הצמחת איברים הוא תחום מחקר פורץ דרך, ששואף לגדל איברים ותאים אנושיים בריאים במעבדה, להשתלה בגוף האדם.
תחום זה נושא הבטחה עצומה לטיפול במגוון מחלות קשות, ביניהן מחלות כרוניות, פציעות קשות ותופעות מולדות.

הרעיון של גידול איברים אנושיים במעבדה קיים כבר שנים רבות, אך רק בשנים האחרונות חלה התקדמות משמעותית בתחום.
תחילת הדרך התאפיינה בניסיונות לגדל תאים בודדים במעבדה, ובהמשך התקדמו המדענים לגידול רקמות פשוטות.
פריצת דרך משמעותית בהנדסת רקמות התרחשה בשנות ה-90. הדפסת תלת-ממד עצמה הומצאה כבר ב-1984 (סטריאוליתוגרפיה, צ'ארלס האל), והדפסה של תאים חיים (ביו-הדפסה) הודגמה לראשונה ב-2003. שילוב הטכנולוגיות האלה אפשר יצירת מבנים תלת-ממדיים מורכבים יותר.

הנדסת רקמות:

טכנולוגיה זו מתמקדת בגידול תאים אנושיים על גבי פיגומים תלת-ממדיים, תוך יצירת מבנה ותפקוד דמויי איבר. תהליך זה נעשה בכמה שלבים:

בחירת תאים: תאים אנושיים מתאימים נלקחים ממקורות שונים, כגון ביופסיה מהחולה, תאי גזע או תאים עובריים.
ריבוי תאים: התאים מתרבים במעבדה בתנאים מבוקרים.
פיגום: יצירת פיגום תלת-ממדי מחומרים ביולוגיים או סינתטיים, המשמש כבסיס לגידול הרקמה.
זריעה: התאים מופקדים על גבי הפיגום.
הבשלה: יצירת תנאים אופטימליים לגידול הרקמה, תוך אספקת חומרי מזון וחמצן.
השתלה: לאחר שהרקמה צמחה והתפתחה באופן מספק, ניתן להשתיל אותה בגוף החולה.

הנדסת רקמות מאפשרת גידול של מגוון רחב של רקמות, ביניהן:

עור: לטיפול בכוויות, פצעים כרוניים וניתוחים פלסטיים.
עצם: לטיפול בשברים, פציעות וניתוחים אורתופדיים.
שריר: לטיפול בפציעות שרירים, ניוון שרירים ופירוק שרירים.
סחוס: לטיפול בדלקת פרקים, פציעות סחוס וניתוחים אורתופדיים.
כלי דם: לטיפול במחלות לב וכלי דם, השתלות איברים וניתוחים מורכבים.

האתגרים העיקריים בתחום הנדסת רקמות:

יצירת כלי דם: אספקת חמצן וחומרי מזון לכל חלקי הרקמה היא חיונית להצלחתה.
השתלבות עצבית: יצירת קשר עצבי תקין בין הרקמה המושתלת לגוף החולה.
דחייה חיסונית: מניעת דחיית הרקמה המושתלת על ידי מערכת החיסון של הגוף.

הדפסת תלת-ממד של איברים:

טכנולוגיה פורצת דרך זו מאפשרת יצירת איברים מלאכותיים באמצעות הדפסה של תאים אנושיים וחומרים ביולוגיים. תהליך ההדפסה נעשה בשכבות, תוך שימוש במדפסות תלת-ממדיות מיוחדות.

יתרונות הדפסת תלת-ממד:

דיוק: יצירת איברים בעלי מבנה מורכב ומדויק.
התאמה אישית: הדפסת איברים בהתאמה אישית למטופל, תוך שימוש בתאים שלו.
זמינות: פוטנציאל להגדלת היצע האיברים הזמינים להשתלה.

האתגרים העיקריים בתחום הדפסת תלת-ממד:

חומרים: פיתוח חומרים ביולוגיים מתאימים להדפסה ולתפקוד תקין של האיבר.
כלי דם: יצירת מערכת כלי דם יעילה בתוך האיבר המודפס.
הבשלה: יצירת תנאים אופטימליים להתפתחות הרקמה המודפסת.

השתלת תאי גזע:

תאי גזע הם תאים לא ממוינים בעלי יכולת התמיינות גבוהה. תאים אלה יכולים להתפתח למגוון רחב של סוגי תאים, מה שהופך אותם לפתרון פוטנציאלי לטיפול במגוון מחלות.

