חדשות

המחקר נערך במעבדתו של פרופ' בועז ברק מבית הספר סגול למדעי המוח ומבית הספר למדעי הפסיכולוגיה, בהובלתו של ד"ר גלעד לוי, ובשיתוף פעולה עם מעבדותיהם של ד"ר אסף מרקו מהאוניברסיטה העברית בירושלים, פרופ' אינה סלוצקי ופרופ' יניב אסף מאוניברסיטת תל אביב, פרופ' אליאור פלס ממכון ויצמן למדע ופרופ' הוקה ורנר מגרמניה. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת היוקרתי Nature Communications.

כך התגלה החלבון הפועל כ"מעצור" בתהליך ייצור המיאלין

"פגיעה במיאלין מקושרת למגוון מחלות נוירו-דגנרטיביות כמו אלצהיימר וטרשת נפוצה (מחלה אוטו-אימונית שבה הגוף עצמו תוקף את המיאלין), וכן תסמונות נוירו-התפתחותיות כגון תסמונת ויליאמס ואוטיזם" מסביר פרופ' ברק. "במחקר הנוכחי התמקדנו בתאים האחראים על ייצור המיאלין במערכת העצבים המרכזית, אשר כוללת את המוח, ובמערכת העצבים ההיקפית. בתאים אלה חקרנו את התפקיד שממלא חלבון בשם TFII-I, הידוע ביכולתו להעלות או להוריד את רמת הביטוי של גנים שונים החשובים לתפקוד התאים. בעוד שידוע מזה שנים רבות שחלבון זה מעורב בשורה של מצבים פתולוגיים כגון בעיות בהתפתחות המוחית ותסמונות נוירו-התפתחותיות, עד כה לא היה ידוע אם וכיצד הוא פועל בהקשר של ייצור מיאלין במוח ובמערכות העצבים".

צוות המחקר גילה שהחלבון TFII-I פועל בגוף כמעין 'מעצור ביולוגי פנימי' שמעכב את תהליך ייצור המיאלין בתאים האחראים לכך. על בסיס תגלית זו הם שיערו שניתן יהיה להגביר את ייצור המיאלין על ידי הפחתת פעילותו של החלבון בתאים אלו. בכדי לבחון השערה זו השתמש הצוות בהנדסה גנטית מתקדמת בעכברי מודל: ביטוי החלבון בוטל באופן ממוקד רק בתאים מייצרי המיאלין, בעוד שבשאר התאים בגוף רמתו נותרה תקינה. לאחר מכן, הושוו העכברים שעברו את ההתערבות הגנטית לעכברים רגילים במגוון רחב של מדדים, ביניהם רמות החלבונים שמרכיבים את המיאלין, מבנה ועובי מעטפת המיאלין, מהירות ההולכה של האותות העצביים, ואף התנהגות העכברים.

וכך שחררו לו את הבלמים

"מצאנו שבהיעדר I-TFII התאים האחראים על ייצור המיאלין במוח הפיקו כמות גדולה יותר של חלבונים המרכיבים את המיאלין. כתוצאה מכך, המיאלין שנוצר היה עבה יותר ממיאלין רגיל, והשיפור המבני הזה הוביל לשיפור בתפקודו של המיאלין - כך שלשמחתנו עלתה מהירות ההולכה של המסר החשמלי בשלוחות תאי העצב. שיפורים אלה הובילו לשיפור ניכר ביכולות התנועתיות של העכברים, כמו קואורדינציה וכושר תנועה, ולשינויים התנהגותיים נוספים", מסביר ד"ר גלעד לוי.

פרופ' ברק מוסיף: "במחקר זה הצלחנו לראשונה להראות שאפשר 'לשחרר את הבלמים' על ייצור המיאלין במוח ובמערכת העצבים ההיקפית על ידי שליטה ברמת הביטוי של החלבון TFII-I. המחקר שלנו הוא בין הבודדים בעולם שגילו מנגנון להעלאת רמות המיאלין במוח. תוצאותיו עשויות לאפשר פיתוח של טיפולים עתידיים שידכאו את פעילות I-TFII בתאים האחראים על ייצור המיאלין ובכך יסייעו לשיקום המיאלין במגוון רחב של מחלות ניווניות והתפתחותיות בהן נפגע המיאלין - בהן אלצהיימר, טרשת נפוצה, תסמונת ויליאמס ואוטיזם. אנחנו מאמינים שלגישה חדשה זו, השונה מהותית מהטיפולים הקיימים כיום, יש פוטנציאל טיפולי נרחב".

המחקר נערך בהובלת פרופ' ארז עציון מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, ופרופ' עודד ליפשיץ מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום באוניברסיטת תל אביב. כמו כן, השתתפו במחקר, פרופ' יובל גדות מהחוג לארכאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום באוניברסיטת תל אביב, פרופ׳ יאן בן חמו, ד״ר איגור זולקין והדוקטורנט גלעד מזרחי, מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה, ד"ר יפתח סילבר וד"ר אמיר וייסביין מרפאל וד"ר יפתח שליו מרשות העתיקות. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Journal of Applied Physics.

