מודל המחקה מעבר של הדם למוח האנושי, ולמעשה כיצד כלי הדם "מתקשרים" עם הנוירונים, נבנה על ידי חוקר מאוניברסיטת תל אביב בשיתוף חוקרים מאוניברסיטת הרווארד ומכון KTH השוודי. ההערכה: המודל "איבר-על-שבב" (Organ-on-a-Chip) יאפשר לבצע פיתוח יעיל יותר של תרופות במיוחד למחלות הנוירו-דגנרטיביות כמו פרקינסון ואלצהיימר. על החידוש דיווח שלשום (ב') Nature Biotechnology.

החוקר הישראלי בפרויקט ייחודי זה הוא ד"ר בן מאיר מעוז מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ובית הספר למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב.

ד"ר מעוז הסביר: "המוח האנושי מורכב כידוע מ-100 מיליארד נוירונים השולטים בכל מחשבה ופעולה של האדם. זה האיבר המורכב והעדין ביותר בגוף. כיוון שכך, המוח זקוק להגנה מיוחדת מפני רעלנים. כלי הדם המספקים למוח חמצן וחומרים מזינים סלקטיביים מאוד לגבי חומרים שיכולים לעבור מהדם למוח ולהפך, ולכן הם נקראים מחסום דם-מוח (Brain-blood barrier). מעבר להיותו מחסום פיזי הוא למעשה מווסת באופן פעיל את תפקודי המוח. עד היום לא היה ברור כיצד ויסות זה נעשה בפועל.

"ידוע גם שיש קשר בין כלי הדם של המוח לפעילות המוחית עצמה. העיקרון הזה, למשל, פועלים מכשירי ה-MRI: כשמאמצים אזור מסוים של המוח, כלי הדם מזרימים אליו יותר דם והמכשיר מודד את הפעילות המוגברת. עם זאת, קשה מאוד להבין את האינטראקציה שבין כלי הדם לתאי העצב, ברמה התאית. מטבע הדברים לא ניתן לעבוד עם מוח אנושי חי ואילו תאים בתרביות אינם משקפים את הקישוריות הזאת. הקישוריות בין התאים משפיעה מאוד על תכונותיהם. תאי עצב הגדלים בצלחת פטרי שונים בתכונותיהם מתאי העצב שמחוברים לתאים של כלי הדם".

הפתרון שנמצא לעניין הזה היה "איבר-על-שבב" – גידול של רקמה אנושית מתרומת רקמות ומתאי גזע שהומרו לתאי איברים, כך שניתן לדמות את פעילות האיבר בצורה מבוקרת ולחבר בין החלקים השונים של המוח.

איבר על שבב. גידול תאי מוח שונים במחסניות פלסטיק

בארבע השנים האחרונות בנה ד"ר מעוז מערכת חיה המדמה את האינטראקציות של המוח אנושי: רקמת מוח-על-שבב, המחוברת לשתי רקמות כלי דם ותאי עצב המדמות את המחסום דם-מוח.

ד"ר מעוז: "איבר-על-שבב היא טכנולוגיה שהומצאה לפני כעשור אבל היישום שלה לשם הבנת תהליכים ביולוגיים בסיסיים במוח היה מוגבל מאוד. הסיבה לכך היתה כי עד כה בחנו את רקמת המוח במנותק ממחסום הדם. בעבודה זאת יצרנו מערכת שלמה והוכחנו שהיא עובדת. למשל, הכנסנו את הסם מתאמפטמין לשבבי תאי הדם וראינו כי על שבב המוח מתקבלות אותן תופעות שמתקבלות אצל אנשים המשתמשים בסם".

בתום שורה של ניסויים מוצלחים שנועדו לבחון את המערכת הראה הצוות, לראשונה, שכלי הדם במוח לא רק מתרחבים ומתכווצים אלא גם משחררים כימיקלים שמשפיעים ישירות על תאי העצב, מייעלים ומזרזים את פעילותם, וזאת כחלק אינטגרלי מהתהליך הנוירולוגי.

"מעבר לתרומתה המחקרית, המודל הזה פותח אפשרות לבחינה יעילה יותר של תרופות על בני אדם, בדגש על מחלות כמו פרקינסון ואלצהיימר", הדגיש ד"ר מעוז והוסיף: "יותר מ-60% מהתרופות שעוברות בהצלחה ניסויים בבעלי חיים נכשלות בשלב הניסויים  הקליני על בני אדם כי מוח של עכבר פשוט איננו דומה למוח של אדם. יתרה מכך, מחלות נוירו-דגנרטיביות אופייניות בעיקר לבני אדם.

"מסיבה זאת אנחנו שואפים לבנות 'מוח-על-שבב' מתאי אדם, שידמה את תפקוד המוח במצב תקין ובמצבי מחלה. מודל המוח שבנינו במעבדה מאפשר לבחון תהליכים ביולוגיים מורכבים ואת השפעתן של תרופות על בני האדם מבלי לסכן איש ומבלי להרע גם לחיות המעבדה, וזאת בדרך יעילה מאי פעם."

יש לציין כי ה-FDA כבר יצא ביוזמת פיתוחם של איברים-על-שבבים כחלק מתהליך פיתוח התרופות. מספר שיתופי פעולה כבר נוצרו בנושא הזה בין המעבדה של ד"ר מעוז לבין חברות תרופות מישראל ומהעולם.

השלב הבא בפרויקט: "בימים אלה אנחנו מוסיפים איברים נוספים למודל, כמו המערכת החיסונית והכבד. המטרה לבנות לבסוף מודל שלם של גוף האדם, כולו על שבבים. מודל זה יחליף את הצורך בחיות מעבדה ויעניק לחוקרים רזולוציות חסרות תקדים להשפעה של כימיקלים שונים על מוח האדם ולהתפתחותן הביולוגית של מחלות שונות שהן ייחודיות לאדם".