תיקון חוט השדרה הפגום

2023 מְחַבֵּר: Peter Bradberry | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-21 22:33

פעם קצת יותר מאשר תקווה חסרת תועלת, שחזור כלשהו של חוט השדרה הפגוע מתחיל להיראות ריאלי.

הערת העורך: הסיפור הזה, שהודפס במקור בגליון סיינטיפיק אמריקן בספטמבר 1999, מתפרסם עקב מחקר חדש שהראה כי ניתן לחדש תאי עצב על ידי דפיקת גנים המעכבים בדרך כלל את צמיחתם.

עבור המתעמלת הסינית סאנג לאן, הסיבה הייתה נפילה ראשונה מתוקשרת במהלך החימום למשחקי הרצון הטוב ב -1998. עבור ריצ'רד קסטאלדו מליטלטון, קולו, זה היה כדורים; עבור שחקן הכדורגל של פעם דניס בירד, התנגשות בשטח 1992 על המגרש; ולילד בשם סמנתה ג'ניפר ריד, נפילה בתקופת הינקות. תהיה הסיבה אשר תהיה, תוצאת הנזק הקשה לחוט השדרה היא לעתים קרובות מדי: שיתוק מלא או חלקי ואובדן תחושה מתחת לרמת הפציעה.

לפני עשר שנים לא הייתה לרופאים שום דרך להגביל נכות כזו, מלבד לייצב את הכבל למניעת הרס נוסף, טיפול בזיהומים וקביעת טיפול שיקומי כדי למקסם את כל היכולות שנותרו. הם גם לא יכלו לסמוך על הכבל כדי לרפא את עצמו. בניגוד לרקמות במערכת העצבים ההיקפית, כי במערכת העצבים המרכזית (חוט השדרה והמוח) אינה מתקנת את עצמה ביעילות. מעטים המדענים שהשאירו תקווה שהמצב ישתנה אי פעם.

ואז, בשנת 1990, ניסוי בבני אדם בהשתתפות מרכזי מחקר רבים העלה כי סטרואיד בשם methylprednisolone יכול לשמר תפקוד מוטורי וחושי כלשהו אם הוא ניתן במינונים גבוהים תוך שמונה שעות לאחר הפציעה. לראשונה הוכח כי טיפול מפחית תפקוד לקוי הנגרם על ידי טראומה בעמוד השדרה. השיפורים היו צנועים, אך ההצלחה גרמה לחיפוש אחר טיפולים נוספים. מאז, חוקרים רבים - כולל אותנו - חיפשו רעיונות חדשים לטיפול במחקרים מדוע פציעה ראשונית גורמת לפגיעה נוספת בחוט השדרה ומדוע הרקמה המופרעת לא מצליחה לשחזר את עצמה.

במאמר זה נסביר כיצד ניתן לרתום את הידע המתפתח במהירות כדי לעזור לאנשים עם פגיעות בעמוד השדרה. יש לציין, עם זאת, כי עובדים תכננו אסטרטגיות המפצות נזק לכבל במקום לתקן אותו. בשנתיים האחרונות, למשל, מינהל המזון והתרופות האמריקני אישר שתי מערכות אלקטרוניות המווסתות את השרירים באמצעות שליחת אותות חשמליים דרך חוטים מושתלים. האחת מחזירה תנועות ידיים מסוימות (כגון אחיזת כוס או עט) למטופלים בעלי ניידות כתפיים; אחר משחזר מידה של שליטה על שלפוחית השתן והמעיים.

גישה שונה יכולה גם לספק יכולת תפיסה לחולים מסוימים. מנתחים מזהים גידים המקשרים בין שרירי הזרוע המשותקים לעצמות היד, מנתקים אותם מאותם שרירים ומחברים אותם לשרירי הזרוע המווסתים על ידי חלקי עמוד השדרה מעל הפציעה (וכך עדיין בשליטה מרצון). יתר על כן, קלינאים רבים חושדים כי התחלת טיפול שיקומי בפעילות גופנית מוקדמת כמעט ברגע שעמוד השדרה מתייצב - עשויה לשפר את התפקוד המוטורי והחושי בגפיים. תפיסות אלה לא נבדקו בקפדנות אצל אנשים, אך מחקרים בבעלי חיים נותנים אמון בהן.

