ננו-חיישנים לאיבחון וטיפול במחלת הסרטן

צוות חוקרים בינלאומי, הכולל מדענים מאוניברסיטאות מובילות בארה"ב ובאיטליה, פיתח סוג חדש של ננו-חיישנים. מדובר בחיישנים מזעריים ביותר, שכאשר יוחדרו לגוף, יוכלו להצביע על איכותם של תאי גזע בגוף וכך לסייע בטיפול בגידולים סרטניים.

פריצת הדרך המדעית הגיעה בעקבות מחקרים על ביו-חיישנים הנמצאים בתוך התאים באופן טבעי: חיישנים טבעיים אלו הם למעשה מולקולות המורכבות מחלבונים או מ-RNA (רצף נוקלאודיטים שמיוצרים ממולקולת DNA ומשמשים תבנית ליצירת חלבון).

מולקולות זעירות כאלה משמשות כמתגים ה"מדליקים" פעילות של מולקולות או חלבונים אחרים, ופועלות בתוך התאים שלנו בצורה יעילה וחסכונית. בעקבות הבנת המנגנון הזה, החלו המדענים לנסות לחקות אותו בסביבה סינטתית, באמצעות שימוש במולקולת DNA במקום בחלבונים או ב-RNA.

פעולת החיישנים

החיישנים החדשים פועלים על משפחה גדולה של חלבונים המכונים "גורמי תעתוק". תהליך התעתוק, שמתרחש באופן טבעי אצל כל היצורים החיים, הוא השלב המקשר בין ה-DNA לבין ייצור החלבונים, ומקדים את תהליך התרגום לשרשרות RNA. לכן חלבונים אלו שולטים בכל תא ותא בגופנו, ולמעשה משפיעים על כל מימד ועל כל מערכת בגוף האדם.

"גורמי התעתוק" הם חלבונים המסוגלים לקרוא את הקוד של הגנום המצוי בתאים, ולהפוך אותו להוראות פעולה עבור המולקולות השונות שאחראיות לבקרה על פעילות התא. בצורה כזו החלבונים שולטים בכל הנעשה בתאים.

החוקרים שאחראים לייצור הננו-חיישנים אינם הראשונים שחוקרים את נושא גורמי התעתוק. למעשה, זהו אחד התחומים הנחקרים בשדה הננו-טכנולוגיה, והפוטנציאל המחקרי של הנושא ברור. אז מדוע דווקא הניסוי הזה הצליח?

הצלחת הניסוי

החוקרים מסבירים כי חוקרים במעבדות אחרות עסוקים במיצוי חלבונים מהתאים לפני הבדיקה. במחקר הנוכחי לעומת זאת, החוקרים החדירו את החיישנים לתוך תערובת שנוצרה מריסוק של תאים, ומדדו את רמת הפלואורסצנטיות בדגימה – פעילות גורמי התעתוק מקודדת למעשה לתוך הגנום האנושי, וניתן לאתר אותה מבדיקת התאים.

בזמן הפעלת החיישנים, גורמי השעתוק נקשרים לרצפי הד.נ.א שמתאימים להם בצורה מסויימת. לפי רצפים אלו יכלו המדענים לייצר ננו-חיישנים ספציפיים עוד יותר, ובכך ביצעו תהליך מהיר ויעיל יותר ממה שהושג עד כה.

בקרה ושיפור הטיפול

הזן החדש של הננו-חיישנים יכול לבקר את פעילות "גורמי התעתוק". בפרוצדורות שונות הפועלות על התאים נעשה תכנות מחדש של התאים, והננו-חיישנים יכולים לוודא שהתכנות מחדש של תאי הגזע נעשה כפי שהיה אמור להיעשות.

בנוסף, החיישנים גם מאתרים גורמי תעתוק בתאים הסרטניים. וכך, לפי התמונה שנותנים החיישנים יכול הצוות הרפואי לאבחן ולקבוע את הטיפול הרפואי עבור כל מטופל, בהתאם למצב התאים הסרטניים. הפעילות של גורמי התעתוק השונים מאותרת היישר מתוך מיצוי התאים.

בינתיים, צוות החוקרים הנדס מחדש שלושה רצפי DNA, שמשמשים כיום כשלושה ננו-חיישנים שונים. כל רצף כזה יכול לזהות חלבון שמהווה "גורם תעתוק" אחר. רצפי ה- DNA הונדסו לכדי מתגים, בדומה לחיישנים הטבעיים הפועלים בתאים, אשר הופכים פלואורסצנטיים כאשר הם נקשרים ליעדיהם.

כעת ניתן לקבוע את מידת הפעילות של כל גורם תעתוק שאליו נקשר החיישן, באמצעות מדידת רמת הפלואורסצנטיות.

המדענים מקווים כי הננו-חיישנים החדשים יסייעו לביולוגים לנטר את פעולותיהם של גורמי התעתוק השונים, כך שיובילו להבנה עמוקה יותר על המנגנונים העומדים בבסיס חלוקת התא והתפתחותו במהלך מחלת הסרטן. ננו-חיישנים יוכלו לאתר פעילות חלבונים בדגימות ביולוגיות שונות ובסופו של דבר יובילו לבחינת ההשפעה של תרופות שונות על חלוקת התאים.