מחקרים

חוקרים באוניברסיטת תל אביב הראו במחקרם שאדם יכול לאמן את ידו ולשפר את ביצועיה, גם מבלי להפעיל אותה באופן רצוני, כל זאת באמצעות שיטות תרגול ש'מערימות' על המוח בעזרת טכנולוגיה של מציאות מדומה. המחקר בוצע על ידי פרופ' רועי מוכמל ותלמיד המחקר אורי אוסמי מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. המאמר התפרסם בכתב העת המדעי Cell Reports.

מניפולציה ויזואלית

"תהליך השיקום של נפגעי מוח בכלל, ונפגעי אירוע מוחי בפרט, מתבסס כיום על אימון פעיל של האיבר הפגוע," מסביר פרופ' מוכמל. "הקושי מתבטא בכך שאותו איבר, לדוגמה היד, חלש מאוד בעקבות הפגיעה הנוירולוגית, ולכן האימון מפרך, מתיש ואיטי. במחקר שלנו, שנערך בשלב זה עם קבוצות של נבדקים בריאים, ביקשנו לבחון דרכים חלופיות לשיפור ביצועיה של היד, מבלי להפעיל אותה באופן רצוני."

בשלב הראשון התבקשו 18 נבדקים לחבוש משקפי מציאות מדומה. במשקפיהם הוצגו ידיים וירטואליות, שנראו להם כהמשך טבעי של גופם, אך תנועתן נשלטה על ידי החוקרים בעזרת תוכנה מיוחדת. בנוסף לבשו הנבדקים כפפות עם חיישני תנועה, שאפשרו לחוקרים לעקוב אחר תנועותיהן של האצבעות האמיתיות של הנבדק. במצב זה קיבלו הנבדקים מטלה: לאמן את יד ימין לבצע רצף נתון של נגיעות של האצבעות באגודל.

במהלך האימון הפכו החוקרים את התמונה שהוצגה לנבדקים במשקפיים: בעודם מתרגלים את יד ימין, ראו המשתתפים דווקא את יד שמאל (הווירטואלית) מבצעת את התנועה בזמן אמת. בדיקה בסיום האימון העלתה כי ביצועיה של יד שמאל (האמיתית), שלמעשה לא נעה כלל לאורך כל האימון, השתפרו משמעותית על פי המדד שנקבע במחקר: עלייה של כ-15% במספר הביצועים המדויקים של המטלה ב-30 שניות.

יד ימין זזה - יד שמאל השתפרה ב-30%

בשלב השני של המחקר הוסיפו החוקרים מתקן נוסף: 18 נבדקים חדשים התבקשו להניח את שתי הידיים בתוך מכשיר שמונע מהם להניע רצונית את יד שמאל, אך מניע אותה באופן אוטומטי על פי תנועותיה של יד ימין. במילים אחרות: הנבדק מאמן בצורה רצונית את יד ימין, ויד שמאל מחקה את פעולותיה במדויק, אך באופן פסיבי לחלוטין.

"השילוב בין שתי הטכניקות – צפייה במציאות וירטואלית ותנועה פסיבית של יד שמאל, הניב את התוצאות הטובות ביותר," אומר פרופ' מוכמל. "ביצועיה של יד שמאל בעקבות האימון המשולב השתפרו בקרוב ל-30% נוספים, אף על פי שבפועל אימן הנבדק פיזית אך ורק את ידו הימנית."

פעילות עצבית באונה הקודקודית

בשלב השלישי של המחקר בחנו החוקרים את הפעילות המוחית של 18 נבדקים נוספים בעת ביצוע המטלה, באמצעות טכנולוגיית fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging). הם מצאו פעילות עצבית מובהקת באזור מסוים במוח הקרוי האונה הקודקודית, המעורב בעיבוד מידע חושי ובתפיסה מרחבית. יתרה מכך: מידת הפעילות שנצפתה באונות הקודקודיות בשני צידי המוח בזמן האימון ניבאה את מידת השיפור בביצוע המטלה על ידי יד שמאל - כל זאת בהיעדר אימון פיזי פעיל ורצוני של יד זו.

