טכנולוגיה לניטור תהליכים מטבוליים ברקמה הסרטנית ברמה התת תאית

צוות חוקרים בראשות פרופ' תומר שלומי מהפקולטות לביולוגיה ולמדעי המחשב והמרכז למדעי החיים וההנדסה בטכניון פיתח טכנולוגיה חדשנית לניטור תהליכים מטבוליים ברמה התת תאית, באזורים שונים בתוך התא - ברקמה הסרטנית. על המחקר דווח בחודש בחודש שעבר ב-Nature Communications.

פרופ' שלומי הדגיש: "בעבודה זאת פיתחנו שיטה למעקב אחרי קצבים של ריאקציות מטבוליות (השטף המטבולי) ברזולוציה תת תאית, ובפרט במיטוכונדריה ובציטוזול. המיטוכונדריה היא תחנת הכוח של התא והציטוזול הוא הנוזל שבתוך התא.

"בעשורים האחרונים נעשים בעולם מחקרים רבים העוסקים בהתפתחותם ובהתפשטותם של גידולים סרטניים בגוף, וזאת לשם אבחונם ולצורך הטיפול בהם. אחת התגליות החשובות קשורות במאפייניו המטבוליים הייחודיים של התא הסרטני.

"מטבוליזם, חילוף החומרים, הוא תהליך חיוני המאפשר לתא להפיק אנרגיה ולייצר מולקולות הדרושות להתפתחותו ולהישרדותו. תהליך זה שונה מאוד בתא הסרטני לעומת התא הבריא, שכן תאי הסרטן מתחלקים באופן בלתי מבוקר והקצב המהיר של גדילתם והתחלקותם מצמצם את החמצן ואת חומרי התזונה הזמינים להם, ומצריך תכנות מחדש של התהליכים המטבוליים.

"ניטור מוצלח של שינויים מטבוליים אלה עשוי להוביל לפיתוח תרופות אנטי סרטניות ייעודיות חדשות שיפגעו בתהליכים המטבוליים הנחוצים לקיום הרקמה הסרטנית.

"אולם, היישום של הרעיון הזה איננו פשוט, שכן חילוף החומרים התאי הוא תהליך מורכב מאוד ומערב פעילות של אלפי גנים ואנזימים מטבוליים. סיבוך משמעותי נוסף נובע מכך שאזורים שונים בתא מקיימים תהליכים מטבוליים שונים, והטכנולוגיה הקיימת איננה מאפשרת מעקב אחרי כל אחד מהם בנפרד".

קבוצת המחקר של פרופ' שלומי היא בינתחומית ובה חוקרים מתחומי הביולוגיה ומדעי המחשב. בטכנולוגיה החדשה שולבו שיטות ביולוגיות עם שיטות חישוביות - ביולוגיה מולקולרית וספקטרומטריית-מסה (טכנולוגיה לזיהוי חומרים בדגימה) יחד עם פיענוח המדידות באמצעות אנליזה חישובית. שילוב זה מאפשר מידול של התהליכים המטבוליים ברמה התת תאית.

מעקב איזוטופי אחרי פעילות מטבולית ברזולוציה תת תאית

"במחקר", הסביר פרופ' שלומי, "שימשה הטכנולוגיה החדשה לחקר מוטציה הפוגעת בפעילות המיטוכונדריה בתאי הסרטן. להפתעתנו, גילינו מנגנון גיבוי ייחודי המאפשר לתאי הסרטן להתגבר על נזקי המוטציה במיטוכונדריה ולשרוד, וזאת באמצעות פעילות מטבולית שלא היתה ידועה עד כה: היפוך כיוון הפעולה של מסלול מטבולי מרכזי המעורב בנשימה התאית (מעגל Krebs).

זו הפעם הראשונה שקבוצת מחקר כלשהי הציגה היפוך פעילות של אנזימים אלה בתאים אנושיים וספציפית בסרטן. "ההבנה של מנגנון ההיפוך הזה", אמר פרופ' שלומי, "סוללת את הדרך לטיפול רפואי שינטרל אותו. כלומר, אם נפגע במנגנון הגיבוי של אותם תאים סרטניים שעברו מוטציה, נוכל כנראה להרוג אותם באופן סלקטיבי מבלי לפגוע בתאים בריאים".

בצוות המחקר היו ד"ר אלינה אייזנשטיין והדוקטורנטים וון-דונג לי ודימיטרי מוחה. הפרויקט נתמך במענק ERC מטעם המועצה האירופאית למחקר.