הכבל בעבודה

האיבר שמקבל את כל תשומת הלב הזו אינו עבה יותר מסנטימטר, אלא הוא הדרך הקריטית לתקשורת בין המוח לשאר חלקי הגוף. יחידות התקשורת הן תאי העצב (נוירונים), המורכבים מגוף תאי נורה (בית הגרעין), עצים של דנדריטים המזהים אותות, ואקסון המשתרע מגוף התא ומעביר אותות לתאים אחרים. אקסונים מסתעפים לקצותיהם ויכולים לשמור על קשרים, או סינפסות, עם תאים רבים בבת אחת. יש שחוצים את כל אורך הכבל.

לכבל הרך והג'לי יש שתי מערכות עיקריות של נוירונים. מבין אלה, המסלולים המוטוריים היורדים שולטים הן בשרירים החלקים של איברים פנימיים והן בשרירים מפוספסים; הם גם עוזרים לווסת את הפעולות של מערכת העצבים האוטונומית, המסדירה את לחץ הדם, הטמפרטורה ואת תגובת הדם בגוף למתח. המסלולים היורדים מתחילים בנוירונים במוח, השולחים אותות חשמליים לרמות או קטעים ספציפיים של הכבל. נוירונים בקטעים אלה מעבירים את הדחפים החוצה מעבר לכבל.

המערכת העיקרית האחרת של נוירונים - המסלולים התחושתיים העולים - מעבירה אותות חושים המתקבלים מהגפיים ומהאיברים למקטעים ספציפיים של הכבל ואז עד למוח. מקורם של אותות אלה הוא תאים "מתמרים" מיוחדים, כגון חיישנים בעור המאתרים שינויים בסביבה או תאים העוקבים אחר מצב האיברים הפנימיים. הכבל מכיל גם מעגלים עצביים (כגון אלה המעורבים ברפלקסים ואספקטים מסוימים של הליכה) הניתנים להפעלה על ידי אותות חושים נכנסים ללא קלט מהמוח, אם כי הם יכולים להיות מושפעים מהודעות מהמוח.

גופי התאים בתא המטען של החוט שוכנים בליבה אפורה בצורת פרפר המשתרעת לאורך חוט השדרה. הסיבים האקסונליים העולים והיורדים נעים באזור שמסביב המכונה החומר הלבן, מה שנקרא מכיוון שהאקסונים עטופים במיאלין, חומר בידוד לבן. בשני האזורים נמצאים גם תאי גליה, המסייעים לנוירונים לשרוד ולעבוד כראוי. הגליה כוללת אסטרוציטים בצורת כוכב, מיקרוגלייה (תאים קטנים הדומים לרכיבי מערכת החיסון) ואוליגודנדרוציטים, יצרני המיאלין. כל oligodendrocyte myelinates עד 40 אקסונים שונים בו זמנית.

האופי המדויק של פגיעה בעמוד השדרה יכול להשתנות מאדם לאדם. עם זאת, ניתן להבחין במשותף מסוים.

כשפגיעה פוגעת

כאשר נפילה או כוח כלשהו אחר שובר או נקע את עמוד השדרה, עצמות החוליות שבדרך כלל סוגרות ומגנות על החוט יכולות למחוץ אותו, להרוג מכנית ולפגוע באקסונים. לעיתים, רק החומר האפור באזור הפגוע משבש באופן משמעותי. אם הפציעה הסתיימה שם, הפרעות שרירים ותחושתיות היו מוגבלות ברקמות ששולחות קלט לנוירונים או מקבלים אותה ברמה המושפעת של הכבל, מבלי שתפקוד מטריד הרבה מתחת לרמה זו.

למשל, אם רק החומר האפור היה מושפע, נגע 8 (צוואר הרחם) בצוואר הרחם, הכרוך בקטע החוטים שבו העצבים שכותרתו C8 מקורם - ישתק את הידיים מבלי לעכב הליכה או שליטה על המעי ושלפוחית השתן. שום איתות לא ייצא או יתקבל מרקמות המחוברות לעצבי C8, אך האקסונים המעבירים אותות מעלה ומטה בחומר הלבן שמסביב ימשיכו לעבוד.

