ככל שאנו מתבגרים, חלק מהתאים בגופנו נכנסים למצב של הזדקנות תאית (senescence), שבו הם מפסיקים להתחלק אך אינם מתים, ובשל כך קיבלו את הכינוי "תאי זומבי". תאים אלו עלולים לתרום להופעה של הפרעות הקשורות לגיל, כגון סרטן, ניוון רקמות ומחלות דלקתיות.
במסגרת פיתוח שעשוי להוביל לדרכים טובות יותר לאבחון ולטיפול במחלות אלו, חוקרים מ-MIT פיתחו שיטה לא-פולשנית לזיהוי סמנים ביולוגיים להזדקנות תאית. השיטה מבוססת על מיקרוסקופיית ראמאן (Raman microscopy), המאפשרת לחשוף את ההרכב הביוכימי של תאים מבלי לפגוע בהם. המחקר מומן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות של ארצות הברית (NIH) ובית החולים הכללי של מסצ'וסטס.
באמצעות שילוב של מיקרוסקופיית ראמאן עם נתוני ביטוי גנים ברמת התא הבודד (מאותם תאים עצמם), הצליחו החוקרים לזהות "ברקודים" ייחודיים, שבאמצעותם ניתן לזהות במהירות תאים מזדקנים. המחקר נערך על תאי עכבר, אך החוקרים פועלים כעת להתאמת השיטה לשימוש ברקמות אנושיות.
המחקר הוא חלק מיוזמה של המכונים הלאומיים לבריאות בארצות הברית, הנקראת "רשת ההזדקנות התאית" (Cellular Senescence Network). יוזמה זו שואפת להעמיק את ההבנה של תהליך ההזדקנות התאית, מתוך תקווה לפתח טיפולים שיוכלו להיאבק בחלק מההשפעות המזיקות לרקמות הנגרמות על ידי תאים מזדקנים.
אפיון הזדקנות תאים
הזדקנות תאית נגרמת לרוב מנזק ל-DNA, המוביל לעצירה בלתי הפיכה של מחזור התא. תאים אלה אינם מתים, אך הם עוברים שינויים משמעותיים בצורתם, בתהליכים המטבוליים ובפרופילי ביטוי הגנים שלהם.
מערכת החיסון אחראית על ניקוי "תאי זומבי", אך ככל שאנשים מזדקנים, התהליך הזה הופך לפחות יעיל. כאשר "תאי הזומבי" מצטברים, הם עשויים לתרום לעור נפול, לחולשת שרירים ולמצבים כרוניים כמו דלקת מפרקים ניוונית וסוכרת מסוג 2.
להזדקנות תאית יש גם השפעות מועילות, והיא ממלאת תפקידים קריטיים בהתפתחות עוברית ובהתחדשות רקמות. "הזדקנות אינה רק מצב פתולוגי", אמר אחד ממחברי המחקר. "הרעיון מאחורי רשת ההזדקנות התאית של NIH הוא לנקוט גישה מקיפה מאוד להבנת הזדקנות ולזיהוי תאים מזדקנים, מכיוון שהיא ממלאת תפקיד בתנאים פיזיולוגיים נורמליים רבים ובמצבים פתולוגיים רבים".
מדענים כבר זיהו כמה סמנים ביולוגיים להזדקנות, כולל שני חלבונים הנקראים p16 ו-p21, המעורבים בעצירת מחזור התא. עם זאת, ניתן לזהות חלבונים אלה רק באמצעות תהליך שבסופו של דבר הורס את התאים.
צוות MIT רצה למצוא דרך לזהות תאים מזדקנים באופן לא פולשני באמצעות מיקרוסקופיית ראמאן. בניגוד לריצוף RNA, אשר צורך את התאים בזמן שהוא מנתח אותם, מיקרוסקופיית ראמאן היא טכניקה לא הרסנית שחושפת את ההרכב הכימי של רקמות או תאים על ידי הארת אור אינפרא-אדום קרוב או אור נראה עליהם.
