מחקרים

"מאז שהתפתחה היכולת לרצף את הגנום האנושי, מבקשים אנשים רבים להתחקות אחר השושלת הגנטית שלהם", מסביר פרופ' ערן הלפרין, חוקר ומרצה בבית הספר למדעי המחשב ובמחלקה למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה באוניברסיטת תל-אביב. "כדי לענות על הצורך, קמו בארה"ב חברות שנוטלות מהמעוניינים דגימות רוק, ומעלות את הגנום האישי שלהם למאגרי נתונים הפתוחים לציבור. אנחנו נעזרנו במאגרים אלה כדי לבחון השתייכות משפחתית על פי כרומוזום ה-Y, כרומוזום המין הגברי. כרומוזום ה-Y התאים במיוחד למחקר שלנו, מכיוון שהוא עובר מאב לבנו לאורך הדורות (עם שינויים קלים הנובעים ממוטציות), ולכן, ממש כמו שם המשפחה, הוא משותף למעשה לכל הגברים במשפחה המורחבת".

המחקר המקורי, פרי יוזמתו של ד"ר יניב ארליך ממכון ווייטהד למחקר ביו-רפואי שבבוסטון, ובהשתתפות פרופ' הלפרין והדוקטורנט דוד גולן מהמחלקה לסטטיסטיקה באוניברסיטת תל-אביב, התמקד בבניית אלגוריתם ממוחשב, שיידע לקבוע את שם משפחתו של אדם אך ורק על פי נתוני כרומוזום ה-Y שלו.

אחד משמונה

האלגוריתם המיוחד נבחן על מדגם של 900 גברים בארה"ב. נתוני כרומוזום ה- Yשל המשתתפים הוצגו למאגר אינטרנטי ובו גנומים מרוצפים של 135,000 בני אדם – שמהווים ייצוג נאמן להתפלגות שמות המשפחה בארה"ב, בעיקר כאלה שבאים ממוצא אירופי. "האלגוריתם זיהה במדויק את שם המשפחה של אחד מכל 8 נבדקים", אומר פרופ' הלפרין.

במקרה אחר הצליחו החוקרים להתחקות אחר שמו ואחר מיקומו של אדם מסוים  על פי שילוב של כרומוזום הY- שלו , גילו והעובדה שהוא מתגורר בקליפורניה. כך, לדוגמה, הם הציגו לאלגוריתם את נתוני כרומוזום ה-Y  של הגנטיקאי הידוע קרייג ונטר (Craig Venter), שפרסם את כל הגנום שלו ברשת. האלגוריתם זיהה את שם המשפחה, ולאחר הצלבת השם עם נתונים נוספים - גילו של ונטר, והעובדה שהוא מתגורר בקליפורניה - צומצם החיפוש לשני אנשים בלבד. כמו כן הצליחו החוקרים לזהות כמעט בוודאות משפחה מורמונית גדולה מיוטה, על פי כרומוזומי ה-Y של בניה.

זהות חשופה

"לטכניקת הזיהוי שפיתחנו יכולים להיות לא מעט שימושים מועילים, כמו איתור קרובים, זיהוי גופות באסונות טבע ועוד", אומר פרופ' הלפרין. "עם זאת, המחקר שלנו חשף בעיה מהותית שדורשת התייחסות: אם אדם מפרסם את הגנום שלו באינטרנט, גם כשהדבר נעשה בעילום שם, זהותו חשופה למדי, וצריך לזכור שאנחנו בדקנו כרומוזום אחד בלבד מתוך כלל המידע הגנטי, שכולל עוד 22 כרומוזומים. למרות זאת חשוב לציין כי אנו רואים בחיוב את שיתוף המידע הגנטי במסדי מידע ציבוריים, בהסכמה כמובן. שיתוף המידע חיוני לקידום המדע וישנם יתרונות רבים למשתמשים בשירותים אלו. אולם, חשוב שכל הגופים הקשורים לשיתוף המידע, כולל האנשים אשר נתוניהם נמצאים במסדי המידע, המדענים והגופים המפרסמים את המידע יהיו מודעים לאופי החשיפה ויפעילו את שיקוליהם בהתאם".

ד"ר יניב ארליך מציין כי: "מסקנה מתבקשת מהמחקר שלנו היא שמאגרים ביומטריים יכולים ליצור מצבים בלתי צפויים. לדוגמא, מי חשב ששמות משפחה יכולים להתגלות ממידע גנטי. לכן אנו מאמינים שמחוקקים צריכים לנקוט במשנה זהירות כאשר הם מתכננים מאגרים כאלו".

