חוקרים פיתחו טכניקת מיקרוסקופיה חדשה החושפת פרטים חדשים ברקמת המוח האנושית, המראה שכמה גידולי מוח בדרגה נמוכה עשויים להיות אגרסיביים יותר ממה שחשבו בעבר. שיטה זו יכולה לשפר משמעותית את אופן האבחון והטיפול בגידולים. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
טכניקת מיקרוסקופיה חדשה המאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה יכולה יום אחד לעזור לרופאים לאבחן ולטפל בגידולי מוח.
באמצעות טכניקת מיקרוסקופיה חדשה, MIT וחוקרי בית החולים בריגהם אנד נשים/בית הספר לרפואה בהרווארד צילמו רקמת מוח אנושית בפירוט רב יותר מאי פעם, וחשפו תאים ומבנים שלא נראו בעבר.
בין הממצאים שלהם, החוקרים גילו שחלק מגידולי המוח "בדרגה נמוכה" מכילים יותר תאי גידול אגרסיביים משוערים מהצפוי, מה שמצביע על כך שחלק מהגידולים הללו עשויים להיות אגרסיביים יותר ממה שחשבו בעבר.
החוקרים מקווים שבסופו של דבר ניתן יהיה ליישם את הטכניקה הזו כדי לאבחן גידולים, ליצור פרוגנוזות מדויקות יותר ולעזור לרופאים לבחור טיפולים.
"אנחנו מתחילים לראות עד כמה חשובות האינטראקציות של נוירונים וסינפסות עם המוח שמסביב לצמיחה ולהתקדמות של גידולים. הרבה מהדברים האלה באמת לא יכולנו לראות עם כלים קונבנציונליים, אבל עכשיו יש לנו כלי להסתכל על הרקמות האלה ננומטרי ולנסות להבין את האינטראקציות הללו", אומר פבלו ואלדס, פוסט דוקטורט לשעבר ב-MIT, שכיום הוא עוזר פרופסור למדעי המוח באוניברסיטת טקסס, והכותב הראשי של המחקר.
אדוארד בוידן, פרופסור Y. Eva Tan לנוירוטכנולוגיה ב-MIT; פרופסור להנדסה ביולוגית, אמנויות ומדעים מדיה, ומדעי המוח והקוגניציה; חוקר במכון הרפואי הווארד יוז; וחבר במכון מקגוברן לחקר המוח של MIT ובמכון קוך לחקר סרטן אינטגרטיבי; ו-E. Antonio Chiocca, פרופסור לנוירוכירורגיה בבית הספר לרפואה של הרווארד ויו"ר לנוירוכירורגיה בבית החולים בריגהם אנד נשים, הם המחברים הבכירים של המחקר, שפורסם לאחרונה ב מדע רפואה מתרגמת.
באמצעות טכניקת מיקרוסקופיה חדשה, חוקרי MIT ובית הספר לרפואה של הרווארד צילמו רקמת מוח אנושית בפירוט רב יותר מאי פעם. בתמונה זו של גליומה בדרגה נמוכה, תכלת וצהוב מייצגים חלבונים שונים הקשורים לגידולים. ורוד מציין חלבון המשמש כסמן לאסטרוציטים, וכחול כהה מראה את מיקומם של גרעיני התא. קרדיט: באדיבות החוקרים
הפיכת מולקולות לנראות
שיטת ההדמיה החדשה מבוססת על מיקרוסקופ הרחבה, טכניקה שפותחה במעבדה של בוידן ב-2015 על בסיס הנחה פשוטה: במקום להשתמש במיקרוסקופים רבי עוצמה ויקרים כדי להשיג תמונות ברזולוציה גבוהה, החוקרים המציאו דרך להרחיב את הרקמה עצמה, המאפשרת כדי לצלם אותו ברזולוציה גבוהה מאוד עם מיקרוסקופ אור רגיל.