"התוצאות שלנו עשויות להוות בסיס לפיתוח שיטות טיפול חדשניות עבור חולים עם פגיעה עצבית חד-צידית (hemiparesis), למשל בעקבות שבץ מוחי," מסכם פרופ' מוכמל. "ייתכן כי טכנולוגיות שיתבססו על הגישה החדשה יאפשרו בעתיד לחולים אלה לשפר את תפקודי היד הפגועה על ידי אימון נוח וקל יותר של היד הבריאה. מדובר במסלול אימון עוקף, הנעזר במציאות מדומה כדי 'להערים' על המוח."

המחקר בוצע בקרב נבדקים בריאים. בימים אלה עוסקים החוקרים במחקר המשך, המתמקד בנבדקים עם פגיעה מוחית, שעוברים הליכי שיקום. המטרה היא לבחון האם השיטה, שפעלה היטב בנבדקים בריאים, תוכל לסייע גם לחולים עם פגיעה נוירולוגית, ולשפר את תפקודה של הגפה הפגועה על ידי אימון הגפה הבריאה.

המאמצים המחקריים למאבק במחלת האלצהיימר ממשיכים. רק לאחרונה הצליחו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב לתקן פגם גנטי הגורם למחלת אלצהיימר ולפרוץ דרך חדשה לקראת פיתוח טיפול אפקטיבי למחלה, והפעם חוקרים באוניברסיטת תל אביב גילו כי הגן RGS2 עשוי לשמש כבסיס לאבחון המחלה בבדיקת דם פשוטה, משום שרמתו מופחתת משמעותית בדמם של חולי אלצהיימר. הגן RGS2 מוכר למדע כבר שנים רבות כאחראי על כיבוי אותות המועברים בין תאי עצב, אך רק כעת התברר כי הוא ממלא תפקיד מרכזי גם במחלת האלצהיימר. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת Translational Psychiatry.

הגילוי החדש עשוי להוות פריצת דרך משמעותית בחקר מחלת האלצהיימר - הגורם המוביל לשיטיון (דמנציה) באוכלוסייה המבוגרת, אשר שכיחותו נמצאת בעלייה מתמדת עם העלייה בתוחלת החיים. חשיבות התגלית מודגשת במיוחד מכיוון שעד היום, חרף מאמציהם הכבירים של חוקרים בכל העולם במשך עשרות שנים, טרם נמצאו כלי אבחון מוקדם יעילים או טיפולים אפקטיביים לאלצהיימר.

המחקר הובל על ידי ד"ר דוד גורביץ מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית של האדם ולביוכימיה בבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר; פרופ' אילנה גוזס, המחזיקה בתפקידי מחקר בכירים בבית הספר לרפואה, במרכז-העל לחקר המוח ע"ש אדמס ובבית ספר סגול למדעי המוח, ומופקדת הקתדרה ע"ש לילי ואברהם גילדור לחקר גורמי גידול באוניברסיטת תל אביב; תלמידתם המשותפת לתואר שלישי אדוה הדר והחוקרת ד"ר אלנה מילנזי; בשיתוף עם ד"ר נועם שומרון, ראש המעבדה לבינה גנומית התא בבית הספר לרפואה, תלמידתו ד"ר דפנה וייסגלס, וקבוצות מחקר מאיטליה ומצ'כיה.

ירידה ברמת ביטוי הגן RGS2

"בשנים האחרונות עלה ספק לגבי החלבון עמילואיד-בטא כמאפיין מובהק של אלצהיימר, מכיוון שהתברר כי הוא מצטבר גם במוחות בריאים בגיל המבוגר. אחת ההשערות שהועלו לפתרון הסוגיה הייתה כי אנשים מסוימים רגישים יותר להצטברות של עמילואיד-בטא, ולפיכך הם נמצאים בסיכון גבוה יותר לחלות באלצהיימר." מסביר ד"ר גורביץ.