חוקרים בבית הספר למדעי הפסיכולוגיה באוניברסיטת תל-אביב הראו לראשונה כי חשיפה לחיידק הגורם לדלקת גרון מהסוג השכיח בגיל הילדות עלולה להוביל לפגיעה בתפקוד המוח ולהפרעות נוירופסיכיאטריות.

זה יותר מעשרים שנה, רווחת בקהילה המדעית ההשערה לפיה הפרעה טורדנית כפייתית עשויה להיות קשורה במחלות ילדים מדבקות דוגמת דלקות גרון. פרופ' דפנה יואל וצוות החוקרים שלה בבית הספר למדעי הפסיכולוגיה באוניברסיטת תל-אביב, הציגו לראשונה הוכחה מדעית לאפשרות לגרימת הפרעה כזאת כתוצאה מחשיפה לחיידק סטרפטוקוקוס A הגורם בבני אדם לדלקת גרון. לדברי פרופ' יואל, פריצת הדרך המחקרית הזאת עשויה להוביל לפיתוח תרופות חדשות ל-OCD.

מחשבות אינטנסיביות ופעילות כפייתית

על פי נתוני האקדמיה האמריקאית לפסיכיאטריה של הילד והמתבגר, סובלים עד 2% מהילדים והמתבגרים בארה"ב מ-OCD. ההפרעה הזאת מאופיינת במחשבות אינטנסיביות החוזרות על עצמן, או בפעילות כפייתית העלולה לגרום לחוסר נוחות, חרדה ומתח, ולהפריע לתפקוד היום-יומי.

המחקר התבצע על ידי הדוקטורנטית לפסיכולוגיה, ליאור ברימברג, בשיתוף פעולה עם פרופסור מדליין קנינגהם מאוניברסיטת אוקלהומה, מומחית באימונולוגיה ובמחלות אוטואימוניות הקשורות לזיהום בסטרפטוקוקוס A, והתוצאות התפרסמו לאחרונה בכתב העת Neuropsychopharmacology.

פרופ' יואל מסבירה כי "כמעט בלתי אפשרי להראות כיצד יכולה דלקת הגרון להוביל להפרעה טורדנית כפייתית בבני אדם כיוון שכמעט כולנו נחשפנו לחיידקים אלו בזמן זה או אחר". העבודה המשותפת עם פרופ' מדליין קנינגהם, הנחשבת לאחת המומחים המובילים בעולם בתחום מחלות לב הקשורות לחשיפה לסטרפטוקוקוס, הובילה לפיתוח מודל חדש בבעלי חיים, המציג את האופן שבו חשיפה לחיידק משפיעה על המוח ומובילה לשורת הפרעות מוטוריות והתנהגותיות.

הנוגדנים לחיידק מתמקמים במוח

במעבדתם באוניברסיטת תל-אביב, יצרו פרופ' יואל וליאור ברימברג מודל של המחלה, תוך שהן משתמשות בחולדות שנחשפו לחיידקי strep. השוואת החולדות האלה לקבוצת בקרה של חולדות שלא נחשפו לחיידק, אפשרה למדוד ולזהות שינויים ברורים בהתנהגות החיות שנחשפו לחיידק. יש להבהיר כי החולדות  עצמן לא לוקות במחלה, אלא רק מייצרות נוגדנים נגד החיידק. נוגדנים אלה הם הגורמים להפרעות ההתנהגותיות.

המחקר העלה כי החולדות שנחשפו למחלה פיתחו נוגדנים שהתמקמו במוח, בתהליך שאישר את החשדות אותם העלו חוקרים שונים בעבר. החולדות שנחשפו לחיידק פיתחו קשיים באיזון ובקואורדינציה, כמו גם גילויים של התנהגות כפייתית דוגמת עיסוק מוגבר בניקיון.

ממצא חשוב במיוחד של החוקרות הוא העובדה לפיה הנוגדנים ל-strep נקשרים לקולטנים לדופאמין מסוג D1 ו-D2, הממוקמים במוח. הממצא הזה עולה בקנה אחד עם העובדה לפיה אחת התרופות המרכזיות ל- Sydenham's Chorea, הפרעה מוטורית הקשורה ל-strep – מתמקדת בדיוק בקולטנים לדופאמין מסוג D2. ואכן, גם במודל, טיפול בחולדות שנחשפו לחיידק בתרופה החוסמת רצפטורים מסוג D2 הביאה להקלה בהפרעה המוטורית.

פרופ' יואל מדגישה, כי המחקר מצביע על חשיבות מתן תשומת לב הולמת לכל דלקת גרון, על מנת להבטיח טיפול נכון ושימוש מושכל באנטיביוטיקה במקרה של זיהום בסטרפטוקוקוס A.