לעומת זאת, אם כל החומר הלבן באותו קטע חוט היה נהרס, הפציעה תפריע כעת את האותות האנכיים, ועוצר מסרים שמקורם במוח מנסיעה מתחת לאזור הפגום וחוסמים את הזרימה למוח של אותות חושים שמגיעים מתחת לפצע. האדם היה משותק בידיים ובגפיים התחתונות ויאבד שליטה על הטלת שתן ועשיית צואה.

למרבה הצער, העלבון הראשוני הוא רק תחילת הצרה. הפגיעה המכנית המוקדמת מפעילה גל שני של נזק - זה שבמהלך הדקות, השעות והימים הבאים מגדיל את הנגע בהדרגה ובכך את מידת הפגיעה התפקודית. התפשטות משנית זו נוטה להתרחש לאורך החומר האפור בהתחלה לפני שהיא מתרחבת לחומר הלבן (דומה בערך לנפח של בלון בצורת כדורגל). בסופו של דבר ההרס יכול להקיף כמה מקטעי עמוד שדרה מעל ומתחת לפצע המקורי.

התוצאה הסופית היא מצב של ריקול מורכב. אקסונים שניזוקו הופכים לגדמים חסרי תועלת, מחוברים לכלום, והמסופים המנותקים שלהם מתפוררים. לעתים קרובות אקסונים רבים נותרים שלמים, אך הם הופכים חסרי תועלת על ידי אובדן המיאלין המבודד שלהם. חלל מלא נוזלים, או ציסטה, יושב במקום בו היו בעבר נוירונים, תאים אחרים ואקסונים. ותאי גליה מתרבים בצורה לא תקינה, ויוצרים אשכולות המכונים צלקות גליה. יחד הציסטה והצלקות מהווים מחסום אימתני לכל אקסונים חתוכים שעלולים איכשהו לנסות לצמוח מחדש ולהתחבר לתאים שפעם עצבו. כמה אקסונים עשויים להישאר שלמים, מיאלינים ומסוגלים לשאת אותות במעלה או במורד עמוד השדרה, אך לעתים קרובות מספרם קטן מכדי להעביר הוראות שימושיות למוח או לשרירים.

ראשית, מכילים את הנזק

אם היה צריך להפוך את כל השינויים הללו באופן מלא כדי לעזור לחולים, הסיכויים לטיפולים חדשים יהיו עגומים. למרבה המזל, נראה כי הצלת פעילות נורמלית בכמעט 10 אחוזים מהשלמת האקסון הסטנדרטית תאפשר לעיתים הליכה לאנשים שאחרת חסרים להם יכולת זו. בנוסף, הורדת רמת הפציעה בקטע בודד בלבד (כחצי סנטימטר) יכולה לעשות הבדל חשוב באיכות חייו של האדם. לאנשים עם פציעה C6 אין כוח על זרועותיהם, חוסכים יכולת מסוימת להזיז את כתפיהם ולהגמיש את מרפקיהם. אך אנשים עם פגיעה נמוכה יותר ב- C7 יכולים להזיז את הכתפיים ומפרקי המרפק ולהאריך את מפרקי כף היד; עם אימונים ולפעמים העברת גידים, הם יכולים לעשות שימוש מסוים בזרועותיהם ובידיים.

מכיוון שכל כך הרבה נזק נוצר לאחר הפגיעה הראשונית, הבהרה כיצד ההרס המשני הזה מתרחש וחסימת תהליכים אלה הם קריטיים. נמצא כי ההריסות הנוספות נובעות ממנגנוני אינטראקציה רבים.

תוך דקות ספורות מהטראומה מופיעים שטפי דם קטנים מכלי דם שבורים וחוט השדרה מתנפח. הנזק והנפיחות בכלי הדם מונעים העברה רגילה של חומרים מזינים וחמצן לתאים, וגורמים לרבים מהם להרעיב למוות.

