העלייה בהישרדות של חולים הזקוקים להשתלת איברים הודות לשיפור בטיפול הרפואי הניתן לחולים כרוניים מובילה בשנים האחרונות להחמרה במחסור העולמי באיברים להשתלה.

לאור תמונת מצב זו, ועל רקע הפעילות של ארגון הבריאות העולמי בשנים האחרונות כדי לבלום את שוק הסחר באיברים בבני אדם – עמלים רופאים ומדענים לפתח תחליפים רפואיים להשתלות של איברים אנושיים. כך, בין השאר, פותחו בשנים האחרונות טכנולוגיות של לב מלאכותי ("לב במזוודה") שעשויות לשמש גשר לחולים כרוניים עם אי ספיקת לב קשה עד להשתלת לב – וכיום ידוע כי חולים רבים יכולים לחיות עם לב מלאכותי שנים ארוכות.

אחד הכיוונים בתחום המחקר בתחליפי השתלות איברים הוא באפשרות להשתמש באיברים שהונדסו גנטית, שפותחו על בסיס תאים אנושיים שעברו שינוי במעבדה. עתה מדווחים חוקרים אמריקאים כי הצליחו לראשונה לייצר ריאות מהונדסות גנטית שהושתלו בהצלחה בחזירים וללא סיבוכים רפואיים משמעותיים במעקב שנמשך חודשים לאחר ההשתלה.

החוקרים מחטיבת הרפואה של אוניברסיטת טקסס (UTMB) דיווחו עוד בשנת 2014 כי הצליחו לגדל במעבדה ריאות מהונדסות מתאים אנושיים. בעבודה הנוכחית, שבוצעה בשיתוף צוות חוקרים מאוניברסיטאות מסצ'וסטס, וויל קורנל ופנסילבניה, הריאות המהונדסות גודלו באופן שתואם לסיווג הרקמות של ארבעת החזירים שבהם הושתלו בהמשך.

החוקרים יצרו בסיס שלד לריאה המהונדסת תוך שימוש בריאה אחרת של חזיר שהוכנסה אליה תערובת על בסיס סוכר במטרה להשמיד את כל התאים וצינורות הדם בתוכה, באופן שמותיר רק חלבונים המרכיבים את שלד הריאה. בהמשך, כדי לייצר בתוך שלד זה את הריאה המהונדסת, נכרתה אחת משתי הריאות בחזיר שיועד להשתלה בתהליך רפואי הקרוי 'פנאומקטומי' וריאה זו שימשה בהמשך בסיס ליצירת תאים מהונדסים גנטית בריאה החדשה, בשילוב רכיבים נוספים. הריאה המהונדסת גודלה בתוך מתקן ביוריאקטור במשך 30 יום טרם ההשתלה.

עם זאת, במסגרת המחקר לא בוצעה הערכה לכמות החמצן שהריאה החדשה סיפקה לחזירים, ולשם כך מציינים החוקרים כי נדרשים מחקרים נוספים בהמשך. במחקר זה הריאות המקוריות של החזירים נותרו בגוף, וגם בחלוף חודשיים לאחר ההשתלה – הריאות המהונדסות עדיין לא הוגדרו במדדים השונים בשלות דיין כדי שניתן יהיה לנתק את החזיר לחלוטין מהריאה המקורית ולהעבירו לנשימה בלעדית בריאה החדשה.

המחקר נתמך על ידי המכון הלאומי ללב, ריאה ודם בארה"ב (NHLBI) וממצאיו הדרמטיים מדווחים בגיליון אוגוסט 2018 של כתב העת Science Translational Medicine.

פריצת דרך מדהימה

בהודעה לעיתונות דיווח החוקר הראשי פרופ' יואכין קורטיילה, מומחה להרדמה לילדים מאוניברסיטת טקסס, כי הפיתוח החדש עשוי לסייע למחסור העולמי בריאות להשתלה. "מספר האנשים עם פגיעות קשות בריאות עולה בעולם כולו, ובמקביל מספר האיברים הזמינים להשתלה מתורמים מתים יורד", הבהיר קורטיילה. "איננו יודעים עדיין מתוך המחקר האם החזירים קיבלו כמות מספקת של חמצן מהריאות החדשות כפי שקיבלו מריאותיהן המקוריות". עם זאת, לדבריו, על בסיס הממצאים שנאספו עד כה – ההערכה כי אם יעילות הריאות המהונדסות תוכח גם בהמשך הדרך, ניתן יהיה לפתח ריאות מהונדסות להשתלה בבני אדם תוך חמש עד עשר שנים. "לקח לנו המון מאמץ ודבקות במטרה ו-15 שנים של מחקר כדי להגיע עד הלום, וצוות המחקר שלנו הביא לפריצת דרך מדהימה עם תקציב מחקר זעום והתמדה ראויה לשבח של קבוצת החוקרים", ציין קורטיילה.

