חדשות

טכנולוגיה פורצת דרך למיפוי נרחב ומדויק של תאים במוח פותחה בטכניון

חוקרים בטכניון פיתחו חלקיקים ננומטריים חדשים המשלבת MRI ומיקרוסקופ אור למיפוי תאים במוח ולזיהוי תאי סרטן

פרופ' לילך עמירב, הפקולטה לכימיה. צילום: דוברות הטכניון

צוות מחקר בינתחומי מהטכניון פיתח חלקיקים ננומטריים שישפרו את איכות סריקות מוח. זאת באמצעות שילוב בין סריקת MRI לבין צילום במיקרוסקופיית אור.

צוות החוקרים כלל את פרופ׳ לילך עמירב מהפקולטה לכימיה, ד"ר שי ברלין ופרופ' איתמר קאהן מהפקולטה לרפואה. תפקיד מרכזי בעבודה זו מילאו ד״ר סנדיפ פהרי ושונית אולשקר, דוקטורנטית במעבדתו של ד"ר ברלין. כל חברי הצוות נמנים גם על המכון לננוטכנולוגיה בטכניון.

בדיווח על המחקר שפורסם בחודש שעבר בכתב העת Frontiers in Neuroscience נמסרו הפרטים: סריקת רקמות ביולוגיות ב-MRI - דימות תהודה מגנטית - היא טכנולוגיה לא פולשנית שחוללה מהפכה בעולם הרפואה, שכן היא מציגה תמונה נרחבת ועמוקה של רקמות, של איברים ואפילו הגוף השלם. חסרונה בכך שאיננה מספקת רזולוציה גבוהה ברמת התא הבודד. מיקרוסקופיית אור, לעומת זאת, מסוגלת לספק רמת הפרדה גבוהה, ברמה של תאים בודדים, אך היא מחייבת חדירה לתוך הרקמה.

על רקע זה צוותי מחקר ברחבי העולם עוסקים בפיתוח טכנולוגיה שתשלב בין MRI לבין מיקרוסקופיית האור, כך שהתוצר המתקבל יהיה תמונה רחבה בהפרדה גבוהה.

בסריקת מוח, לדוגמה, יאפשר המיקרוסקופ מיפוי תאים בודדים ואילו ה-MRI יספק את תמונת המוח השלם. שילוב יעיל בין שתי הטכנולוגיות, הנקרא סריקה דו-מודאלית (in vivo dual-modal imaging), יעניק לחוקרים ולרופאים את הטוב שבשני העולמות.

שילוב זה הוא אתגר טכנולוגי מורכב מאוד ולכן נדרש לפתרונו שיתוף פעולה בינתחומי המשלב יכולות בתחומים רבים ובהם כימיה, ביולוגיה מולקולרית ותאית, פיזיקה של MRI ומדעי הרפואה. שיתוף פעולה זה הושג עתה בצוות המחקר הישראלי.

פרופ' עמירב: "האתגר המרכזי היה פיתוח וייצור חלקיקים המסוגלים לשמש כסמנים דו-מודאליים, כלומר חלקיקים ה'צובעים' תאים בסיגנל שאפשר לראותו באמצעות מכשיר MRI ומיקרוסקופ אור בעת ובעונה אחת. פתרונות שנבחנו בעבר בעולם כללו נסיונות לחבר חלקיקים מסוג תחמוצת הברזל, שאותם אפשר לדמות ב-MRI, לחומרים פולטי אור שאפשר לראות במיקרוסקופ האופטי. הבעיה היא שחיבור ישיר של שני החומרים זה לזה הביא לאובדן פליטת האור ומנטרל את הסמן למיקרוסקופ האור.

"פתרון חלופי שהוצג באחרונה כלל מאגד של חלקיקים רבים - סמנים ל-MRI לצד סמנים למיקרוסקופ האור. למרות הצלחה מסוימת במימוש התכנון הזה, גודלו של המאגד מגביר את רעילותו, מגביל את החדרתו לרקמות ביולוגיות שונות ועלול להשפיע במידה רבה על משך שהותו ברקמה או בתא - כלומר הזמן שבו ניתן לבצע את הדימות".

בשני מאמרים לעיתונות המקצועית, האחד ל-Chemistry of Materials וכאמור גם לכתב העת האחר, סיכם הצוות את פרטי העבודה והצלחת הפיתוח של חלקיקים ננומטריים המשמשים כסמנים דו-מודאליים אפקטיביים העונים על הצורך שנקבע כמטרת המחקר.

חלקיק הדו-מודאלי מורכב מכדור חלול של תחמוצת ברזל (באפור) שבתוכו צף חלקיק פולט אור (באדום).
צילום: דוברות הטכניון

גודלו של כל חלקיק הוא כ-10 ננומטר והוא מורכב מכדור חלול של תחמוצת ברזל שבתוכו צף חלקיק פולט אור. מבנה זה המזכיר ביצה, עם מעטפת חלולה ובתוכה ליבה, מונע מגע ישיר בין החומרים השונים וכך מאפשר שמירה על התכונות כל אחד מהמרכיבים, ובפרט שומר על פליטת האור החיונית לדימות במיקרוסקופ האופטי.