כדי לבחון את ההשערה נטלו החוקרים דגימות תאי דם מ-28 אנשים בריאים, וחשפו אותן במעבדה לחלבון עמילואיד-בטא. ואכן, הם זיהו שתי קבוצות: תאי הדם של חלק מהנבדקים הראו רגישות גבוהה (שהתבטאה בעיכוב בצמיחת התאים) לעמילואיד-בטא, ואילו הקבוצה האחרת הראתה רגישות נמוכה. כעת הם ביקשו לבדוק מהו ההבדל בין שתי הקבוצות.

החיפוש אחר הבדלים ספציפיים בין תאי הדם הרגישים לעמילואיד-בטא לאלה שאינם רגישים, התבצע באמצעות טכנולוגיה חדשנית של חיפוש גנים לרוחב הגנום כולו. להפתעתם, גילו החוקרים מאפיין ברור, אשר עד כה לא קושר מעולם למחלת האלצהיימר: הגן RGS2. גן זה, כך התברר, מצוי ברמה נמוכה יותר בתאי הדם הרגישים לעמילואיד-בטא, בהשוואה לתאים הפחות רגישים. ניסוי נוסף העלה כי גם תאי דם שנלקחו מחולי אלצהיימר מתאפיינים ברמות נמוכות של הגן RGS2, בהשוואה לתאי הדם של מתנדבים בריאים מאותה קבוצת גיל.

כדי לבחון את ממצאיהם מזווית נוספת, פנו החוקרים למאגרי מידע קיימים של ביטויי גנים בדמם של חולי אלצהיימר וברקמות מוח שנלקחו מחולים לאחר מותם. ואכן, הנתונים שהופקו באמצעות שיטות מתקדמות של כריית נתונים, מאששים את תוצאות המעבדה: ביטויו של הגן RGS2 אכן התגלה כנמוך יותר בדם וברקמות המוח של חולי אלצהיימר, בהשוואה לאנשים שאינם חולים במחלה. יותר מכך: התברר שהירידה המובהקת בביטוי הגן ניכרת כבר בדמם של אנשים בשלב הראשוני של המחלה, המוגדר כירידה קוגניטיבית קלה. כלומר, מדובר לראשונה בסמן ביולוגי ברור, שעשוי לאפשר אבחון של חולי אלצהיימר כבר בשלב המוקדם, ואולי אף להבחין בינם לבין אנשים הלוקים בירידה קוגניטיבית מסיבות אחרות – והכל באמצעות בדיקת דם פשוטה.

"התגלית שלנו עשויה להוות פריצת דרך, שתשנה את כיווני המחשבה והפעולה של חוקרי מחלת אלצהיימר," מסכם ד"ר גורביץ. "אנו מאמינים כי יש לה פוטנציאל משמעותי לפיתוח כלי אבחון עתידיים ואף תרופות מסוג חדש למחלת האלצהיימר, שגורמת סבל עצום למיליונים רבים בכל העולם."

פרויקט החללית רוזטה והנחתת פילאי הינו הפרויקט המורכב ביותר למחקר שביטים, תכנית הדגל של הסוכנות האירופית אסא. גם סוכנות החלל האמריקאית נאס"א תרמה מספר מכשירי מדידה. חוקרים מכל העולם מעבדים את תוצאות המדידות שהתקבלו, וגם במעבדת השביטים בחוג למדעי כדור הארץ ברשות פרופ' עקיבא בר-נון, עם צוות החוקרות ד"ר דיאנה לאופר והדוקטורנטית עדי ניניו גרינברג, מתבצע מחקר לפי התוצאות שהתקבלו עד כה.

החללית רוזטה לא תוכננה למשימת נחיתה, ומהנדסי המשימה חושבים שהחללית תתרסק על פני השטח ובכך כנראה תסיים את חייה. ההתקרבות לקראת ההתרסקות כבר החלה, וכל הזמן מתקבלות תמונות ברזולוציה גבוהה יותר ויותר, בתקווה להגיע לרזולוציה של מספר מטרים, על מנת לצלם בתוך המכתשים שנוצרו על פני השטח, כתוצאה מתהליכי שיחרור סילוני גזים ואבק.

