חדשות

קבוצת המחקר בהובלתו של פרופ' רנן ברקנא מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים, באוניברסיטת תל אביב, כללה את הדוקטורנט סודיפטה סיקדר, יחד עם עמיתים מיפן, הודו, ובריטניה. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Astronomy.

מדידת גלי הרדיו מתקופת החושך הקוסמית

החוקרים מציינים כי ניתן לחקור את תקופת החושך הקוסמית (העידן שלפני היווצרות הכוכבים הראשונים) בעזרת גלי רדיו שפלט גז המימן שמילא את היקום באותה תקופה. אמנם אנטנת טלוויזיה פשוטה יכולה לקלוט גלי רדיו, אבל גלי הרדיו מהיקום המוקדם נחסמים ע״י האטמוספירה של כדור הארץ. ניתן למדוד אותם רק מהחלל, ובמיוחד מהירח, שמספק סביבה יציבה, ללא הפרעות של אטמוספירה או תקשורת רדיו קרובה. כמובן שלא פשוט להביא טלסקופ אל הירח, אבל בימינו מתקיים מרוץ חלל בינלאומי שבו הרבה מדינות מנסות לחזור לירח עם חלליות ובסופו של דבר גם אסטרונאוטים. סוכנויות חלל בארה״ב, אירופה, סין, והודו, מחפשות מטרה מדעית לנחיתה על הירח, והמחקר החדש מדגיש את הפוטנציאל האדיר של מדידת גלי הרדיו מתקופת החושך הקוסמית.

פרופ' ברקנא מסביר:״טלסקופ החלל החדש של נאסא, ע״ש ג'יימס ווב, מצא לאחרונה כמה גלקסיות רחוקות, שהאור שלהן מגיע מתקופת השחר הקוסמי, כ-300 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול. המחקר החדש  שלנו עוסק בתקופה מוקדמת ומסתורית אף יותר: תקופת החושך הקוסמית (cosmic dark ages), כ-100 מיליון שנה בלבד אחרי המפץ הגדול. סימולציות מחשב מנבאות שהחומר האפל ברחבי היקום יצר גושים צפופים, שהיוו את הקדימון להיווצרות המאוחרת יותר של כוכבים וגלקסיות. גודלם של הגושים האלה תלוי בתכונות המסתוריות של החומר האפל, אך אין אפשרות לראות את הגושים באופן ישיר. אבל, הסימולציות מנבאות שהגושים משכו אליהם גז מימן וגרמו לפליטה מוגברת של גלי רדיו ממנו. אנו מנבאים שניתן לראות את האפקט המצטבר של כל זה בעזרת אנטנות שימדדו את עוצמת גלי הרדיו הממוצעת בשמים.״

ד"ש מתקופת השחר הקוסמי

אות הרדיו מעידן השחר הקוסמי צפוי להיות די חלש, אך אם ניתן יהיה להתגבר על האתגר התצפיתי, זה יפתח דרך חדשה לבחון את טבעו של החומר האפל. כאשר נוצרו לבסוף הכוכבים הראשונים, בתקופה קצת יותר מאוחרת שנקראת השחר הקוסמי, צפוי שאור הכוכבים הגביר מאד את פליטת גלי הרדיו מהמימן. לכן, אמור להיות קל יותר למדוד את הסיגנל מתקופה זו, וזה גם יהיה אפשרי בעזרת טלסקופים על כדה״א, אבל יהיה קשה יותר לפרש את המדידות, בגלל ההשפעה של כוכבים שמכניסים סיבוכים רבים לסיפור. מצד שני, בתקופה זו ניתן יהיה לאסוף מידע רב נוסף בעזרת מערכים גדולים של אנטנות רדיו שינסו למפות את התפלגות גלי הרדיו בשמים. התבנית המצופה של אזורים בהירים יותר ובהירים פחות בגלי רדיו, אמורה גם היא להראות את ההשפעה של אותם גושי חומר אפל. פרופ׳ ברקנא הוא חלק מהניסוי הבינלאומי הגדול ביותר מסוג זה, מערך הקילומטר המרובע (Square Kilometre Array, SKA) , שיכלול אוסף אדיר של 80,000 אנטנות רדיו שמותקנות עכשיו באוסטרליה.

