אדריכלי איברים: התאים המדהימים שמעצבים את ההתפתחות שלנו

למצוא את דרכך ברחובות המתפתלים של ערים מסוימות יכול להיות אתגר אמיתי ללא מפה. כדי להתמצא, אנו מסתמכים על מגוון מידע, כולל מפות דיגיטליות בטלפונים שלנו, כמו גם חנויות ונקודות ציון מוכרות. תאים בגופנו מתמודדים עם בעיה דומה בעת בניית האיברים שלנו במהלך העובר. הם צריכים הוראות לאן ללכת ואיך להתנהג. למרבה המזל, כמו מגדלי טלפונים סלולריים בעיר, עוברים כוללים תאים מיוחדים במקומות ספציפיים, הידועים כמארגנים, ששולחים אותות לתאים אחרים ועוזרים להם להתארגן כדי לבנות את האיברים המורכבים שלנו.

חלק מהאותות הללו הם מולקולות הנשלחות מהמארגן, מרכז איתות מיוחס. תאים סביבו מקבלים אותות חזקים או חלשים יותר בהתאם למיקומם, והם מקבלים החלטות בהתאם. שגיאות במיקום מרכזי ההודעות הללו ברקמה מובילות למומים עובריים שעלולים להיות קטלניים. מדענים יודעים את הרלוונטיות של מרכזי האיתות הללו במשך זמן רב, אך האופן שבו הם מופיעים במקומות ספציפיים נותר חמקמק.

גילוי באמצעות שיתוף פעולה בינלאומי

נדרש שיתוף פעולה בינלאומי של פיזיקאים וביולוגים כדי לאתר את התשובה. לפני מספר שנים, המעבדות של פרופ' אופיר קליין ב-Cedars-Sinai Guerin Children's ואוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו (UCSF), ופרופ' Otger Campàs באשכול המצוינות בפיסיקה של חיים של TU דרזדן ואוניברסיטת קליפורניה, לסנטה ברברה (UCSB), היה רמז כיצד זה עשוי לעבוד ואיחד כוחות. יחד, הם הבינו שהלחץ המכני בתוך הרקמה הגדלה הוא שמכתיב היכן יופיע מרכז האיתות.

"העבודה שלנו מראה שגם לחץ מכני וגם איתות מולקולרי ממלאים תפקיד בהתפתחות האיברים", אמר אופיר קליין, MD, PhD, מנכ"ל Cedars-Sinai Guerin Children's, שם הוא גם יו"ר המכובד של דוד ומרדית קפלן לבריאות ילדים , ומחבר משותף של המחקר.

לחץ מכני בארגון תאים

המחקר, שפורסם ב טבע תא ביולוגיה, מראה שככל שתאים גדלים בשן החותכת העוברית, הם מרגישים את הלחץ הגובר ומשתמשים במידע זה כדי לארגן את עצמם. "זה כמו הצעצועים האלה שסופגים מים וגדלים בגודלם", אמרה נהה פנחה שרוף, דוקטורט, פוסט-דוקטורט בבית הספר לרפואת שיניים ב-UCSF, ומחברת הראשונה של המחקר. "רק דמיינו את זה קורה במרחב מצומצם. מה שקורה בקשר החותך הוא שהתאים מתרבים במספרם בחלל קבוע וזה גורם להצטברות לחץ במרכז, שהופך לאחר מכן למקבץ של תאים מיוחדים". כמו אנשים בבר צפוף, תאים ברקמה מתחילים להרגיש את הלחיצה מבני גילם. החוקרים גילו שהתאים שמרגישים את הלחץ החזק מפסיקים לגדול ומתחילים לשלוח אותות לארגון התאים האחרים שמסביב בשן. הם ממש נלחצו להפוך למארגן השיניים.

"הצלחנו להשתמש בטכניקות מיקרוטיפות שהמעבדה שלנו פיתחה בעבר כדי להבין כיצד הצטברות לחץ מכני משפיעה על היווצרות איברים", אמר מחבר שותף למחקר Otger Campàs, Ph.D., שכיום מנהל מנכ"ל, פרופסור ויו"ר לדינמיקת רקמות באשכול המצוינות בפיסיקה של חיים של TU דרזדן, ופרופסור חבר לשעבר להנדסת מכונות ב-UCSB. "זה באמת מרגש שללחץ רקמות יש תפקיד בהקמת מרכזי איתות. יהיה מעניין לראות אם או איך לחץ מכני משפיע על תהליכי התפתחות חשובים אחרים".

עוברים משתמשים בכמה ממרכזי איתות אלה כדי להנחות תאים כשהם יוצרים רקמות ואיברים. כמו בניית גורדי שחקים או גשרים, פיסול האיברים שלנו כרוך בתכנון קפדני, הרבה קואורדינציה ומכניקה מבנית נכונה. כישלון בכל אחד מהתהליכים הללו עלול להיות קטסטרופלי בכל הנוגע לבניית גשר, והוא גם יכול להזיק לנו בעת גידול ברחם.

"על ידי הבנת האופן שבו עובר יוצר איברים, אנחנו יכולים להתחיל לשאול שאלות על מה משתבש בילדים שנולדו עם מומים מולדים", אמר אופיר קליין. "עבודה זו עשויה להוביל למחקר נוסף כיצד נוצרים מומים מולדים וניתן למנוע אותם."

המחקר מומן על ידי המכון הלאומי לחקר שיניים וגולגולת פנים (OK ו-OC) בארה"ב, Deutsche Forschungsgemeinschaft תחת אסטרטגיית המצוינות של גרמניה, ואשכול המצוינות של פיזיקת החיים של TU Dresden (OC).