הטכניקה פועלת על ידי הטבעת הרקמה לתוך פולימר שמתנפח כאשר מוסיפים מים, ולאחר מכן ריכוך ופירוק החלבונים שבדרך כלל מחזיקים רקמות יחד. לאחר מכן, הוספת מים מנפחת את הפולימר, מושכת את כל החלבונים זה מזה. הרחבת רקמות זו מאפשרת לחוקרים לקבל תמונות ברזולוציה של כ-70 ננומטר, דבר שהיה אפשרי בעבר רק עם מיקרוסקופים מיוחדים ויקרים כמו מיקרוסקופים אלקטרוניים סורקים.
בשנת 2017, מעבדת בוידן פיתחה דרך להרחיב דגימות רקמות אנושיות משומרות, אך הריאגנטים הכימיים שבהם השתמשו הרסו גם את החלבונים שהחוקרים היו מעוניינים לסמן. על ידי תיוג החלבונים בנוגדנים ניאון לפני התפשטות, ניתן היה לדמיין את מיקומם וזהותם של החלבונים לאחר השלמת תהליך ההרחבה. עם זאת, הנוגדנים המשמשים בדרך כלל לתיוג מסוג זה אינם יכולים להידחק בקלות דרך רקמה צפופה לפני שהיא מתרחבת.
לכן, עבור המחקר הזה, המחברים פיתחו פרוטוקול שונה של ריכוך רקמות שמפרק את הרקמה אך משמר חלבונים בדגימה. לאחר הרחבת הרקמה, חלבונים יכולים להיות מסומנים עם נוגדנים ניאון זמינים מסחרית. לאחר מכן החוקרים יכולים לבצע מספר סבבי הדמיה, עם שלושה או ארבעה חלבונים שונים מסומנים בכל סבב. תיוג זה של חלבונים מאפשר לצלם הרבה יותר מבנים, מכיוון שברגע שהרקמה מורחבת, נוגדנים יכולים להידחק ולתייג חלבונים שאליהם לא יכלו להגיע קודם לכן.
"אנחנו פותחים את החלל בין החלבונים כדי שנוכל להכניס נוגדנים לחללים צפופים שלא היינו יכולים אחרת", אומר ואלדס. "ראינו שאנחנו יכולים להרחיב את הרקמה, נוכל לצמצם את החלבונים, ונוכל לדמיין הרבה מאוד חלבונים באותה רקמה על ידי ביצוע סבבים מרובים של צביעה."
בעבודה עם MIT פרופסור דבלינה סרקר, החוקרים הדגימו צורה של "הצטמצמות" זו בשנת 2022 באמצעות רקמת עכבר.
המחקר החדש הביא לטכניקת הפחתת צפיפות לשימוש עם דגימות רקמת מוח אנושיות המשמשות במסגרות קליניות לאבחון פתולוגי ולהנחות החלטות טיפוליות. דגימות אלו יכולות להיות קשות יותר לעבודה מכיוון שהן בדרך כלל משובצות בפרפין ומטופלות בכימיקלים אחרים שצריך לפרק לפני שניתן להרחיב את הרקמה.
במחקר זה, החוקרים סימנו עד 16 מולקולות שונות לכל דגימת רקמה. המולקולות אליהן הם מכוונים כוללות סמנים למגוון מבנים, כולל אקסונים וסינפסות, וכן סמנים המזהים סוגי תאים כמו אסטרוציטים ותאים היוצרים כלי דם. הם גם סימנו מולקולות הקשורות לתוקפנות הגידול ולניוון עצבי.
באמצעות גישה זו, החוקרים ניתחו רקמת מוח בריאה, יחד עם דגימות מחולים עם שני סוגים של גליומה – גליובלסטומה בדרגה גבוהה, שהיא הגידול הראשוני האגרסיבי ביותר במוח, עם פרוגנוזה גרועה, וגליומות בדרגה נמוכה, הנחשבות פחות אגרסיבי.