גבינה שווייצרית מתחת לפני הסלע

"מהפירמידות במצרים, דרך ערי המאיה בדרום אמריקה וכלה באתרים העתיקים בישראל, ארכיאולוגים מתקשים למצוא חללים תת-קרקעיים", מספר פרופ' ליפשיץ. "את המבנים מעל הקרקע הארכיאולוגיה חופרת בקלות יחסית, ויש גם שיטות שונות לאתר קירות ומבנים מתחת לפני השטח. אבל אין שיטות טובות לעריכת סקרים מקיפים של חללים תת-קרקעיים – שנמצאים מתחת לסלע שעליו נמצאים האתרים הקדומים. בשפלה למשל, מתחת לשכבת סלע הגיר הקשה (סלע הנארי), נמצא הגיר הרך (הקירטון), כך שמי שחוצב וחודר את סלע הנארי מלמעלה או נכנס מתחתיו מהצד, יכול בקלות לייצר חללים גדולים מאוד לאגירת מים, לשימושים חקלאיים שונים, לאיחסון וגם למגורים. ברור לנו שמרבית האתרים הארכיאולוגיים שעל פני השטח אינם אלא גבינה שווייצרית מתחת לפני הסלע. אלא שלנו אין דרך לדעת מזה. אם במקרה חפרנו מעל הקרקע, הגענו לסלע וזיהינו כניסה לחלל, אנחנו יכולים לחפור אותו. אבל אין לנו דרך לאתר את תת-הקרקע מראש. במחקר הנוכחי אנחנו מציעים בפעם הראשונה שיטה חדשנית שהוכחה כיעילה מאוד באיתור חללים תת-קרקעיים בעזרת גלאים של קרינה קוסמית - מיואונים".

החוקרים מסבירים כי מיואון הוא חלקיק יסודי הדומה לאלקטרון, אך מסיבי פי 207 ממנו. המיואונים נוצרים באטמוספרה כאשר חלקיקים אנרגטיים, בעיקר פרוטונים, מתנגשים בגרעינים של מולקולות באוויר. ההתנגשות הזאת יוצרת חלקיקים בלתי יציבים בשם פאיונים, שדועכים מהר מאוד למיואונים. גם למיואונים תוחלת חיים קצרה מאוד, והם מתפרקים אחרי 2.2 מיקרו-שניות, אלא שהם נעים במהירות הקרובה למהירות האור – ובזמן הזה מספיקים להגיע לקרקע.

גלאים קטנים וניידים לזיהוי חללים ריקים בקרקע

"מטר המיואונים שפוגע בקרקע עושה זאת בקצב קבוע וידוע", מסביר פרופ' עציון. "להבדיל מהאלקטרונים שנעצרים בקרקע אחרי סנטימטרים בודדים, במעבר בקרקע המיואונים מאבדים אנרגיה בקצב איטי ולכן חלקם חודרים עמוק לתוך הקרקע. האנרגטיים שבהם יכולים לחדור אפילו לעומק של מאה מטרים. לכן אם נציב גלאי מיואונים מתחת לקרקע ונמדוד את הסביבה, נוכל לזהות חללים ריקים בהם איבוד האנרגיה זניח. למה הדבר דומה? לשיקוף של רנטגן: מציבים אלומת קרני X בצד אחד ומצלמה בצד השני, כדי להאיר את הגוף שרוצים לצלם – את העצמות והמפרקים וכולי, שכן אלה עוצרים את האלומה טוב יותר משומן ובשר למשל. כך המיואונים הם אלומת הרנטגן, הגלאי שלנו הוא המצלמה והמערכות התת-קרקעיות הן גוף האדם".

כאמור, החוקרים  ערכו הדגמה מרשימה במתקן חצוב בסלע, המכונה "בור ירמיהו" באתר הארכיאולוגי עיר דוד. במסגרת ההדגמה, החוקרים שילבו סריקת LiDAR ברזולוציה גבוהה של חלל הפנים עם סימולציות של שטף המיואונים ובכך הצליחו למפות אנומליות מבניות. המערכת זיהתה בהצלחה שינויים בחדירות הקרקע למיואונים, ובכך הדגימה את היתכנות השימוש בטומוגרפיית המיואונים לצורך דימות ארכיאולוגי.

התחום מתעורר מחדש

"המאמר הזה הוא אבן דרך ראשונה", אומר פרופ' ליפשיץ. "אנחנו רוצים שהצורך הארכיאולוגי ידחוף את הפיזיקאים לייצור גלאים קטנים, פשוטים, זולים, עמידים ומדויקים יותר, שגם צורכים פחות חשמל. השלב הבא יהיה לשלב את הפיזיקה והארכיאולוגיה עם בינה מלאכותית, שתדע לקחת את נתוני העתק שהגלאים ייצרו כדי לייצר תמונה תלת-ממדית של התת-קרקע. אתר המבחן שלנו יהיה תל עזקה שבמרכז השפלה, מעל לעמק האלה".

"לא מדובר בהמצאה שלנו", מוסיף פרופ' עציון. "עוד בשנות השישים השתמשו במיואונים כדי לחפש חדרים נסתרים בפירמידות במצרים, ולאחרונה התעורר התחום מחדש. החדשנות שלנו בכך שפיתחנו גלאים קטנים וניידים ולמדנו להפעיל אותם באתרים ארכיאולוגיים. הלא בכל זאת יש הבדל בין גלאי בתנאי מעבדה לגלאי שצריך להכניס אותו למערה או לחפירה כדי שימדוד את סביבתו – ופתאום צצות בעיות מעשיות של חשמל, של טמפרטורה, של לחות. טווחי הגילוי הם פונקציה של זמן המדידה,  ככל שהגלאי רחוק יותר מגיעים אליו פחות חלקיקים, אבל ריאלית אפשר לנתח תמונות ממרחק של עד 30 מטרים בזמן סביר. לכן המטרה היא הצבת מספר גלאים, או הזזת גלאי אחד ממקום למקום, כדי לדמות בתלת-ממד תת-הקרקע של אתרים שלמים. לכן אנחנו רק בתחילת הדרך. השלב הבא הוא שלב של אנליזות מתוחכמות, שיאפשרו לנו למפות את כל מה שנמצא מתחת לרגליים – עוד לפני שהמחפרון הראשון מגיע לאתר".