האתגרים העומדים בפני התחום:

הנדסת רקמות מורכבות: יצירת איברים בעלי תפקוד מלא, כגון מערכת כלי דם ועצבים. עד כה, הצליחו המדענים לגדל רק איברים פשוטים יחסית, וחסרה עדיין דרך ליצור איברים מורכבים בעלי תפקוד מלא.
דחייה חיסונית: מניעת דחיית האיבר המושתל על ידי מערכת החיסון של הגוף. פתרון אפשרי לבעיה זו הוא גידול איברים מתאים גנטית לחולה, או שימוש בתרופות מדכאות מערכת חיסון.
הבטחות אתיות: גידול איברים אנושיים במעבדה מעלה שאלות אתיות מורכבות, כגון:
- הקצאת איברים: כיצד ייקבע מי יקבל איבר מושתל ומי יישאר ברשימת המתנה?
- שיווק איברים: האם יהיו איברים זמינים לכל, או שרק למי שיכול להרשות לעצמו?
- יצירת "חיות מחמד אנושיות": האם ראוי לגדל איברים אנושיים לצורך השתלה בבעלי חיים?

ההתקדמות המדעית בתחום:

בשנים האחרונות חלה התקדמות משמעותית בתחום הצמחת איברים. מדענים הצליחו לגדל במעבדה איברים פשוטים יחסית, כגון שלפוחית שתן ושופכה, ואף להשתיל אותם בהצלחה בחולים. כמו כן, הושגו התקדמויות משמעותיות בגידול רקמות מורכבות יותר, כגון לב וכבד.

העתיד של הצמחת איברים:

תחום הצמחת איברים צפוי לחולל מהפכה בתחום הרפואה.
בעתיד, ייתכן שיהיה ניתן לגדל במעבדה איברים ותאים לכל אדם, בהתאמה אישית, וכך לרפא מחלות קשות ולשפר את איכות החיים של מיליוני אנשים ברחבי העולם.

ניסויים פורצי דרך בתחום:

הנדסת רקמות:

צוות מדענים מאוניברסיטת ויק פורסט (בהובלת ד"ר אנתוני אטאלה) הצליח לגדל שלפוחית שתן אנושית במעבדה מתאים של החולה עצמו ולהשתיל אותה בהצלחה בחולים (2006).
צוות מדענים ממכון ויק פורסט לרפואה רגנרטיבית (מחקר בהובלת ד"ר אטלנטידה ראיה-ריברה, שבוצע במקסיקו סיטי) הצליח לגדל שופכה אנושית במעבדה מתאי החולים ולהשתיל אותה בהצלחה בחמישה נערים (2011).

הדפסת תלת-ממד של איברים:

צוות מדענים ממכון וייס שבאוניברסיטת הארוורד הצליח להדפיס בתלת-ממד אבוביות (טובולי) כליה אנושיות מחוברות לכלי דם, המדמות את תפקוד הספיגה של הכליה (2019).
צוות מדענים מאוניברסיטת תל אביב הצליח להדפיס בתלת-ממד לב אנושי זעיר בגודל דובדבן, מתאים של מטופל. זהו הוכחת היתכנות בלבד: התאים התכווצו אך הלב עדיין לא היה מסוגל לשאוב דם (2019).
צוות מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס (UCLA) הצליח לגדל מתאי גזע אורגנואיד ריאה תלת-ממדי ("ריאה על צלחת"), מבנה זעיר המדמה את שקיקי האוויר של הריאה (זה גידול מתאים, לא הדפסת תלת-ממד).

השתלת תאי גזע:

צוות מדענים מיפן (מכון ריקן, בהובלת ד"ר מסאיו טקהאשי) ביצע ב-2014 את ההשתלה הראשונה בעולם של תאים שנגזרו מתאי גזע מושרים (iPS) בעין של חולה בניוון מקולרי תלוי גיל (AMD). מטרת הניסוי הייתה בעיקר בדיקת בטיחות, והוא הצליח לעצור את התקדמות ההידרדרות (לא הוכח שיפור חד בראייה).
צוות מדענים מארצות הברית הצליח להשתיל תאי גזע בחולה שיתוק בעמוד השדרה, במטרה לשפר את התפקוד המוטורי.
בארצות הברית (UCSF, בהובלת ד"ר טיפי מקנזי) נערך הניסוי הקליני הראשון בעולם להשתלת תאי גזע ברחם בעוברים הסובלים מתלסמיה אלפא קשה, תוך שימוש בתאי מח עצם של האם. הניסוי (שלב 1) הוכיח בטיחות והיתכנות, אך לא הביא לריפוי מלא של המחלה.

.
הפניות:

https://newsroom.wakehealth.edu/news-releases/2006/04/wake-forest-physician-reports-first-human-recipients-of-laboratorygrown-organs
https://www.cnbc.com/2016/02/16/wake-forest-university-scientists-print-living-body-parts.html
https://school.wakehealth.edu/research/institutes-and-centers/wake-forest-institute-for-regenerative-medicine
https://healthland.time.com/2011/03/08/scientistis-grow-a-new-urethra-and-possibly-many-other-human-organs-in-the-lab/
https://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-5494600,00.html
https://wyss.harvard.edu/news/a-step-forward-in-building-functional-human-tissues/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/03/harvard-scientists-bioprint-3-d-kidney-tubules/
https://www.ft.com/content/5bb992ca-5390-11e4-929b-00144feab7de
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9537826/