בינתיים תאים פגומים, אקסונים וכלי דם משחררים כימיקלים רעילים שהולכים לעבוד על תאים שכנים שלמים. במיוחד אחד הכימיקלים הללו מעורר תהליך משבש ביותר המכונה רעילות אקזיטוטוקסיות. בכבל הבריא קצות הקצה של אקסונים רבים מפרישים כמויות זעירות של גלוטמט. כאשר כימיקל זה נקשר לקולטנים בתאי עצב היעד, הוא מגרה את אותם תאים לדחפי אש. אך כאשר נפגעים נוירונים, אקסונים או אסטרוציטים בעמוד השדרה, הם משחררים שיטפון של גלוטמט. הרמות הגבוהות מעלות יתר על המידה את הנוירונים הסמוכים, מה שגורם להם להודות בגלי יונים שמפעילים סדרה של אירועים הרסניים בתאים, כולל ייצור רדיקלים חופשיים. מולקולות מאוד תגובתיות אלו יכולות לתקוף קרומים ורכיבים אחרים של נוירונים בריאים לשעבר ולהרוג אותם.

עד לפני כשנה נחשבו רעילות אקזיטוטים כזו, שנראתה גם לאחר שבץ מוחי, קטלנית לנוירונים בלבד, אך תוצאות חדשות מצביעות על כך שהיא הורגת גם אוליגודנדרוציטים (יצרני המיאלין). השפעה זו עשויה לעזור בהסבר מדוע אפילו אקסונים לא מוסתרים הופכים לדימינליים, ולכן אינם מסוגלים להוביל דחפים, לאחר טראומה בעמוד השדרה.

דלקת ממושכת, המסומנת בזרימת תאים מסוימים של מערכת החיסון, עלולה להחמיר את ההשפעות הללו ולהימשך ימים. בדרך כלל, תאים חיסוניים נשארים בדם, אינם מסוגלים להיכנס לרקמות של מערכת העצבים המרכזית. אך הם יכולים לזרום בקלות במקום בו נפגעים כלי הדם. כאשר הם ומיקרוגלייה הופכים בתגובה לפציעה, התאים המופעלים משחררים עוד יותר רדיקלים חופשיים וחומרים רעילים אחרים.

מתילפרדניזולון, התרופה הראשונה שנמצאה כמגבילה נזק לחוט השדרה בבני אדם, עשויה לפעול בחלקה על ידי הפחתת נפיחות, דלקת, שחרור גלוטמט והצטברות של רדיקלים חופשיים. הפרטים המדויקים כיצד זה עוזר לחולים נותרים לא ברורים.

מחקרים שנערכו על חיות מעבדה עם מיתרי עמוד שדרה פגומים מצביעים על כך שתרופות המסוגלות למנוע מהתאים להגיב לעודף גלוטמט עשויות למזער גם את ההרס. נראה כי סוכנים החוסמים באופן סלקטיבי את קולטני הגלוטמט של מה שמכונה AMPA, סוג הנמצא בשפע של אוליגודנדרוציטים ונוירונים, יעילים במיוחד בהגבלת היקף הסופי של הנגע והמוגבלות הקשורה אליו. אנטגוניסטים של קולטן AMPA מסוימים כבר נבדקו בניסויים מוקדמים בבני אדם כטיפול בשבץ מוחי, ותרכובות קשורות עלולות להיכנס למחקרי בטיחות בחולים עם פגיעה בעמוד השדרה תוך מספר שנים.

חלק ניכר מאובדן התאים המוקדם בחוט השדרה הפגוע מתרחש על ידי נמק, תהליך בו התאים למעשה הופכים לקורבנות פסיביים של רצח. בשנים האחרונות תועדו נוירוביולוגים גם צורה פעילה יותר של מוות של תאים, בדומה להתאבדות, בחוט. ימים או שבועות לאחר הטראומה הראשונית, גל של התאבדות תאים זו, או אפופטוזיס, גולף לעיתים קרובות דרך אוליגודנדרוציטים עד לארבעה מקטעים מאתר הטראומה. גם גילוי זה פתח דלתות חדשות לטיפול מגן. חולדות שקיבלו תרופות מעכבות אפופטוזיס שמרו על יכולת אמבולטורית יותר לאחר פגיעה טראומטית בעמוד השדרה מאשר חולדות שלא טופלו.