חוקרים בכל העולם מנסים היום לפתח מענה מקיף לצורך במצברים זעירים: מיקרו-מצברים שמפיקים זרם גבוה וגם פועלים לאורך זמן. “המצברים המקובלים בנויים ממספר שכבות: קטודה, אנודה, אלקטרוליט ואוסף זרם, שיוצרים ביניהם תגובה אלקטרוכימית המפיקה חשמל", מסבירה ד"ר' גולודניצקי. "כשמקטינים את כמות החומר כדי לבנות סוללה זעירה, פוחתת גם כמות האנרגיה, והסוללה אינה יעילה. בנוסף, האלקטרוליט הוא נוזל רעיל שעלול לדלוף, ולכן סוללות מסוג זה אינן מתאימות לשימושים רפואיים, בתוך גוף האדם. כמו כן, מצברים קטנים עם שכבות דקות של אלקטרוליט מוצק, שפותחו לפני כ-15 שנה, זקוקים לטעינות תכופות מדי. פרופ' מנחם נתן מהפקולטה להנדסה הציע פתרון מבריק: שבב סיליקון מחורר, המכיל מספר גדול של מצברים בממדי ננו. קבוצת המחקר שלנו מפתחת מצברים זעירים המתבססים על הרעיון של פרופ' נתן".

לספק את המתח הנכון

המצברים הזעירים בנויים לתוך שבב סיליקון תלת-ממדי, ששטחו 1 סמ"ר ועוביו 500 מיקרון, ובו 20,000 עד 30,000 חורים דקים, בקוטר מיקרון, ובמרחק 10 מיקרון זה מזה. בעזרת שיטות חכמות של ‘כימיה רטובה' - תהליכי ציפוי שונים בתוך תמיסות - מצליחים החוקרים למקם בכל אחד מהחורים שכבות דקות המרכיבות ננו-מצבר עצמאי. בסך הכל מציע השבב פי 10 עד 40 יותר חומר פעיל לייצור חשמל, והספק גבוה פי 10 ליחידת שטח, בהשוואה למיקרו-מצברים אחרים. "אנו מפתחים מגוון מצברים העשויים מננו-חומרים שונים, כדי לספק מתח נכון לצרכים ולשימושים שונים", אומרת ד"ר' גולודניצקי. “לדוגמה, תאים סולאריים זקוקים למתח נמוך של 5 וולט, ומצברים המשמשים למטרות רפואיות פועלים בדרך כלל על מתח של 3 וולט ומעלה".

לבריאות ולביטחון

היישומים הפוטנציאליים של המצברים הזעירים רבים מאוד, ובהם: שתלים שמשחררים תרופות בגוף באופן מבוקר; קפסולות לבליעה הנושאות מיקרו-מצלמות להדמיה פנימית של מערכת העיכול (אנדוסקופיה); שתלים באוזן המסייעים לשמיעה; קוצבי לב; חיישנים למדידת לחץ דם או רמת האינסולין בדם; אגירת אנרגיה המופקת מהשמש על-ידי תאים סולאריים קטנים; חיישנים לניתור סביבתי ומדידת לחץ אטמוספרי; וחיישנים הפזורים בשטח למטרות ביטחוניות.

תאי דלק ירוקים

במחקרים אחרים נעזרו החוקרים בשיטות של ננוטכנולוגיה כדי לקדם יישומים מתחום האנרגיה, ובעיקר תאי דלק ‘ירוקים' ונקיים. "תא דלק הוא מתקן אלקטרוכימי שממיר באופן רציף אנרגיה כימית של דלק (כמו מימן) וחומר מחמצן (כמו חמצן או אוויר) לאנרגיה חשמלית", מסביר פרופ' פלד. "תאי הדלק הירוקים ידידותיים לסביבה, מכיוון שהם פולטים רק מים וחום לאטמוספרה, ובעשור האחרון הם מעוררים עניין רב ברחבי העולם כאמצעי לייצור ולאגירת אנרגיה בכלל ואנרגיה נקייה בפרט. הם יכולים לשמש לאגירת חשמל המיוצר מאנרגיית הרוח או השמש, ולאספקת חשמל לרשת או לבתים בודדים (בשילוב עם מיזוג אוויר), וכמובן גם למכשירים ניידים. אולם היישום המבטיח ביותר היום הוא הנעת כלי רכב חשמליים".