קצת היסטוריה

השביטים הם גופים קטנים קפואים במערכת השמש המורכבים מקרח מים, אבק, חומרים אורגניים וגזים שונים, בעיקר פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני. כאשר שביט מתקרב לשמש, נוצר זנב של גז ואבק זוהר באורך של מיליוני קילומטרים. השביטים מכילים חומרים שנשמרו מאז היווצרות מערכת השמש, לכן המדידות של משימת הרוזטה יתרמו להבנת התהליכים שהביאו את המים, חומרים אורגניים וגזים לכדור הארץ.

החללית רוזטה שוגרה מכדור הארץ במארס 2004 וב-10 בספטמבר 2014 נכנסה למסלול הקפה סביב השביט צ'וריומוב-גרסימנקו שגודלו כ-4 קילומטרים. ב-12 בנובמבר 2014 הנחתת של רוזטה, פילאי, נחתה על פני השביט, אך למרבה הצער, פילאי נחתה על צידה במקום אפל, אך עדיין הצליחה לערוך מדידות ולשדרן לכדור הארץ במשך כ-57 שעות. ב-5 בספטמבר השנה, הצליחו החוקרים לזהות את הנחתת על פני השטח הגבשושי של השביט.

תגליות פורצות דרך

במהלך השנתיים בה החללית רוזטה עוקבת אחרי השביט נערכו מספר עצום של מדידות, למשל איסוף של מעל 1.7 מיליון מדידות הרכב בהן זוהו 34 מולקולות חדשות מתוך 60.

מבין התגליות החשובות של המשימה: מדידת הרכב המים, שונה מהרכבו בכדור הארץ; גילוי לראשונה של הגזים האצילים ארגון, קריפטון וקסנון יחד עם חנקן וחמצן, המעידים על היווצרות השביט בטמפרטורה נמוכה של כ-K 30, כפי שנמדד גם במעבדותינו; גילוי חומרים אורגניים ובעיקר גילוי חומצה אמינית גליצין, הנמצאת בחלבונים ובזרחן, יסוד הנמצא בדנ"א, כלומר חומרים הקשורים להופעת החיים בכדור הארץ. כמו כן נמדדה פעילותו של השביט במסלולו סביב השמש, שינויים על פני השטח ויצירת מכתשים כתוצאה מהתפרצויות. תוצאות מדידת חוזק הקרקע על השביט וצפיפותו גם תואמות את המדידות שהתקבלו במחקרים שנערכו במעבדת מחקר השביטים. תוצאות רבות נוספות תתפרסמנה עם סיום המשימה. 

סוכנות החלל האירופית תשדר את האירוע בשידור חי באתר סוכנות החלל האירופית ובפייסבוק.

את המחקר הוביל ד"ר יפתח יעקובי, ראש המעבדה לאנרגיה מתחדשת בביה"ס למדעי הצמח ואבטחת מזון, בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס. וייז באוניברסיטת תל אביב. הוא נתמך על ידי מנהלת ראש הממשלה לתחליפי נפט בראשות אייל רוזנר, והשתתפו בו מספר חוקרים ממעבדתו של ד"ר יעקובי: הדוקטורנטית רינת סמיאטיץ, ד"ר עודד לירן, ד"ר חביבה איילנברג ותלמיד המחקר עידו וינר.