בשנים האחרונות ביולוגים זיהו חומרים רבים, הנקראים גורמים נוירוטרופיים, המקדמים גם הישרדות תאי עצב וגליה. חומר קשור, GM-1 ganglioside (Sygen), מוערך כעת כמגביל את הפגיעה בחוט בבני אדם. בסופו של דבר, התערבויות להפחתת נזקים משניים בחוט השדרה יגייסו ככל הנראה מגוון של תרופות הניתנות בזמנים שונים בכדי לסכל מנגנוני מוות ספציפיים באוכלוסיות תאים שונות.

הטיפול הטוב ביותר לא רק יפחית את היקף הפציעה אלא גם נזק לתיקון. מרכיב מרכזי בתיקון זה היה גירוי התחדשות האקסונים הפגועים, כלומר, גרימת התארכותם וחיבורם מחדש עם תאי יעד מתאימים.

אף על פי שנוירונים במערכת העצבים המרכזית של יונקים בוגרים בדרך כלל אינם מצליחים לחדש אקסונים פגומים, אך תקיפה זו אינה נובעת מתכונה פנימית של אותם תאים. במקום זאת התקלה נעוצה בחסרונות בסביבתם. אחרי הכל, נוירונים במקומות אחרים בגוף ובחוט השדרה הלא בוגר ובאקסונים הצומחים מחדש, בקלות, וניסויים בבעלי חיים הראו שהסביבה הנכונה יכולה לגרום לאקסונים של חוט השדרה להאריך די רחוק.

ואז, לגרום להתחדשות

חסרון אחד בסביבת הכבל מתגלה כשפע יתר של מולקולות המעכבות באופן פעיל התחדשות אקסונלית - חלקן במיאלין. המדענים שגילו מעכבים אלה הקשורים למיאלין ייצרו מולקולה בשם IN-1 (מעכב נוגדן מעכב) החוסם את פעולתם של אותם מעכבים. הם הוכיחו גם כי עירוי של IN-1 שמקורו בעכבר לחוט השדרה הפגוע של העכברוש יכול להוביל לצמיחה מחודשת למרחקים ארוכים של כמה אקסונים מופרעים. וכשמנותקים השולטים בפעילות הכפות הקדמיות מנותקים, בעלי החיים המטופלים מחזירים תנועת כפות מסוימות, ואילו בעלי חיים שלא מטופלים לא. נוגדן המכרסמים יושמד על ידי מערכת החיסון האנושית, אך עובדים מפתחים גרסה אנושית לבדיקה אצל אנשים.

כעת נמצאו גם מולקולות מעכבות רבות אחרות, כולל חלקן המיוצרות על ידי אסטרוציטים ומספר השוכן במטריצה החוץ תאית (הפיגום בין התאים). בהתחשב במערך זה, נראה סביר כי יהיה צורך בטיפולים משולבים בכדי לנטרל או לסגור ייצור של מעכבים מרובים בבת אחת.

מעבר להסרת ה"בלמים "לצמיחה מחודשת של האקסון, טקטיקה עוצמתית תספק חומרים המקדמים באופן פעיל הרחבה אקסונאלית. החיפוש אחר גורמים כאלה החל במחקרים על התפתחות מערכת העצבים. לפני עשרות שנים מדענים בודדו את גורם הצמיחה העצבי (NGF), גורם נוירוטרופי התומך בהישרדותה והתפתחותה של מערכת העצבים ההיקפית. לאחר מכן, גורם זה התברר כחלק ממשפחת חלבונים המשפרים את הישרדותם של העצבית ומעדיפים את התפתחות האקסונים. זוהו גם משפחות רבות אחרות של גורמים נוירוטרופיים עם כישרונות דומים. למשל, המולקולה נוירוטרופין -3 (NT-3) מעודדת באופן סלקטיבי את צמיחת האקסונים היורדים אל חוט השדרה מהמוח.