מרכיב חשוב בתאי הדלק הם הזרזים - חלקיקים ננומטריים שמאפשרים את תהליכי החמצון-חיזור המתרחשים בתא הדלק. הזרזים הקיימים היום עשויים בדרך כלל מננו–חלקיקים של פלטינה - מתכת יקרה במיוחד, שעלותה מגבילה מאוד את השימוש בתאי דלק. למעשה, מחיר הזרזים כיום הוא כמחצית ממחירו של תא הדלק כולו. כדי לייעל ולהוזיל את היישומים, פיתח הצוות של פרופ' פלד זרזים מסוג חדש: גרעין ננומטרי העשוי ממתכת אחרת, יקרה פחות, עטוף בקליפה דקה או בתת–קליפה של פלטינה או סגסוגת פלטינה. זרזים אלה מיוצרים בטכניקה נוחה של שיקוע אל-חשמלי, בטמפרטורת החדר. הם מפחיתים משמעותית את עלות תא הדלק, ובה בעת אינם פוגעים בביצועיו, ולעתים אף משפרים אותם.

מתוך החוברת "המהפכה הזעירה" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>

"רופאים פוגשים מדי יום במטופלים שאינם יכולים או אינם רוצים להפסיק לעשן", אומרת ויקי מאיירס, חוקרת  מבית הספר לבריאות הציבור בפקולטה לרפואה של אוניברסיטת תל-אביב. "כדי להתמודד עם המציאות בשטח בחרו מאיירס ועמיתיה, ד"ר יריב גרבר ופרופ' אורי גולדבורט, לבחון את רמות השרידות ותוחלת החיים של מעשנים שהפחיתו את מספר הסיגריות, אך לא חדלו לעשן. הנתונים שעמדו לרשות החוקרים כיסו תקופה ארוכה במיוחד של 40 שנה.

השיפור הגדול ביותר נמצא כצפוי אצל מעשנים שחדלו לחלוטין לעשן – ירידה של 22% בסיכון לתמותה מוקדמת בהשוואה למעשנים שלא שינו מהרגלם. עם זאת, גם מעשנים שרק הפחיתו את כמות הסיגריות, נהנו מירידה משמעותית של 15% בסיכון. ממצאים אלה מראים כי הפחתה בעישון מהווה בהחלט אסטרטגיה ראויה לצמצום סיכונים. מאיירס מציינת שהתועלת הגדולה ביותר מן ההפחתה נרשמה בקרב מעשנים כבדים.

המחקר מאוניברסיטת תל-אביב פורסם בכתב העת American Journal of Epidemiology.

מעשנים פחות ומאריכים את החיים   

כדי לבחון את השפעת ההפחתה בעישון לאורך זמן הסתמכו החוקרים על נתונים מן המחקר הישראלי על מחלת לב איסכמית, שהחל בשנת 1963 והקיף 4,633 גברים – כולם עובדים ומעשנים באותה עת. המשתתפים, שגילם הממוצע היה אז 51 , רואיינו בנוגע להרגלי העישון שלהם בתחילת המחקר, ושוב כעבור שנתיים, ב-1965. אחר כך נערך מעקב אחר אחוזי התמותה בקרבם לאורך 40 שנה.

בראיון הראשון חולקו המשתתפים לארבע קטגוריות על פי מספר הסיגריות שעישנו ביום:   0, 10-1, 20-11, ו-21 ומעלה. בראיון השני ציינו החוקרים אם במהלך השנתיים שחלפו המרואיין הפחית, הגביר או שמר על רמת העישון, או הפסיק לעשן. הפחתה או הגברה הוגדרו כתזוזה בקטגוריה אחת או יותר.

באופן בלתי מפתיע התברר כי אלה שהפסיקו לעשן נהנו מהשיפור הגדול ביותר – ירידה של 22% בתמותה הכוללת. אצל מעשנים שהפחיתו את כמות העישון וירדו בקטגוריה אחת או יותר נמצאה ירידה של 15% בסיכון לתמותה בכלל, וירידה של 23% בסיכון למוות ממחלת לב. בנוסף מדדו החוקרים את שרידותם של משתתפי המחקר עד גיל 80. הם מצאו כי מי שחדל לעשן נהנה מסיכוי מוגדל ב-33% להגיע לגיל 80, ואילו אצל המפחיתים גדל הסיכוי ב-22%.

המחקר של הצוות מאוניברסיטת תל-אביב הוא מהבודדים שמתייחסים גם להפחתה בעישון, ולא רק להפסקה מוחלטת, ולדברי מאיירס ממצאיו מעידים באופן ברור כי עדיף להפחית מאשר לא לעשות דבר. "רבים מהמחקרים בוחנים שינויים לטווח קצר", היא אומרת, "אך כדי להוכיח את השפעתה החיובית של ההפחתה נדרש מעקב לאורך שנים רבות, מכיוון שהנזק שגורם העישון ותהליך ההחלמה ממנו אורכים זמן רב".