החוקרים מעריכים כי ממצאי המחקר עשויים להיות משמעותיים מאוד בהבנה המדעית של החומר האפל. אסטרונומים מנסים להבין את תכונות החומר האפל גם ביקום המודרני, אבל אחרי מיליארדי שנה שבהן החומר האפל התערבב עם הגז הרגיל, זה מאד קשה. לעומת זאת, היקום הבראשיתי מספק תנאי מעבדה נפלאים עבור אסטרופיזיקאים.

פרופ' ברקנא מסכם: ״בתקופה שבה תחנות הרדיו המסורתיות מוחלפות בטכנולוגיות חדשות שמובילות לעליית האינטרנט, אסטרונומים דווקא מרחיבים את טווח ההשפעה של גלי הרדיו. כשפותחים חלון חדש במדע בדרך כלל מגלים הפתעות. בעזרת התצפיות המוצעות, יש אפשרות לגלות תכונות שונות של החומר האפל, שהוא התעלומה הגדולה ביותר: אנחנו אמנם יודעים שהוא רוב החומר ביקום, אבל תכונותיו וטבעו עדיין מסתוריים. ברור שאסטרונומים מלאי ציפייה לקראת פתיחת ערוצי הרדיו הקוסמיים של היקום המוקדם."

מחקר חדש של בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב מגלה כי מרבית הכוכבים המסיביים שנוצרו בראשית היקום נוצרו כמערכות זוגיות בדומה לכוכבים המסיביים שנוצרים בגלקסיה שלנו. צוות החוקרים מעריך כי ממצאים אלו הם הראיה החזקה הראשונה לכך שכוכבים מאסיביים בינאריים היו נפוצים – ואולי אף נפוצים יותר – ביקום המוקדם. מערכות כאלה משפיעות במגוון רחב של דרכים, החל מהיווצרות חורים שחורים בכל הגדלים, דרך עיצוב סופרנובות אנרגטיות, ועד העשרת גלקסיות ביסודות כבדים.

המחקר נערך בהובלת ד"ר תומר שנהר מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב ובשיתוף ד"ר הוג סנה מאוניברסיטת KU Leuven בבלגיה וד"ר יוליה בודנשטיינר מאוניברסיטת אמסטרדם, הולנד. המחקר פורסם בכתב העת Nature Astronomy.

צוות החוקרים מסביר שכוכבים מסיביים – כאלה שמסתם עולה פי עשרה ויותר מזו של השמש – אחראים לשלל תופעות קוסמיות. כוכב מסיבי יחיד יכול לפלוט יותר אנרגיה ממיליון כוכבים דמויי שמש. הם מעצבים את מבנה ותכונות הגלקסיות בהן הם שוכנים, יוצרים את רוב היסודות הכבדים ביקום, ומסיימים את חייהם בפיצוצי סופרנובה רבי־עוצמה, שבסופם נותרים האובייקטים המסתוריים ביותר שאנו מכירים: כוכבי נויטרונים וחורים שחורים.

בגלקסייה שלנו, גלקסיית שביל החלב, ידוע שרוב הכוכבים המסיביים נולדים ב״מערכות בינאריות״– צמדים של כוכבים במסלול כה קרוב עד שהם מחליפים ביניהם חומר ולעיתים אף מתמזגים במהלך חייהם. אינטראקציות אלו משנות מין היסוד את מהלך חייהם ומותם של הכוכבים המסיביים.