למרבה המזל, נוירונים בוגרים נותרים מסוגלים להגיב לאותות המתחדשים של האקסון מגורמים כאלה. ברור, עם זאת, ייצור טבעי של חומרים אלה נופל בהרבה מהכמות הדרושה לתיקון חוט השדרה. ואכן, ככל הנראה ייצור של כמה מהתרכובות יורד, במקום לעלות, במשך שבועות לאחר התרחשות טראומה בעמוד השדרה. על פי שורה של מחקרים בבעלי חיים, העלאת רמות אלה באופן מלאכותי לאחר פציעה יכולה לשפר את ההתחדשות. גורמים נוירוטרופיים המעודדים התחדשות, כגון גורם גדילה בסיסי של פיברובלסטים, נבדקו בחולי שבץ מוחי. אף אחד מהם לא הוערך ככלי עזר להתחדשות אצל אנשים הסובלים מפגיעה בחוט השדרה, אך רבים מוערכים בבעלי חיים כהקדמה למחקרים כאלה.

אלו השוקלים גורמים נוירוטרופיים לטיפול יצטרכו להיות בטוחים שהחומרים אינם מגבירים את הכאב, סיבוך שכיח לטווח ארוך של פגיעה בעמוד השדרה. לכאב זה סיבות רבות, אך אחת מהן היא הנבטה של אקסונים המתהווים אליהם הם אינם שייכים (אולי בניסיון כושל לטפל בפציעה) וחיבורם הלא הולם לתאים אחרים. המוח לפעמים מפרש לא נכון דחפים הנעים דרך האקסונים האלה כאותות כאב. גורמים נוירוטרופיים יכולים תיאורטית להחמיר את אותה בעיה ויכולים גם לגרום למעגלי כאב בחוט הספירלה ולתאים החשים בכאב בעור להיות רגישים מדי.

לאחר תחילת הצמיחה של האקסונים, יהיה עליהם להנחות את יעדיהם הנכונים, התאים אליהם חוטית במקור. אבל איך? גם במקרה זה מחקרים על התפתחות עוברית העלו רמזים.

במהלך הפיתוח מובילים אקסונים צומחים למטרותיהם בסופו של דבר על ידי מולקולות הפועלות על הקצה המוביל, או חרוט הגדילה. במיוחד בחמש השנים האחרונות נחשף מספר מדהים של חומרים המשתתפים בתהליך זה. חלקן, כמו קבוצה הנקראת נטרינים, משוחררות או מוצגות על ידי נוירונים או תאי גליה. הם קורצים לאקסונים לצמוח בכיוונים מסוימים ולהדוף את הצמיחה באחרים. מולקולות הדרכה נוספות הן מרכיבים קבועים של המטריצה החוץ תאית. חלק ממולקולות המטריצה נקשרות היטב למולקולות ספציפיות (מולקולות הידבקות תאים) על קונוסי הגדילה ובכך מספקות עוגנים לאקסונים הגדלים. במהלך ההתפתחות מוצגות מולקולות הצמיחה מולקולות הכיוון הנדרשות ברצפים ספציפיים.

ליצור חיבורים תקינים

כרגע איש אינו יודע לספק את כל התמרורים הכימיים הדרושים במקומות הנכונים. אך כמה ממצאים מראים כי ניתן להיעזר בהתחדשות על ידי אספקת תת-קבוצה של מולקולות המכוונות - למשל, מבחר של רשתות ורכיבים מהמטריקס החוץ-תאי. חומרים שכבר נמצאים בעמוד השדרה עשויים בהחלט לספק את שאר ההדרכה הדרושה.

גישת מיקוד אחרת נועדה לגשר על הפער שנוצר מפגיעת כבל. הוא מכוון אקסונים פצועים לעבר יעדיהם הנכונים על ידי אספקת צינור דרכו הם יכולים לנסוע או על ידי מתן פיגומים ידידותיים נוספים המסוגלים להעניק תמיכה פיזית לסיבים כאשר הם מנסים לחצות את הציסטה הבלתי חדירה בדרך כלל. הפיגום יכול לשמש גם מקור לכימיקלים מעודדי צמיחה.

לדוגמה, חוקרים השתילו צינורות ארוזים בתאי שוואן לתוך הפער בו הוסר חלק מחוט השדרה במכרסמים.תאי שוואן, שהם גליה של מערכת העצבים ההיקפית, נבחרו משום שיש להם תכונות רבות המעדיפות התחדשות אקסונלית. בניסויים בבעלי חיים, שתלים כאלה דרבנו צמיחה אקסונלית מסוימת לתוך הצינורות.