המהפכה המוטורית של המימן

"המימן הוא מקור אנרגיה בעל יתרונות אדירים", אומר ד"ר יעקובי. "ראשית, תכולת האנרגיה שלו עצומה: טווח הנסיעה של מכונית המונעת במימן הוא יותר מ-500 ק"מ ל-5 ק"ג מימן, ואופניים יגמעו למעלה מ-100 ק"מ על 30 גרם בלבד של מימן; שנית, המימן כלל אינו מזהם: תהליך ניצולו בתאי הדלק החשמליים יוצר אך ורק אדי מים, ומהמפלט של מכונית המונעת במימן ייפלטו רק מים נקיים, הראויים אפילו לשתייה!" ולא מדובר רק בחלומות לעתיד: המהפכה המוטורית של המימן מתרחשת כאן ועכשיו. כבר ב-2015 החלו החברות טויוטה ויונדאי בייצור סדרתי של מכוניות 'מיראי' ('עתיד' ביפנית) ו'טוסון' - רכבים חשמליים המונעים בגז המימן; במקביל מוסבים למימן גם אופניים חשמליים; תחנות תדלוק למימן נבנות כיום ביפן, בסקנדינביה, בגרמניה ובקליפורניה; ומדענים בכל העולם מחפשים אחר שיטות יעילות ונגישות להפקת מימן בהיקפים גדולים.

לדברי ד"ר יעקובי, כבר בשנת 1942 גילו מדענים כי מיקרו-אצות – אצות חד-תאיות המצויות בכל מאגר של מים עומדים, ומעניקות לו את צבעו הירוק, פולטות מימן במהלך הפוטוסינתיזה. אך הסברה הרווחת עד היום הייתה כי פליטת המימן מועטה ביותר, ולפיכך האצות אינן יכולות לספק לנו אנרגיה בהיקפים שימושיים.

"המימן מיוצר באצה בעזרתו של אנזים הקרוי הידרוגנז, שמתפרק בנוכחות חמצן," מסביר ד"ר יעקובי. "בלילה, ללא אור השמש, המיקרו-אצה אינה מייצרת חמצן, וכשכמות החמצן יורדת, נוצרת בתא כמות גדולה של הידרוגנז. ההנחה עד כה הייתה שבמשך דקות אחדות בשעת הזריחה, עם חשיפתה לאור השמש, האצה פולטת גם חמצן וגם מימן; אך עד מהרה החמצן מצטבר ומשתק את ההידרוגנז, וייצור המימן נעצר. אנחנו החלטנו לבחון את ההנחה הזאת." 

להפתעתם גילו החוקרים כי גם באור היום, כשתהליך הפוטוסינתיזה באצה מייצר כמות גדולה של חמצן, נפלטת לצדו גם כמות זעירה של מימן. מכך הם הסיקו שבתוך האצה קיימים אזורים נעדרי חמצן, בהם יכול ההידרוגנז לפעול. "בהמשך מצאנו באצות שלושה מנגנונים יעילים, שפועלים ללא הפסקה כדי לסלק את החמצן מתוך התא, ומאפשרים להידרוגנז לייצר מימן באופן רציף, לאורך כל שעות האור," אומר ד"ר יעקובי. "המשמעות היא שלמיקרו-אצות יש פוטנציאל עצום, ועד כה בלתי מנוצל, לייצור דלק מימן."

בשלב הבא נעזרו החוקרים בטכנולוגיות מוכרות של הנדסה גנטית, כדי להתערב במערכת הפוטוסינתיזה של המיקרו-אצה. מטרתם הייתה לגרום לתא לייצר כמות גדולה יותר של הידרוגנז, על חשבון תהליכים אחרים, כמו למשל ייצור סוכר, ובכך להניע ייצור מוגבר של מימן. בדרך זו הם הצליחו להנדס במעבדה מיקרו-אצות המייצרות 400% יותר מימן מהאצות המקוריות.

"לפני כ-20,000 שנה התחוללה המהפכה החקלאית: האדם חדל להיות צייד-לקט, ביית זנים של צמחים מהטבע, והחל לגדל בעצמו את מזונו," מסכם ד"ר יעקובי. "אך בכל הנוגע לאנרגיה, אנחנו עדיין מלקטים מן הטבע את מה שהוא מספק לנו – עד כה בעיקר דלקים פוסיליים מזהמים, שהולכים ואוזלים במהירות.