בני לוויה לכוכבים

שאלת מפתח היא האם תופעה זו של ״זוגיות״ בקרב הכוכבים המסיביים אפיינה גם את הכוכבים המסיביים שנוצרו בראשית היקום. טלסקופ החלל ג’יימס ווב צופה כיום בגלקסיות הראשונות שנוצרו לאחר המפץ הגדול, וגלקסיות אלו מצביעות על נוכחות של אוכלוסיות ענק של כוכבים מסיביים, אך המרחקים האדירים אליהם מונעים בדיקה ישירה של מבנה המערכות הכוכביות שם.

ד"ר שנהר מספר: "כדי לעקוף מגבלה זו, פיתחנו סקר תצפיתי שנועד לחקור כוכבים כבדים דווקא בגלקסיה קרובה יחסית, אך כזו שמדמה את התנאים הכימיים של היקום הקדום. במסגרת הסקר Binarity at LOw Metallicity (BLOeM), ערכנו מסע תצפיות בן שנתיים בטלסקופ הענק VLT בצ’ילה, שבמהלכו נלקחו ספקטראות של כ־1,000 כוכבים מסיביים בענן המגלני הקטן – גלקסיה סמוכה בעלת הרכב כימי דל במתכות, הדומה להרכב של היקום הצעיר".

"ניתוח ספקטרלי של הנתונים מאפשר מדידה של תנועה מחזורית של הכוכבים, ובכך הסקה של קיום של בני לוויה לכוכבים", מוסיף ד"ר שנהר. "מניתוח מפורט של נתונים עבור 150 הכוכבים המסיביים ביותר, מצאנו שלפחות 70% מהם הם חלק ממערכות זוגיות קרובות. מדובר בראיה הישירה והמשכנעת הראשונה לכך שכוכבים מסיביים היו נפוצים במערכות זוגיות גם בתנאים ששררו ביקום הקדום, ואולי אף בשכיחות גבוהה יותר מאשר היום.

לסיכום, ממצא זה משנה את הבנתנו את התהליכים שעיצבו את היקום – מהיווצרות חורים שחורים בכל סדרי הגודל, דרך מאפייני פיצוצי הסופרנובה, ועד להעשרת גלקסיות שלמות ביסודות הכבדים הדרושים ליצירת כוכבים, כוכבי לכת, ואף חיים.

צוות מחקר ישראלי בהובלת פרופ’ טל דביר ממרכז סגול לביוטכנולוגיה רגנרטיבית, ראש מרכז הננו-טכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב והמדען הראשי של חברת הביוטק מטריסלף, הצליח לגדל לראשונה בעולם שתל של חוט שדרה אנושי במעבדה. השתל נועד להשתלב בחוט השדרה הפגוע של מטופלים משותקים, ולהחזיר להם את היכולת לנוע. מדובר באחת מפריצות הדרך החשובות ביותר ברפואה הרגנרטיבית, שיכולה לשנות את חייהם של מיליוני אנשים ברחבי העולם. כעת, לאחר שמשרד הבריאות אישר את התקדמות הניסוי לבני אדם, החוקרים אופטימיים מתמיד ולדבריהם יוכלו מטופלים לזכות ביכולת התנועה בתוך כשנה.

הניתוח המתוכנן להשתלת חוט שדרה אנושי מסמן שלב נוסף בתהליך שהחל לפני כשלוש שנים, כאשר במעבדתו של פרופ’ דביר באוניברסיטת תל אביב הצליחו לראשונה להנדס חוט שדרה אנושי תלת־ממדי מותאם אישית במעבדה. הממצאים פורצי הדרך פורסמו בכתב העת היוקרתי Advanced Science והראו כי עכברים שסבלו משיתוק כרוני והושתלו בהם השתלים המהונדסים החלו ללכת מחדש.

בעקבות ההצלחה, עברה הטכנולוגיה לפיתוח יישומי בחברת מטריסלף, שהוקמה בשנת 2019 על בסיס הטכנולוגיה המהפכנית להנדסת איברים שפותחה באוניברסיטת תל אביב על ידי פרופ’ דביר וצוותו, במסגרת הסכם רישוי עם רמות, חברת המסחור של האוניברסיטה. מנכ"ל החברה הוא גיל חכים, פרופ’ דביר ייסד את מטריסלף יחד עם ד"ר אלון סיני, והפיתוח המדעי מובל על ידי ד"ר תמר הראל־אדר וצוותה.

