייצור אינסולין. רדיקלים חופשיים נוצרים בגופנו בתהליכים טבעיים, למשל במהלך הפירוק של מולקולת הסוכר גלוקוז. כיוון שכך, מנגנוני הבקרה על חילוף החומרים בגוף משתמשים בהם בין השאר כסמנים שרמתם מתריעה ללבלב שעליו להפריש אינסולין שיפרק עוד גלוקוז, או מאותתים למוח להפריש הורמוני שובע. אם רמתם של הרדיקלים החופשיים גבוהה מדי, הם עלולים לעודד התפתחותן של מחלות כמו סרטן ומחלות לב וכלי דם, ולהאיץ תהליכי הזדקנות. על כן התאים בגופנו מייצרים גם חומרים נוגדי חמצון שמנטרלים את הרדיקלים החופשיים.

החוקרים יצרו תאים מהונדסים גנטית, שבהם חיברו לגֵן האחראי על ייצור האינסולין קַדָּם (promoter) שמופעל על ידי רדיקלים חופשיים. קדמים הם רצפים גנטיים הצמודים לגֵנים מסוימים בתוך מולקולת ה-DNA ומקדמים את הפעלתם, כמעין מתג הפעלה. הקַדָם שבו השתמשו משמש בדרך כלל להפקת נוגדי חמצון, וכאן שינו את הגֵן שהוא מפעיל. כך, זרם חשמלי נמוך שיוצר רדיקלים חופשיים יוביל את התאים המהונדסים לייצר במקומם דווקא אינסולין.

בהמשך הכניסו החוקרים את התאים המהונדסים לתוך כמוסה זעירה, והחדירו אותה מתחת לעורם של עכברים המדמים תסמינים של סוכרת. אחרי שהעבירו בכמוסה זרם חשמלי, רמת האינסולין בדמם של העכברים עלתה לגובה שהספיק כדי לייצב את רמת הסוכר בדמם אחרי כל ארוחה. כדי לשלוט בכמות האינסולין שהופרשה שינו החוקרים את עוצמת הזרם ואת משכו.

כדי לבדוק אם הטכנולוגיה שפיתחו מתאימה לשימוש במכשירים רפואיים המיועדים לבני אדם, בדקו החוקרים ומצאו שהמערכת פועלת היטב גם כשמפעילים אותה באמצעות סוללות רגילות, המשמשות גם בהתקנים רפואיים אחרים הדורשים ניידות. הפעלת המערכת שהם פיתחו דורשת מעט מאוד זרם חשמלי, והחוקרים מעריכים שיספיקו שלוש סוללות רגילות בגודל AA כדי להפעיל את המערכת במשך חמש שנים.

כרגע המכשיר שפיתחו מסוגל להזרים זרם חשמלי ולהפעיל את התאים ליצירת אינסולין בלחיצת כפתור. סביר להניח ששימוש יעיל בה יחייב להוסיף לה מנגנון אוטומטי שימדוד באופן שוטף את רמת הסוכר בדם של החולים ויווסת בהתאם לכך את ייצור האינסולין בשתל. הטכנולוגיה שפיתחו נמצאת עדיין בתחילת דרכה ותידרש לעבור עוד כמה משוכות משמעותיות לפני שיאפשרו לבדוק אותה גם על בני אדם. אם אכן היא תימצא בטוחה ויעילה לשימוש אנושי, יש לה פוטנציאל לסייע לטיפול בעוד מגוון רב של בעיות רפואיות, ולא רק בייצור אינסולין.

מאת: מעיין אילון-אשכנזי

לכתבה>>

באדיבות מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
https://davidson.weizmann.ac.il/