"התגליות שלנו מהוות צעד חשוב בדרך למהפכה חקלאית נוספת, שעשויה לשנות את עתיד האנושות: ייצור אנרגיה נקייה בכמות מספקת, שתענה על כל צרכינו. במעבדה ייצרנו זני מיקרו-אצות בעלי פוטנציאל לייצור המוני של מימן, וכעת האתגר הוא להעביר את היכולות האלה לזני מיקרו-אצות עמידים יותר, שחיים בטבע. במילים אחרות, המטרה היא לביית זני-בר של מיקרו-אצות – ממש כמו שהאדם ביית לצרכיו את חיטת הבר. אחר כך נוכל לגדל את המיקרו-אצות המבויתות באופן חקלאי, והן יספקו לנו מימן לתדלוק כלי רכב, ובהמשך גם להנעת גלגלי התעשייה."

"הגוף מגיב לטראומת הכוויה באמצעות התרבות מהירה מאוד של תאים פיברובלסטיים שמייצרים קולגן, במטרה לכסות את האזור הפגוע," מסביר ד"ר אלכס גולברג מבית הספר ללימודי הסביבה ע"ש פורטר באוניברסיטת תל אביב, ממובילי המחקר. "אך תהליך ההחלמה הטבעי מביא למצב של 'ריפוי-יתר' – יצירת רקמות גדולות ועבות מדי, שהן למעשה הצלקת. אנחנו פיתחנו שיטה חדשה שאינה פולשנית, שתאפשר שליטה בתהליך ההצטלקות, ועשויה להפחית  במידה ניכרת את היווצרות הצלקות."

השיטה החדשה, המכונה pIRE (אלקטרופורציה בלתי הפיכה חלקית), מתבססת על חשיפת העור הפגוע לשדות חשמליים בעלי פולסים קצרים מאוד במתח גבוה. "ההצטלקות בעקבות כוויה היא תהליך מורכב ביותר, הכרוך בתהליכים דלקתיים ובהיבטים של חילוף חומרים, והשיטה שלנו מתערבת בתהליך הזה," אומר ד"ר גולברג. "אנחנו סבורים שהפולסים החשמליים המשוגרים לעור המצטלק פוגעים באופן בלתי הפיך בחלק מהתאים המייצרים קולגן, ובכך מפחיתים את ייצור הקולגן שיוצר את הצלקת. עם זאת, חשוב מאוד למצוא את המינון הנכון והמדויק, שמביא לתוצאה אופטימלית. חשיפת יתר עלולה ליצור בעור פצע חדש שאינו מחלים; חשיפה נמוכה מדי מאפשרת את המשך התהליך הטבעי של ריפוי-יתר."

במסגרת המחקר נוסתה הטכניקה על מודל לכוויות של חולדות מעבדה. כוויותיהן של החולדות טופלו חמש פעמים במהלך חצי שנה, והתוצאות הושוו לאלה של קבוצת הבקרה – כוויות דומות שלא טופלו כלל, והצטלקו באופן טבעי. ההערכה בוצעה באמצעות שיטת דימות חדשנית, שפותחה בבית החולים מסצ'וסטס ג'נרל בארה"ב. התוצאה הייתה מעודדת ביותר: הטיפול הביא להפחתה של קרוב ל-60% בהיקף הצלקות. כעת, בעקבות הצלחת המחקר במעבדה, מתכננים החוקרים את השלב הבא: בניית מכשיר מתאים וביצוע ניסוי קליני, כדי להביא את הגישה החדשנית לבני אדם המחלימים מכוויות.

גישה חדשנית לטיפולי עור

"לשיטת החשיפה לשדות חשמליים יש פוטנציאל גדול במניעת צלקות, וגם בטיפולים בבעיות אחרות בעור," מסכם ד"ר גולברג. "מדובר בגישה חדשנית, יעילה ולא פולשנית, שפותחה במקורה לטיפול במגוון מחלות עור ניווניות. במחקרים קודמים הראינו שהיא אפקטיבית גם לחיטוי פצעים מזוהמים לאחר כוויות, וכן בהליכים בעלי אופי קוסמטי, כמו טיפול בפגמים שונים, חידוש והצערת העור."

המחקר בוצע בתמיכתה של קרן שריינרס, המממנת פעילות מחקרית על כוויות בילדים.