חומר גישור שני מורכב מתאי גלייה שמאפיינים ריח, שנמצאים רק בשטחים המובילים מהאף אל נורות הריח של המוח. כאשר הוכנסו תאים אלה לחוט השדרה של העכברוש במקום בו נחתכו שטחים יורדים, השתלים דרבנו צמיחה מחודשת חלקית של האקסונים מעל השתל. השתלת הגליה העוטפת את הריח בתאי שוואן הובילה לצמיחה נרחבת עוד יותר.

בתיאוריה, ניתן היה לבצע ביופסיה כדי להשיג את גליה חוש הריח הדרושה ממטופל. אך ברגע שייקבעו המאפיינים המאפשרים להם (או לתאים אחרים) להיות מלווים מוכשרים לאקסונים הגדלים, החוקרים עשויים להיות מסוגלים לשנות גנטית סוגי תאים אחרים אם תרצה בכך, ולתת להם את השילובים הנדרשים של מאפייני צמיחה.

פיברובלסטים (תאים הנפוצים ברקמת החיבור ובעור) הם בין אלה שכבר הונדסו לשמש כגשרים. הם שונו כדי לייצר את המולקולה הנוירוטרופית NT-3 ואז הושתלו לחוט השדרה החתוך של מכרסמים. הפיברובלסטים שהשתנו הביאו לצמיחה מחודשת של האקסונים. יחד עם עידוד צמיחה מחודשת של אקסונליים, NT-3 מגרה רמיאלינציה. במחקרים אלה פיברובלסטים שהשתנו גנטית שיפרו את המיאלינציה של האקסונים המתחדשים ושיפרו את פעילות הגפיים האחוריות.

החלף תאים אבודים

תוכניות השתלה אחרות ישתילו תאים המתרחשים בדרך כלל במערכת העצבים המרכזית. בנוסף לשמש כגשרים ולשחרור פוטנציאלי של חלבונים המועילים להתחדשות אקסונאלית, חלק מהשתלים הללו עשויים להיות מסוגלים להחליף תאים שמתו.

השתלת רקמות ממערכת העצבים המרכזית העוברית הניבה מספר תוצאות מרגשות בבעלי חיים שטופלו זמן קצר לאחר טראומה. רקמה לא בשלה זו יכולה להוליד נוירונים חדשים, המלאים באקסונים שעוברים מרחקים ארוכים לרקמות הנמען (למעלה ולמטה כמה מקטעים בחוט השדרה או החוצה לפריפריה). זה יכול גם להנחות נוירונים מארחים לשלוח אקסונים מתחדשים לרקמה המושתלת. בנוסף, מושתלים, בניגוד לבעלי חיים שלא טופלו, עשויים להחלים תפקוד כלשהו של הגפיים, כמו למשל היכולת להזיז את הכף בדרכים שימושיות. יתרה מכך, מחקרים על השתלת רקמות עוברית מצביעים על כך שאקסונים יכולים לפעמים למצוא יעדים מתאימים גם בהיעדר מולקולות הדרכה המסופקות חיצונית. ההשתלות, לעומת זאת, יעילות הרבה יותר בחוט השדרה הלא בוגר מאשר בחוט המבוגר הפגוע - אינדיקציה לכך שילדים צעירים יגיבו ככל הנראה לטיפול כזה הרבה יותר טוב מאשר מתבגרים או מבוגרים.

חלק מהחולים הסובלים מפגיעות בחוט השדרה לטווח ארוך קיבלו השתלות רקמות עובריות אנושיות, אך עד כה מעט מדי מידע זמין להסקת מסקנות כלשהן. בכל מקרה, יישום טכנולוגיית רקמות העובר בבני אדם יוגבל כמעט בוודאות על ידי דילמות אתיות והיעדר רקמת תורם. לכן, יהיה צורך לתכנן דרכים אחרות להשגת אותן תוצאות. בין החלופות יש השתלת תאי גזע: תאים לא בשלים המסוגלים להתחלק בלי סוף, ליצור העתקים מדויקים של עצמם וגם להשרץ מגוון סוגי תאים מיוחדים יותר.

