חדשות

"מיני אדם על שבב": פיתוח ישראלי מהפכני מדמה מערכות שלמות בגוף

המערכת החדשה שפותחה באוניברסיטאות ת"א והרווארד סוללת את הדרך למהפכה בפיתוח תרופות ולחיסכון במשאבי מחקר, בזכות יכולתה לדמות פעולה משולבת של מערכות שלמות בגוף ואת תגובתן לתרופות נסיוניות

איבר-על-שבב. הפלטפורמה החדשה תוכל לשמש חלופה לניסויים בבעלי חיים ולניסויים קליניים בבני אדם ותחסוך שנים של מחקר וכסף רב. צילום אילוסטרציה

חוקרים מאוניברסיטאות תל אביב והרווארד פיתחו טכנולוגיה חדשנית המדמה פעולות של מערכות שלמות של הגוף על גבי שבב. להערכתם, היא עשויה לחולל מהפכה בתהליך פיתוח תרופות שכיום אורך שנים ארוכות, עולה כסף רב ויעילותו חלקית ביותר. יתרון אפשרי נוסף: הטכנולוגיה החדשה מונעת בעיות אתיות הכרוכות בניסויים בבעלי חיים.

דיווח על הפיתוח פורסם אמש (ב') בגיליון ינואר של ה-Nature Biomedical Engineering. צוות המחקר כלל 57 חוקרים ובהם גם כמה מחברות המפתחות תרופות.

"פיתוח תרופות כרוך היום בתהליך שאורך בין עשר שנים ל-20 שנה שנה ועולה כמיליארד עד שני מיליארד דולר לתרופה," הסביר ד"ר בן מעוז מהמחלקה להנדסה ביורפואית ובית הספר למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב, שהיה בין מובילי הפרויקט. "מתוך פרק הזמן הזה, כשלוש עד שש שנים מוקדשות לניסויים בתרביות ובבעלי חיים ועוד כשש עד שמונה שנים לניסויים קליניים בבני אדם. לאחר כל המאמץ וההשקעה, התהליך איננו יעיל: כ-90%-60% מהתרופות שמיטיבות עם בעלי חיים נכשלות בבני אדם. מצב זה גורם לחוקרים לחפש הליכים חלופיים לפיתוח תרופות.

ד"ר בן מעוז. "לראשונה בעולם הצלחנו לפתח פלטפורמת איבר-על-שבב מהימנה וגמישה הנותנת תוצאות קרובות מאוד לאלו המתקבלות אצל מטופלים אנושיים". צילום: אונ' ת"א

"אחת הטכנולוגיות שהיא בעלת הפוטנציאל הגדול ביותר בתחום הזה נקראת 'איבר-על-שבב' – OOCי– Organ-on a-Chip. היא פותחה ב-2010 בהרווארד. המדענים משתמשים בתאים מאיבר אנושי מסוים – לב, מוח, כליה, ריאות וכדומה, ובעזרת טכניקות של הנדסת רקמות מניחים תאים אלה במחסנית מפלסטיק – השבב. בשנים האחרונות פותח מגוון רחב של 'איברים על שבב' המתפקדים כמו האיבר האנושי עצמו".

ד"ר מעוז פיתח לפני כשנתיים איבר-על-שבב המחקה את פעולת המחסום דם-מוח. במקומות אחרים פותחו שבבים של לב, כליות, מעיים ועוד. בפרויקט הנוכחי פותחה לראשונה מערכת המסוגלת לחבר בין השבבים השונים וכך לדמות פעולתן של מערכות שלמות בגוף האדם ואת תגובתן לתרופות נסיוניות.

שמונה איברים על שבב בתוך "מחסניות" מפלסטיק. איור: אונ' הרווארד באדיבות אונ' ת"א

הפיתוח נבחן בשני מחקרים: בראשון פותחה מערכת רובוטית שיכולה לחבר באופן פשוט ומודולרי בין שבבים של עד עשרה איברים שונים ומאפשרת שליטה בכל חומר שנכנס לכל שבב ויוצא ממנו. בנוסף, נוצרה עבור הרקמות שעל השבבים סביבה ביולוגית מתאימה ותומכת, מעין "דם מלאכותי" המאפשר להן לתפקד ולתקשר ביניהן לאורך זמן. החוקרים הציבו במערכת תשעה איברים על שבב: מוח, מחסום הדם-מוח, ריאות, לב, מח עצם, כליה, מעי, כבד ועור, ונוכחו כי היא פועלת בהצלחה במשך שלושה שבועות לפחות.

במחקר השני הוסיפו החוקרים תרופות שונות למערכת האוטומטית וכך בדקו כיצד מגיבים להן האיברים השונים: הוחדר למערכת הזאת ניקוטין, חומר שבדרך כלל נלקח דרך הפה כדי לסייע בגמילה מעישון. הוא נבחן כיום גם כתרופה למחלות ניווניות ולדלקות כרוניות של המעי.

ד"ר מעוז: "עבור תרופות הנלקחות דרך הפה יש חשיבות גדולה לתהליך הקליטה של התרופה בגוף – דרך המעי שסופג אותה, הכבד שמפרק אותה ולבסוף הכליה שמסננת את החומר. לכן, עבור הניקוטין, הצבנו בפלטפורמה שבבים של שלושת האיברים הללו".

התרופה השנייה שנבדקה היתה ציספלטין, מרכיב נפוץ בטיפולים כימותרפיים לסרטן הניתנים דרך הווריד. עבורה הוצבו במערכת שבבים של כבד וכליה ושבב של מח עצם – המושפע מאוד מהתרופה.

בהמשך היה צורך להתאים את התוצאות שנמדדו בפלטפורמה החדשנית לגוף האדם כמערכת כוללת ולגשר על הפערים ביניהם. לשם כך פותחו מודלים חישוביים המתרגמים את הערכים שהתקבלו במערכת לתוצאות מקבילות של בדיקות קליניות בבני אדם. השילוב בין המערכת האוטומטית של איברים על שבב לבין המודלים החישוביים הניב ערכים קרובים מאוד לאלה שנמדדו אצל מטופלים אנושיים בקליניקה.

ד"ר מעוז: "לראשונה בעולם הצלחנו לפתח פלטפורמת איבר-על-שבב מהימנה וגמישה הנותנת תוצאות קרובות מאוד לאלו המתקבלות אצל מטופלים אנושיים. כבר היום, לאחר שה-FDA הודיע שהוא תומך בפיתוח איברים על שבב שישמשו ככלי תומך לפיתוח תרופות, יכולות חברות ומעבדות העוסקות בתחום להיעזר במערכת שלנו. אנו מאמינים ומקווים שבעתיד, לאחר פיתוח נוסף, תוכל הפלטפורמה החדשה לשמש חלופה לניסויים בבעלי חיים ואף לחלק ניכר מהניסויים הקליניים בבני אדם וכך תחסוך שנים של מחקר, כסף רב, סבל של בני אדם ולבעלי חיים כאחד".

נושאים קשורים:  איבר-על-שבב,  ד"ר בן מעוז,  אוניברסיטת תל אביב,  הנדסה ביו-רפואית,  Organ-on-a-Chip,  פיתוח תרופות,  חדשות
תגובות