אף פעם לא מאוחר מדי

אחת המסקנות החשובות ביותר של המחקר היא שאף פעם לא מאוחר מדי לשנות את הרגלי העישון. משתתפי המחקר המקורי, שהיו בממוצע כבני 50 בתחילתו, יכלו עדיין להפסיק או לצמצם את העישון, וליהנות מתוצאות המאמץ לטווח הארוך. "אופציית ההפחתה שנויה במחלוקת, כי חלק מאנשי מקצועות הבריאות סבורים שהיא מחלישה את המסר שחייבים להפסיק לעשן. גם אנו ממליצים יותר מכל על הפסקת העישון, ועם זאת הוכחנו כי כאשר לא ניתן להפסיק, הפחתת העישון אף היא אסטרטגיה שמצמצמת סיכונים. לפיכך אנו ממליצים למעשנים לנקוט בכל צעד שהוא אפשרי מבחינתם, כדי לשפר את בריאותם לטווח הארוך," מסכמת מאיירס.

"היום נעזרים צוותים רפואיים וקבוצות מחקר באטלס ישן של המוח, המתבסס על מוחו של אדם אחד, אשר תרם את גופו למדע." מסביר פרופ' יניב אסף מהמחלקה לנוירוביולוגיה באוניברסיטת תל-אביב ומבית הספר סגול למדעי המוח, שיזם את המחקר הבינלאומי ושימש כמתאם קבוצות המחקר, "האטלס החדש, לעומת זאת, מבוסס על דגימות MRI  של נבדקים רבים, ואף מוגש בתלת מימד. לפיכך, בזכות שיטת המחקר והיקפו, הוא מפורט ומדויק הרבה יותר. למעשה, האטלס החדש מאפשר לנו לבחון את המוח בדרך שהייתה אפשרית קודם רק במיקרוסקופ".

החידוש הראשון באטלס טמון בעצם מיפויו של החומר הלבן  - המורכב מסיבי עצב המעבירים מידע - במוחם של אנשים חיים, ולא בנתיחה שלאחר המוות. פריצת הדרך התאפשרה בזכות טכנולוגייתMRI , שמסוגלת ליצור תמונה של המוח החי בהליך בלתי חודרני. שנית, האטלס החדש אינו מסתפק במידע ממוח אחד, אלא מסתמך על הדמיית מוחותיהם של 120 נבדקים בריאים, בני 35-25 שנים. הנתונים, שקובצו ועובדו בטכניקות עיבוד תמונה מתקדמות, נותנים תמונה רחבה ומדויקת של מבנה המוח התקין.

האטלס החדש מציג מיקרו-מבנים זעירים בכל רחבי המוח באופן מסודר ומקודד, המתאים גם למשתמש שאינו מומחה בחקר המוח, כגון רופא או חוקר מתחום אחר. התמונות מייצגות פרמטרים מגוונים, שנאספו ונמדדו באמצעות ה-MRI, כמו למשל עובי הסיבים וצפיפותם באזורים השונים. הן נועדו לשמש סטנדרט של מוח בריא, שאליו ניתן להשוות הדמיות ממוחות של מטופלים ונבדקים עתידיים.

מהחומר האפור לחומר הלבן

בנוסף לתרומתו הרפואית, צפוי הפרויקט להאיץ ולקדם באופן משמעותי את חקר החומר הלבן במוח, פעילותו ותפקודיו. "עד היום התמקדו מדעני המוח בעיקר במה שמכונה 'החומר האפור'," אומר פרופ' אסף. "הם נמנעו מלחקור את 'החומר הלבן', המהווה כמחצית מנפח המוח, בעיקר מפני שחסרו להם שיטות מחקר יעילות. שיטת ה-MRI שפיתחנו תאפשר לחוקרים לראשונה להתבונן במתרחש בסיבי העצב במוח החי, ותפתח בפניהם עולם של אפשרויות חדשות".

בין היתר מתכוונים פרופ' אסף ועמיתיו להיעזר בטכנולוגיה כדי לבחון את הדינמיות וההשתנות לאורך זמן של המיקרו-מבנים שבחומר הלבן. כך לדוגמה, הם יחפשו את טביעת האצבע שמותיר תהליך קוגניטיבי, כמו למידת נושא חדש, בסיבים שבמוח. כיוון מחקר נוסף הוא אפיון והבנת השינויים שגורמות מחלות שונות במוח האנושי, כמו אלצהיימר או סכיזופרניה, במטרה לפתח שיטות אבחון יעילות ואמינות.