כשהנדסה פוגשת ביולוגיה - ראיון מחקרי עם ד"ר בן מעוז
פיתוח תרופות וטיפולים שונים לבני אדם הוא תחום מאתגר מאין כמוהו. אחד מהקשיים המרכזיים הוא הצורך בעריכת ניסויים לבדיקת התרופה או הטיפול, שעלולים לגרום נזקים למושא הניסוי. מלבד הבעיות האתיות, פעמים רבות תרופה שתשפר את מצבו של עכבר מודל לא תעשה זאת עבור אדם. ד"ר בן מעוז התחיל את דרכו ככימאי, סיים פוסט דוקטורט בהארוורד בהנדסה ביו רפואית ומדעי המוח ופתח מעבדה באוניברסיטת תל אביב שמשתמשת בכלים הנדסיים לפיתוח מודלים שמדמים פיזיולוגיה אנושית.
במה המעבדה מתעסקת באופן כללי?
"המעבדה היא מאוד מולטי-דיציפלינרית. אנחנו מתעסקים בהנדסת רקמות, עיבוד אותות, ובעיקר בטכנולוגיה ששמה "Organs on a chip". למעשה יותר מ 60% מהתרופות שמצליחות בניסויים על בעלי חיים נכשלות בשלב שבו מנסים אותן על בני אדם. זה נובע מהעובדה שבני אדם הם לא עכברים ויש הבדל משמעותי בפיזיולוגיה. החלק של הניסויים הקליניים בבני אדם לפיתוח תרופות הוא תהליך ארוך ויקר שדורש משאבים רבים ולא תמיד נושא פירות. לכן נרצה למצוא מודל שמחקה טוב יותר את הפיזיולוגיה האנושית. אנחנו מנסים לחקות פונקציונליות של איבר במחסנית פלסטיק ולנסות לבדוק עליו תרופות ותהליכים ביולוגיים."
אז אתם מנסים לסמלץ מערכת שמתפקדת כמו האיבר.
"בהחלט. אנחנו מנסים לסמלץ אספקט מסוים של תפקוד האיבר, כי הרי יש איברים שיש להם המון פעילויות. היתרון כאן הוא שאפשר ליצור מספר מערכות פיזיולוגיות במספר מחסניות מפלסטיק, כאשר כל אחת מייצגת איבר אחר והן מקושרות בצורה שמאפשרת לדמות אינטראקציה בין איברים. ניתן להשתמש באותה הטכנולוגיה גם בכיוון אחר: הוא לקחת איבר מורכב ולנסות לפרק אותו למספר יחידות. המוח למשל מורכב בין היתר מנוירונים ומ מחסום דם-מוח (Blood Brain Barrier - BBB), בעזרת איברים על שבב ניתן לבדוק את האינטרקציה ביניהם. עשינו צ'יפ של BBB ומוח והצלחנו לראות שיש תקשורת מטבולית בין ה-BBB לנוירונים, דבר שלא יכולנו להראות בפיזיולוגיה של עכבר או בניסויים על בני אדם."
הפיתוח הזה מאפשר יצירת סביבה שמדמה, לפחות חלקית, פיזיולוגיות מורכבות של האדם. ה-BBB מהווה אתגר ביצור תרופות למוח' מכיוון שיש חוסר בהירות בנוגע לחדירות של חומרים שונים למוח ובתופעות הלוואי שנגרמות על ידיהם. במעבדה של בן יצרו BBB על צ'יפ ובדקו מה קורה כשהוא בא במגע עם חומרים שונים, ביניהם חומרים ממכרים כמו קריסטל מת', שגרם לפתיחות יחסית של המחסום ומתירנות גבוהה במעבר של מולקולות.
אילו מרכיבים הנדסיים וביולוגיים יש בצ'יפ?
"לא סתם אנחנו יושבים במחלקה להנדסה ביו-רפואית. מצד אחד יש את הפן של תכנון ובניית הצ'יפ ומצד שני יש את הפן הביולוגי של עבודה עם תאים ורקמות. חלק מהצ'יפים כוללים סנסורים שמאפשרים בדיקה של הפעילות של התאים."
איפה נוירונים נכנסים לתמונה?
"יש לנו פלטפורמות שונות שבאמצעותן אנחנו יכולים לייצר אינטרקציה בין נוירונים. דוגמא טובה היא תאים מיקרופלואידים שהן יחידות קטנות שיש לנו שליטה ברזולוציה גבוהה על הצורה המרחבית שבה הם נמצאים. כיוון נוסף הוא שימוש במדפסת תלת מימד המאפשרת הדפסה של תאים, כך שאנחנו יכולים להדפיס נוירונים בג'ל ולעקוב אחרי התפתחותם. "
איך מדפיסים נוירונים?
"יש כל מיני סוגי ג'ל שהופכים להיות קשים כתוצאה משינוי- בטמפרטורה, באור, בלחץ וכדומה. שמים בפנים את התאים ונותנים למדפסת להדפיס. "