לחדש באופן מלאכותי את חוט השדרה

חוט השדרה בנוי מתאי עצב שמעבירים אותות חשמליים מהמוח לכל חלקי הגוף. ההחלטות מתקבלות במוח, האות החשמלי עובר דרכו לחוט השדרה, ומשם יוצאים נוירונים שמפעילים את השרירים. כאשר חוט השדרה נקרע בעקבות טראומה - תאונת דרכים, נפילה או פציעה צבאית - השרשרת הזאת נקטעת. אפשר לדמיין זאת כמו כבל חשמל שנחתך: כשהחלקים אינם מחוברים, האות לא עובר, והאדם מאבד את היכולת לשלוט בשריריו מעבר לפגיעה.

הבעיה הגדולה היא שחוט השדרה כמעט ואינו מסוגל להתחדש. הנוירונים אינם מתחלקים או מתחדשים כמו תאי עור; הם דומים יותר לתאי לב: ברגע שנגרם נזק, הגוף מתקשה לשקם אותו. לכן, הנזק שנגרם נשאר, ולעיתים מחמיר עד שהוא מתייצב ברמה משמעותית - מספיק כדי לגרום לשיתוק ממושך או קבוע.

השתל הייחודי מיוצר מתאי דם שנלקחים מהמטופל עצמו ומתוכנתים מחדש בהנדסה גנטית להיות תאי גזע, שהם תאים ייחודיים שמסוגלים להתפתח לסוגי רקמות שונים. התאים משתלבים בג’ל ביולוגי שמחקה את סביבת חוט השדרה בזמן ההתפתחות העוברית, וכך נוצרת "תשתית" טבעית שמסייעת לחידוש הקשרים העצביים.

לדברי החוקרים, הדגש על התאמה אישית חשוב במיוחד מאחר שמדובר בתאים של המטופל עצמו, וכך הסיכון לדחייה חיסונית קטן מאוד, מה שמגביר את סיכויי ההצלחה של השיקום. פרופ' דביר מסביר: "כשמדובר ברקמות שמעבירות סיגנל חשמלי, הן חייבות להיות רקמות מותאמות אישית. ברגע שהן מגיעות ממקור אחר ונשתיל אותן, עלולה להיווצר תגובה של מערכת החיסון. הגוף לא מכיר את אותם תאים, ואז גם אם הרקמה טובה, המערכת החיסונית יוצרת שכבה סביב השתל, שכבה פיברוטית שמורכבת מקולגן וחומרים נוספים. הבעיה היא שהשכבה הזו מפריעה לסיגנל החשמלי לעבור. זה קורה כמעט בכל שתל שאנחנו מכניסים לגוף – שתלי חזה, קוצבי לב. אבל כשמדובר ברקמה שצריכה להעביר חשמל, השכבה הזו מבודדת ופוגעת בתפקוד".

השלב הבא הוא ליצור מהתאים החדשים רקמה שלמה, תהליך שלוקח כחודש. "תאים בודדים, אפילו נוירונים מצוינים, לא יהפכו לרקמה כשמזריקים אותם, הם פשוט לא ישרדו. הם חייבים להיות מסודרים ומאורגנים", מסביר פרופ' דביר. כדי להימנע מכך, החוקרים מפרידים מרקמת השומן של המטופל חומרים כמו קולגנים וסוכרים, ובונים על בסיסם ג’ל מיוחד. "בג’ל הזה, שמותאם אישית כמו התאים עצמם, אנחנו מכניסים את תאי הגזע העובריים ומחקים את ההתפתחות הטבעית של חוט השדרה".