"רצינו להסתכל על גידולי מוח כדי שנוכל להבין אותם טוב יותר ברמת הננו, ועל ידי כך נוכל לפתח טיפולים ואבחונים טובים יותר בעתיד. בשלב זה, זה היה יותר לפתח כלי כדי להיות מסוגל להבין אותם טוב יותר, מכיוון שכרגע בנוירו-אונקולוגיה, אנשים לא עשו הרבה במונחים של הדמיה ברזולוציית סופר", אומר ואלדס.
כלי אבחון
כדי לזהות תאי גידול אגרסיביים בגליומות שהם חקרו, החוקרים סימנו וימנטין, חלבון שנמצא בגליובלסטומות אגרסיביות במיוחד. להפתעתם, הם מצאו הרבה יותר תאי גידול המבטאים וימנטין בגליומות בדרגה נמוכה ממה שנראו בכל שיטה אחרת.
"זה אומר לנו משהו על הביולוגיה של הגידולים האלה, בפרט, איך לחלק מהם כנראה יש אופי אגרסיבי יותר ממה שהיית חושד על ידי ביצוע טכניקות צביעה סטנדרטיות", אומר ואלדס.
כאשר חולי גליומה עוברים ניתוח, דגימות הגידול נשמרות ומנתחות באמצעות צביעה אימונוהיסטוכימיה, שיכולה לחשוף סמנים מסוימים של אגרסיביות, כולל חלק מהסמנים שנותחו במחקר זה.
"אלה הם סרטן מוח חשוכי מרפא, וסוג זה של גילוי יאפשר לנו להבין לאילו מולקולות סרטן לכוון כדי שנוכל לתכנן טיפולים טובים יותר. זה גם מוכיח את ההשפעה העמוקה של יצירת אינטראקציה של קלינאים כמונו ב-Brigham and Women's עם מדענים בסיסיים כמו אד בוידן ב-MIT כדי לגלות טכנולוגיות חדשות שיכולות לשפר את חיי המטופלים", אומר צ'יוקה.
החוקרים מקווים שטכניקת המיקרוסקופיה ההרחבה שלהם תוכל לאפשר לרופאים ללמוד הרבה יותר על הגידולים של החולים, לעזור להם לקבוע עד כמה הגידול אגרסיבי ולהנחות את בחירות הטיפול. ואלדס מתכנן כעת לבצע מחקר גדול יותר של סוגי גידולים כדי לנסות לקבוע הנחיות אבחון המבוססות על תכונות הגידול שניתן לחשוף באמצעות טכניקה זו.
"התקווה שלנו היא שזה הולך להיות כלי אבחון לקלוט תאי סמן, אינטראקציות וכן הלאה, שלא יכולנו קודם לכן", הוא אומר. "זהו כלי מעשי שיעזור לעולם הקליני של נוירו-אונקולוגיה ונוירופתולוגיה להסתכל על מחלות נוירולוגיות בקנה מידה ננומטרי כמו מעולם, כי ביסודו של דבר זה כלי מאוד פשוט לשימוש".
המעבדה של בוידן גם מתכננת להשתמש בטכניקה זו כדי לחקור היבטים אחרים של תפקוד המוח, ברקמה בריאה וחולה.
"היכולת לעשות הדמיה ננו חשובה כי ביולוגיה עוסקת בדברים ננומטריים – גנים, תוצרי גנים, ביומולקולות – והם מקיימים אינטראקציה על פני מרחקים ננומטרים", אומר בוידן. "אנו יכולים לחקור כל מיני אינטראקציות ננומטריות, כולל שינויים סינפטיים, אינטראקציות חיסוניות ושינויים המתרחשים במהלך סרטן והזדקנות."
המחקר מומן על ידי ק. ליסה יאנג, המכון הרפואי הווארד יוז, ג'ון דור, פילנתרופיה פתוחה, קרן ביל ומלינדה גייטס, תוכנית המחקר החזיתי של מכון קוך באמצעות הקרן לחקר הסרטן של Kathy and Curt Marble. המכונים הלאומיים לבריאותוהקרן למחקר וחינוך לנוירוכירורגיה.