במחקר החדש, החוקרים השתמשו במיקרוסקופיית ראמאן בשילוב עם ריצוף RNA מרחבי - טכניקה שחושפת היכן גנים פעילים בתוך רקמה - כדי לזהות סמנים חדשים של הזדקנות. על ידי שילוב שתי טכניקות אלו, הם הצליחו ליצור תמונה רחבה הרבה יותר של המאפיינים הייחודיים של תאים מזדקנים, כולל רמות ביטוי גנים, מיקום מרחבי ומידע ביוכימי אחר.
"הרעיון שלנו היה לבחון מאפיינים רבים ושונים כדי לאפיין הזדקנות תאית. לכן רצינו לשלב בין ניתוח ביטוי גנים ברמת התא הבודד למיקרוסקופיית ראמאן, כך שנוכל לאפיין את ההזדקנות התאית משתי נקודות מבט משלימות", אמר אחד המחברים של המחקר.
באמצעות שתי שיטות הניתוח, החוקרים בחנו רקמות עור וריאה שנלקחו מעכברים בני חודשיים ומעכברים בני 26 חודשים. אחד השינויים הבולטים ביותר שנצפו הן בתאי ריאה והן בתאי עור היה עלייה בסינתזת ליפידים (שומנים) בתאים המבוגרים יותר, לצד הצטברות של ליפידים. החוקרים מציינים כי טרם ידוע כיצד תהליך זה משפיע על הפיזיולוגיה של התאים.
כמו כן, החוקרים זיהו השפעות שהיו ייחודיות לכל סוג רקמה. בתאי עור מזדקנים, הם גילו כי חלה השפעה משמעותית על מסלולים תאיים הקשורים לכיווץ שרירים ולעיצוב מחדש של קולגן והמטריצה החוץ-תאית. ברקמת ריאה מזדקנת, הם מצאו פעילות מוגברת של גנים המעורבים בהפעלת מערכת החיסון ובדלקת. במחקר עתידי, החוקרים מקווים להעמיק ולבחון את התפקיד שממלאים שינויים אלה בתאים המזדקנים.
זיהוי תאים מזדקנים
באמצעות נתונים אלה, הצליחו החוקרים לזהות שילובים של שיאי ספקטרום ראמאן (Raman peaks) המתואמים עם תהליך ההזדקנות התאית. שיאים אלו, המייצגים קשרים כימיים ספציפיים, קשורים לנוכחותם של ליפידים, חלבונים או מולקולות אחרות מסוימות.
"על ידי שילוב מאפייני ראמאן מרכזיים עם חתימות גנטיות משמעותיות, הצלחנו ליצור 'ברקוד' שיסייע לנו לזהות תאים מזדקנים באופן אובייקטיבי יותר", אמר מחבר אחר של המחקר. "באמצעות ברקוד זה, אנו יכולים להתמקד במספר מצומצם של תחומי תדר (bands) בספקטרום ראמאן, אשר נמצאו כבעלי הערך האינפורמטיבי הרב ביותר במחקר זה". שימוש בתחומים אלו עשוי לאפשר זיהוי של תאים מזדקנים על ידי התמקדות אך ורק באותם אזורים בספקטרום הראמאן; הדבר עשוי לסייע בפיתוח כלי אבחון המסוגלים לזהות תאים שעברו תהליך הזדקנות.
כדי לקדם מטרה זו, החוקרים עובדים כעת על פיתוח גרסה מהירה יותר של מערכת הדמיית הראמאן שלהם. נכון לעכשיו, ניתוח דגימת רקמה בגודל של כמילימטר רבוע אחד אורך כ-30 שעות, אך החוקרים מקווים לפתח מערכת המסוגלת לזהות במהירות את ברקודי הראמאן שאיתרו, גם בתוך דגימות גדולות יותר.
התרעות פיקוד העורף