החיישן החכם שיאפשר למנתחים לזהות ולהסיר את כל תאי הגידול הסרטני

אחד האתגרים הגדולים ביותר העומדים כיום בפני הרפואה, הוא מציאת פתרונות חכמים שיאפשרו למגר הופעה חוזרת ונשנית של גרורות סרטניות בגופם של החולים. גם לאחר ניתוחים להסרת גידולים, לא ניתן להבטיח שהמחלה לא תחזור. הרופאים אינם יכולים להיות בטוחים שהסירו את כל התאים הסרטניים, ולכן מסירים רקמות בריאות סביבו, כדי להגדיל את הוודאות שכל הגידול הוסר, אבל גם לכך יש השפעות שליליות ואף סיכונים לחולים. פיתוח חדש ופורץ דרך של חוקרים באוניברסיטת תל אביב צפוי לאפשר את מה שהמנתחים והחולים מייחלים ומצפים לו: אפשרות יעילה ומדויקת לתייג את כל התאים הסרטניים במהלך הניתוח, כדי שאף לא אחד יחמוק מעיניו ומידיו האמונות של המנתח.

לתייג תאים סרטניים באמצעות מתג של אור

החיישן הננומטרי החכם, שפיתחה קבוצת מחקר רב תחומית, בהובלת פרופ' רונית סצ'י-פאינרו, ראש המחלקה לפיזיולוגיה ולפרמקולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, פועל כמתג המדליק אור פלואורסצנטי בנוכחות תאים סרטניים. החיישן מסמן את הגידול ואת שוליו ברמת דיוק גבוהה במיוחד, ובכך מאפשר למנתחים להסיר את הגידול במלואו - תוך פגיעה מינימלית ברקמות הבריאות סביבו, ומבלי להותיר בגוף תאים ממאירים, שעלולים להתפתח מחדש ו/או לשלוח גרורות קטלניות לאיברים אחרים.

"במחקר החדש התבססנו על מחקרים קודמים, בהם גילינו מאפיין ייחודי של מגוון גידולים סרטניים: ביטוי מוגבר של אנזימים (חלבונים המזרזים תהליכים כימיים בתאים), המכונים קטפסינים. תפקידם של אנזימים אלה, המצויים בכמות פחותה בהרבה גם בתאים בריאים, הוא לזהות ולחתוך רצף מסוים של חומצות אמינו (אבני הבניין של החלבונים). אנחנו ניצלנו את התכונה הזאת כדי לבנות חיישן חכם, שיזהה ויתייג תאים סרטניים." מסבירה פרופ' סצ'י-פאינרו.

איך זה עובד?

1. החוקרים יצרו ננו-חלקיקים המורכבים מאותו רצף חומצות אמינו שהקטפסינים נועדו לחתוך.

2. הננו-חלקיקים הפולימריים חוברו לתגים פלואורסצנטיים העשויים ממולקולות של חומר הצבע ציאנין (Cy) - צבע סינתטי בגוון כחול-ירוק. חיבור זה יוצר למעשה את החיישן, שמוזרק לגוף החולים לפני הניתוח.

3. כשמולקולות רבות של הצבע ציאנין מוחזקות יחד על ידי הפולימר שיצרו החוקרים, גלי האור שהן פולטות מבטלים זה את זה, והן נותרות חשוכות.

4. אולם, ברגע שהננו-חלקיק הפולימרי מגיע לתא סרטני, הוא נחתך על ידי הקטפסינים, מה שגורם לשחרור ולהרחקת מולקולות הציאנין זו מזו, שחוזרות להאיר באור זוהר.

5. לעומת זאת, ברקמה הבריאה שמסביב, הפולימר אינו נחתך, והאזור נותר חשוך, מה שגורם לכך שהגבול בין האזור המואר (הגידול) לחשוך (תאים בריאים) ברור מאוד לעין.

במונחים מקצועיים, המשמעות היא שלחיישן החכם יש רגישות גבוהה – הוא מגלה את כל התאים הסרטניים, וגם סלקטיביות גבוהה – הוא אינו מתייג תאים בריאים. בדרך זו הוא מדווח למנתח על מיקומם של התאים הסרטניים בזמן אמת, כלומר במהלך הניתוח עצמו - מתחת לסף הגילוי של אמצעי הדימות הקיימים כיום.

את המחקר, שצפוי לאפשר עלייה ניכרת באחוזי ההישרדות ובסיכויי ההחלמה של המנותחים, הובילו רחל בלאו, יאנה אפשטיין ויבגני פיסרבסקי, סטודנטים לדוקטורט ממעבדתה של פרופ' סצ'י-פאינרו, והוא התפרסם במאי 2018 בכתב העת המדעי Theranostics.

המחקר בוצע בשיתוף פעולה עם פרופ' צבי רם, ראש המחלקה לנוירוכירורגיה בבית החולים איכילוב, וסגניתו ד"ר רחל גרוסמן. בשלב הראשון הוכח כי האנזים המפעיל את החיישנים אכן קיים ומבוטא ביתר שאת ברקמות שנכרתו מחולים בחדר הניתוח והועברו למעבדה. בהמשך נעזרו החוקרים במודלים של עכברים לסרטן השד ולסרטן העור מסוג מלנומה, שנוטים לשלוח גרורות למוח ולריאות. העכברים חולקו לשתי קבוצות עיקריות: חלקם נותחו להסרת הגידול תחת אור לבן רגיל, ללא עזרים נוספים, ואילו לקבוצה השנייה הוזרק החיישן החדש לפני הניתוח.

רגיש, סלקטיבי ונדלק מהר יותר

התוצאות היו מבטיחות ביותר: בעכברים שנותחו ללא החיישן אובחנו תוך זמן קצר גרורות או חזרה של הגידולים עצמם, ותוחלת החיים שלהם הייתה קצרה - רק 40% מהעכברים בקבוצה זו שרדו 120 יום לאחר הניתוח. לעומת זאת, כשהניתוח בוצע בעזרת החיישן החדש, שרידות העכברים הייתה כפולה: 80% מהם נותרו בריאים כעבור 120 יום. בסופו של דבר, 60% מהעכברים שנותחו בניתוח 'הרגיל' מתו מהמחלה, בהשוואה ל-20% בלבד מאלה שנותחו באמצעות החיישן החכם.

בנוסף, ביצועי החיישן החדש הושוו לשני חיישנים אחרים שנמצאים כיום בניסויים קליניים בחדרי ניתוח. נמצא כי רמות הרגישות והסלקטיביות שלו גבוהות יותר, והוא אף נדלק הרבה יותר מהר. ברמה הטיפולית, המשמעות היא כי אין צורך לאשפז את המטופל יום קודם, ואפשר להזריק לו את החיישן רק כ-4 שעות לפני הניתוח.

"רשמנו מספר פטנטים על הפיתוח," מסכמת פרופ' סצ'י-פאינרו, "וכעת אנחנו מנהלים משא ומתן עם מספר חברות תרופות, במטרה להתקדם לשלב הניסויים הקליניים, ובהמשך לייצור בכמויות מסחריות. אנחנו מאמינים שהחיישן החכם שלנו יכול להביא לשיפור של ממש בתוצאות של ניתוחים להסרת גידולים סרטניים, ולהעלות משמעותית את סיכויי החולים לשרוד את המחלה".

במחקר זה השתתפו גם פרופ' דורון שבת מבית הספר לכימיה באוניברסיטת תל אביב ופרופ' גליה בלום מהפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית. המחקר מומן על ידי האיחוד האירופי (ERC), הקרן הלאומית למדע, משרד המדע והאגודה למלחמה בסרטן.