ויטמין B2 ואור כחול: חוקרים בפינלנד פיתחו שיטה פשוטה לבניית הידרוג'לים דמויי רקמה

חוקרים מאוניברסיטת טמפרה בפינלנד פיתחו פלטפורמה חדשה ליצירת הידרוג'לים, חומרים ג'לטיניים עשירים במים, שמטרתה לפשט את בנייתם של מודלים של רקמות חיות במעבדה. בשיטה החדשה מאירים באור כחול ביו-פולימרים שעברו שינוי עם חומצה גאלית, בנוכחות ריבופלבין (ויטמין B2). כך נוצר ג'ל, ותוך כדי כך הוא נקשר לחלבונים, ל-DNA ול-RNA, בלי שצריך לשנות את המולקולות האלה כימית מראש. המחקר פורסם בכתב העת Cell Reports Physical Science.

מה הבעיה שהשיטה פותרת

במחקר הביולוגי משתמשים בהידרוג'לים כדי לחקות את המטריצה החוץ-תאית, כלומר את הסביבה הטבעית שמקיפה את התאים בגוף. לדברי החוקרים, השיטות הקיימות דורשות לעיתים קרובות כמה שלבים של שינוי כימי, ריאגנטים ייעודיים או תנאים שפוגעים בתפקוד הביולוגי ומקשים על התאמה אישית.

"מערכות הידרוג'ל רבות נשענות על כימיה ייעודית, לעיתים קרובות עם חומרים רעילים, שלבי הכנה רבים או תוספים סינתטיים שעלולים להשפיע על התאים", אומר אוסטין דונלי אוונס, דוקטורנט באוניברסיטה והמחבר הראשי של המאמר. "רצינו לפתח פלטפורמה פשוטה, גמישה וידידותית לתאים ככל האפשר".

הבסיס לשיטה הוא חומצה גאלית, נוגד חמצון טבעי שנמצא בצמחים, בפירות ובעלי תה. בניגוד לטכנולוגיות רבות אחרות של הידרוג'לים המופעלים באור, הפלטפורמה החדשה נשענת על ריבופלבין, ויטמין שקיים ממילא במערכות ביולוגיות. החוקרים מצאו גם שבחלק מהמקרים אפשר ליצור את הג'ל במצע גידול תאים רגיל בלבד, בלי פוטו-אינִיציאטור נפרד, כלומר בלי חומר ייעודי שמתניע את התגובה באור.

הוכחת יכולת: חלבון שנשאר פעיל

לפי החוקרים, היתרון המרכזי של השיטה הוא שהמולקולות הביולוגיות שמשולבות בג'ל ממשיכות לתפקד. בניסוי שילבו בג'ל את חלבון האיתות Wnt3A, והוא נשאר פעיל ביולוגית והמשיך להשפיע על התנהגות התאים גם אחרי שהג'ל נוצר. הג'לים שמרו על שיעור גבוה של תאים חיים ואפשרו להם לגדול בסביבה תלת-ממדית שדומה יותר לרקמה אמיתית. בין השאר הראו החוקרים שג'לים בהרכבים שונים מעודדים גדילה שונה של מודלים תלת-ממדיים של גידולי סרטן המעי הגס.

"החומרים המתקבלים מתנהגים יותר כמו רקמות טבעיות, שהן דינמיות, מתרפאות-עצמית באופן חלקי, ויסקו-אלסטיות וגמישות", אומר אוונס.

"כמו קוביות LEGO"

לדברי החוקרים, אפשר לכוונן את התכונות הפיזיקליות של הג'ל ולבחור אילו רכיבים ביולוגיים לשלב בו. כך ניתן לבנות סביבות שמותאמות לסוגי רקמות שונים. "אנחנו מתקדמים לעבר הרכבה של רקמות אנושיות בצלחת פטרי, בדומה לקוביות LEGO", אומר אוונס. פרופ' אומן פ. אומן, שהוביל את המחקר, מוסיף ש"המשמעות היא שחוקרים יכולים ליצור ביו-חומרים מתוחכמים עם פחות רכיבים וכימיה פשוטה יותר".

מה זה אומר, ומה לא

החוקרים מעריכים שהטכנולוגיה עשויה להאיץ את הפיתוח של תרביות תאים תלת-ממדיות, מודלים אישיים של רקמות, ביו-פבריקציה (ייצור של מבנים ביולוגיים), פלטפורמות לבדיקת תרופות וטיפולים עתידיים מבוססי הידרוג'ל.

ברשתות החברתיות הוצג המחקר כצעד לקראת ממשקי מוח-מחשב (BCI) גמישים ורובוטיקה. בחומרים הרשמיים של האוניברסיטה ובדיווח על המאמר אין שום אזכור של שימושים כאלה, וגם לא של סכנה כלשהי. זו פרשנות חיצונית ולא טענה של החוקרים.

ככל הנראה, החשיבות המיידית של המחקר נמצאת דווקא במעבדה הביולוגית. אם השיטה תעמוד בציפיות, היא עשויה להוזיל ולפשט את בנייתם של מודלים מציאותיים יותר של רקמות ומחלות. מודלים כאלה הם כלי מרכזי בפיתוח תרופות ובצמצום התלות בניסויים בבעלי חיים. מדובר עדיין בעבודה מחקרית, והדרך ממנה לטיפולים קליניים ארוכה.