בשנים האחרונות עמלות קבוצות שונות של רופאים וחוקרים על פיתוח איברים מלאכותיים ואיברים מהונדסים גנטית, כתחליף למחסור החמור באיברים אנושיים להשתלה. כך גם נחקר ענף חדש של שימוש באיברים של בעלי חיים לצורך השתלה בבני אדם – תחום הקרוי 'קסנוטרנספלנטציה' (Xenotransplantation) – כלומר השתלה של איברים ורקמות ממין אחד למין אחר, כשהכוונה להשתלות מבעלי חיים שאיבריהם דומים במבנה ובתפקוד הביולוגי לאלו של בני אדם, לרבות שימוש בלב של חזיר להשתלה, שהוכתר בהצלחה במחקרים שבוצעו על קופים, וכן בנובמבר 2015 דווח בכתב העת International Journal of Surgery על ריאה של חזיר שהצליחה לתפקד מחוץ לגוף למספר ימים כשמוזרם בה דם אנושי. בתחום השתלות המסתמים מבוצעות בשנים האחרונות כבר בשגרה השתלות מסתמים ביולוגים שמקורם בבעלי חיים, לרוב חזיר, פרה או עגל.

כליה מהונדסת ולב מודפס

במסגרת פעילות זו נעשים באחרונה מחקרים נוספים שמטרתם לקדם שימוש באיברים מהונדסים גנטית כתחליף לאיברים להשתלה. פתרון אפשרי שעשוי להוביל בעתיד למהפכה משמעותית בתחום היא הדפסה של איברים המיועדים להשתלה בעזרת מדפסות תלת מימד. בדומה להדפסה תלת מימדית רגילה, גם הדפסה ביולוגית תלת מימדית מבוצעת לפי תוכנת מחשב שבה מוצג האיבר המבוקש וההדפסה נעשית בהדרגה, שכבה-שכבה, עד לתוצר הסופי.

לצד חששות אתיים בלתי מבוטלים, מספר חברות כבר משקיעות בניסיון להדפיס ביולוגית רקמות שיער וכן ישנם פיתוחים להדפסה תלת מימדית ביולוגית של רקמות עור וגם של איברים להשתלה. בין השאר נטען בקרב מדענים העוסקים בתחום כי בשלב הראשון יעשו מאמצים להדפסה של לב במדפסת תלת מימד ביולוגית, מאחר ומבנה הלב ופעולתו הביולוגית פחות מורכבים בהשוואה לכבד, כליות וריאות. כמו כן, צוותי חוקרים מסוימים בוחנים להדפיס לב שלא בשכבות כמקובל במדפסות תלת מימד, אלא בהדפסה ראשונה של 'שלד' ראשוני תומך שאליו יוכנסו בהמשך תאי לב מודפסים.

בפריצת דרך מדעית בתחום דיווחו בינואר 2017 חוקרים באוניברסיטת אלבמה בארה"ב על רקמת לב שהודפסה בהצלחה בעזרת במדפסת תלת מימד ביולוגית, הוחדרה לעכבר שעבר התקף לב ושיפרה את תפקודיו הלבביים. כמו כן תועדו באחרונה הדפסות של רקמות כליה וכבד בעזרת מדפסות תלת מימד ביולוגיות.

בין הקבוצות הנוספות שמפתחות כיום איברים מהונדסים גנטיים ניתן למנות צוות חוקרים אמריקאים מאוניברסיטת קולומביה שדיווחו באפריל 2018 בכתב העת Nature כי הצליחו לייצר רקמת לב מהונדסת גנטית שעשויה לשמש תחליף להשתלה, וכן מספר צוותי מחקר שעמלים על יצירת כליה מהונדסת גנטית שעשויה לשמש תחליף להשתלת כליה. כך, באפריל 2013 דיווחו חוקרים אמריקאים מאוניברסיטת הרווארד בכתב העת Nature Medicine כי הצליחו לייצר מודל של כליה מהונדסת גנטית. מאמר שסוקר את הנושא של חוקרים אמריקאים, אשר פורסם ביולי 2016, מעלה כי למרות שהמחקר על רפואה גנרטיבית והכליות עדיין בחיתוליו, העבודות שבוצעו בתחום עד כה מצביעות על כך שהנדוס גנטי של כליה הוא משימה אפשרית.

לצד אלה נעשים בשנים האחרונות ניסיונות להרחיב את היצע האיברים האנושיים המיועדים להשתלות, בין השאר באמצעות קידום האפשרות להשתלת איברים נגועים בזיהומים והשתלת לבבות שמקורם באנשים שמתו מדום לב.

Science Translational Medicine, DOI: 10.1126/scitranslmed.aao3926