במאמר הראשון ב-Chemistry of Materials, הציגו פרופ' עמירב ופרופ' קאהן את החלקיק הזעיר ואת ישימותו הביולוגית. בעקבות הצטרפותו של ד"ר ברלין למחקר, נוסף לחלקיק המרכיב הביולוגי ובמאמר השני כבר הוצגו כמה פעולות של דימות דו-מודאלי שנעשו בתאים חיים ואת ההתקדמות הניסויית שהושגה בחודשים האחרונים.

ד"ר ברלין: "לאחר הפיתוח המוצלח של חלקיקים דו-מודאליים זעירים - חלקיקים הניתנים לקריאה ב-MRI ובמיקרוסקופ אור - הוספנו להם 'זהות ביולוגית'. זאת באמצעות ציפוי החלקיקים במעטפת ביולוגית המאפשרת החדרתם לתוך התא. במילים אחרות: יצרנו מה שניתן לכנות 'ישויות' היודעות לנווט לתוך תאים. בעתיד נוכל להתאים את המעטפת כך שתאפשר לסמן תאים ספציפיים.

ד"ר שי ברלין, הפקולטה לרפואה בטכניון. צילום: דוברות הטכניון

"החלקיקים הדו-מודאליים שיצרנו נצפים במיקרוסקופ אופטי וב-MRI, וגודלם המזערי מקנה להם יתרון בולט נוסף: הם יודעים לחדור לתאי היעד ולהצטבר בהם, תכונה המאפשרת לסרוק אותם סלקטיבית ב-MRI ובמיקרוסקופ אופטי במשך זמן ממושך".

המחקר, הדגישו החוקרים, עדיין בעיצומו ושני המאמרים שפורסמו מציגים הוכחות היתכנות לגבי תפקוד החלקיקים, התאמתם הביולוגית ויכולתם לחדור לתאים ובמיוחד לתאי סרטן ועצב. קבוצות המחקר ממשיכות לשקוד על תכנון ופיתוח חלקיקים רב-תכליתיים חדשים ומשוכללים ועל אופני החדרתם לתאים באופן ממוקד וסלקטיבי.

ד"ר ברלין הוסיף: "כדי לסמן את תאי היעד כך שהחלקיקים שלנו ינווטו אליהם, אנחנו מפתחים דרכים חדישות לסימון תאים נבחרים בווירוסים מהונדסים, כך שבאותם תאים תוביל ההדבקה הוויראלית לביטוי שניתן לכנותו 'חלבון אנטנה' שימשוך ויקלוט חלקיקים ויאפשר דימות ממושך וספציפי".

אף שטווח היישום הפוטנציאלי עצום, צוות המחקר הדגיש כי הוא מתעניין בעיקר במוח.

פרופ' קאהן: "במוח יש מיליארדי תאים מסוגים שונים - תאים מעוררים, תאים מדכאים ותאי תמיכה. לכן חשובה היכולת להבדיל בין אוכלוסיות התאים השונות. חיוני לסמן באופן מובחן תאים הקשורים במחלת ניוון עצבי כלשהי, פרקינסון לדוגמה. החלקיקים הרב-תכליתיים שפותחו יאפשרו זאת. יסומנו אוכלוסיית התאים הספציפיים ואליהם ישוגרו החלקיקים. הם יימצאו במעקב לאורך זמן באמצעות הניטור הכפול ב-MRI ובמיקרוסקופיה".

פרופ' איתמר קאהן, הפקולטה לרפואה בטכניון. צילום: דוברות הטכניון

פרופ' איתמר קאהן, הפקולטה לרפואה בטכניון. צילום: דוברות הטכניון

הטכנולוגיה החדשה עשויה לסייע גם בזיהוי תאי סרטן ובטיפול בהם. "אם נגרום לתאי הסרטן לבטא את אותו 'חלבון אנטנה'", אמר ד"ר ברלין, "החלקיקים יצטברו בהם וכך ניתן יהיה לזהות במדויק את מיקום תאי הסרטן בסריקת MRI ולתקוף אותם באופן מדויק".

המחקר נערך במסגרת המכון לננוטכנולוגיה והמרכז הבינתחומי למדעי החיים וההנדסה ומומן בידי הקרן הלאומית למדע (ISF), מכוני הבריאות הלאומיים של ארה"ב (NIH), קרן אדליס ומרכז פרינס לחקר מחלות ניוון עצבי.

נושאים קשורים:  פרופ׳ לילך עמירב,  ד"ר שי ברלין,  פרופ' איתמר קאהן,  ד״ר סנדיפ פהרי,  ננומטרי,  MRI,  מיקרוסקופיית אור,  המכון לננוטכנולוגיה בטכניון,  הפקולטה לרפואה בטכניון,  חדשות
תגובות
 
אנונימי/ת
15.03.2019, 14:47

האם החלקיקים האלה מתפנים באופן טבעי או מצטברים ברקמות, ואילו השפעות פיזיולוגיות יש להם? אני מזכיר שאנחנו עוד בספיחי משבר הגדוליניום.