השלב הבא הוא ליצור מהתאים החדשים רקמה שלמה. "תאים בודדים, אפילו נוירונים מצוינים, לא יהפכו לרקמה כשמזריקים אותם, הם פשוט לא ישרדו. הם חייבים להיות מסודרים ומאורגנים", מסביר פרופ' דביר. כדי להימנע מכך, החוקרים מפרידים מרקמת השומן של המטופל חומרים כמו קולגנים וסוכרים, ובונים על בסיסם ג’ל מיוחד. "בג’ל הזה, שמותאם אישית כמו התאים עצמם, אנחנו מכניסים את תאי הגזע העובריים ומחקים את ההתפתחות הטבעית של חוט השדרה".

ואז נותנים להם לגדול. תוך כחודש קורה הקסם, נוצרת רקמה תלת-ממדית שאפשר להשתילה למטופל באזור הפגוע.

תתכוננו לקום על הרגליים

בבדיקות שנעשו על בעלי חיים התקבלו תוצאות מעודדות במיוחד: חיות שסבלו משיתוק חמור הצליחו להניע שוב את רגליהן, וחלקן אף חזרו ללכת כמעט באופן מלא. משמעות התוצאות הללו היא שהשתל מצליח לשקם חלק מהקשרים העצביים שנפגעו ולשחזר את העברת האותות מהמוח לשרירים. ממצאים אלה מצביעים על פוטנציאל אמיתי לשיקום תפקודי גם במקרים שנחשבו עד היום לבלתי הפיכים.

כעת ניצב המחקר בפני השלב המרגש ביותר - ניסוי קליני ראשון בבני אדם. הצוות כבר הציג את תוצאותיו למשרד הבריאות, ולאחר בחינה קפדנית התקבל אישור עקרוני לערוך ניסוי חמלה בקרב שמונה מטופלים. פרופ’ דביר מדגיש כי המטופל הראשון יהיה ישראלי: "הטכנולוגיה פותחה כאן, ואני סומך על המנתחים בישראל שיעשו זאת בדרך הטובה ביותר." לאחרונה התקבל גם אישור נוסף להתחיל את שלב איסוף הדם, שיתבצע ברגע שייבחר המטופל המתאים.

בשלב הראשון הניסוי יכלול מטופלים עם פציעות טריות שהשיתוק שלהם נמשך עד כשנה, ולא מקרים קשים שבהם הפגיעה היא ארוכת שנים. "אנחנו רוצים להתחיל בהדרגה, כדי לוודא שהטיפול בטוח ויעיל," מסביר פרופ’ דביר. בהמשך, אם יוכח שהטכנולוגיה עובדת והתוצאות יהיו הדרך לשימוש רחב בה עשויה להיות קצרה בהרבה ממה שנדמה, והיא צפויה להתאים לכלל האנשים הסובלים משיתוק, ללא תלות בגיל או במשך הזמן מאז הפציעה.

"הישג זה מסמן את המעבר ממחקר פורץ דרך לטיפול במטופלים", אומר גיל חכים, מנכ"ל מטריסלף. "בפעם הראשונה אנו מתרגמים שנים של עבודה מוצלחת בפרה־קליניקה לפרוצדורה רפואית עבור אנשים עם שיתוק. השיטה שלנו, שמשתמשת בתאים של המטופל עצמו ליצירת חוט שדרה חדש, מבטלת סיכוני בטיחות מרכזיים וממקמת את מטריסלף בחזית הרפואה הרגנרטיבית. אם נצליח, הטיפול עשוי להגדיר סטנדרט חדש בתחום תיקון חוט השדרה – תחום רפואי שמוערך בשוק עולמי של עשרות מיליארדי דולרים, ושעד היום לא נמצא לו פתרון יעיל. זהו לא רק הישג מדעי אלא נקודת מפנה עבור מטריסלף, צעד ראשון בדרך לשינוי תחום ברפואה שנחשב עד כה לבלתי ניתן לטיפול. אנו גאים בכך שישראל מובילה את המהלך הגלובלי הזה ומחויבים להביא את החידוש הזה למטופלים ברחבי העולם".