זוהו סוגים שונים של תאי גזע, כולל כאלה המייצרים את כל סוגי התאים במערכת הדם, בעור או בחוט השדרה ובמוח. כמו כן, הוכח שתאי גזע שנמצאו במערכת העצבים המרכזית הבוגרת בבני אדם מסוגלים לייצר נוירונים ואת כל הגליה הנלווית שלהם, אם כי נראה שתאי גזע עצביים כביכול שקטים ברוב אזורי המערכת. בשנת 1998 כמה מעבדות השיגו גם תאי גזע רב-תכליתיים מרקמה אנושית. ניתן לגדל בתאי גזע עובריים אנושיים אלה (במשותף לתאי גזע עובריים שהתקבלו בעבר מחולייתנים אחרים) ובאופן תיאורטי הם יכולים להניב כמעט את כל סוגי התאים בגוף, כולל אלה של חוט השדרה.

אסטרטגיות של תאי גזע

כיצד תאי גזע עשויים לסייע בתיקון חוט השדרה? הרבה מאוד יתאפשר ברגע שביולוגים ילמדו כיצד להשיג תאים אלה בקלות ממטופל וכיצד לשלוט על בידול התאים. יש לציין כי רופאים יוכלו למשוך תאי גזע עצביים ממוחו של חולה או מחוט השדרה, להרחיב את מספר התאים שעדיין לא מובחנים במעבדה ולהציב את האוכלוסייה המוגדלת בחוטו של אותו אדם ללא חשש שמערכת החיסון תדחה את שתל כזר. לחלופין, הם עשויים להתחיל בתאי גזע עובריים אנושיים קפואים, לשדל את התאים ולהפוך למקדמים, או לאבות קדומים, של תאי עמוד השדרה ולהשתיל אוכלוסייה גדולה של המבשרים. מחקרים המציעים לבחון את ההשפעות על חולים עם פגיעות בעמוד השדרה של השתלת תאי גזע עצביים (מבודדים ממוח המטופלים על ידי ביופסיה).

פשוט השתלת תאי אב בכבל עשוי להספיק בכדי לדחוף אותם להתרבות ולהתמיין לשושלות הדרושות וכך להחליף מספר שימושי של נוירונים שאבדו ותאי גליה ולבסס את הקשרים הסינפטיים הנכונים בין נוירונים. תאי גזע המושתלים למערכת העצבים הרגילה והנפגעת של בעלי חיים יכולים ליצור נוירונים וגליה המתאימים לאזור ההשתלה. בשילוב עם תוצאות רקמת העובר, תוצאה זו מסמנת כי רמזים חשובים רבים להתמיינות ולמיקוד קיימים במערכת העצבים הפגועה. אך אם יש צורך בעזרה נוספת, מדענים יוכלו לספק אותה באמצעות הנדסה גנטית. ככלל, כדי לשנות גנטית בקלות, התאים צריכים להיות מסוגלים להתחלק. תאי גזע, בניגוד לתאי עצב בוגרים, מתאימים לחשבון זה.

תרחישים הכוללים השתלות תאי גזע הם אמנם עתידניים, אך יום אחד הם עצמם עשויים להיות מיותרים, ויוחלפו בטיפול גנטי בלבד. מסירת גנים לתאים שורדים בחוט השדרה יכולה לאפשר לאותם תאים לייצר ולשחרר אספקה קבועה של חלבונים המסוגלים לגרום לריבוי תאי גזע, לשפר את בידול התאים והישרדותם ולקדם התחדשות אקסונאלית, הכוונה ורמיאלינציה. אולם לעת עתה, עדיין מתעדנת טכנולוגיה למסירת גנים למערכת העצבים המרכזית ולהבטחת הגנים לשרוד ולעבוד כראוי.

עד ואפילו לאחר מכן, השתלות תאים וטיפולים גנטיים הופכים לנחלת הכלל להתמודדות עם פגיעה בחוט השדרה, חולים עשויים לקבל עזרה באמצעות תרופות שונות, המחזירות את הולכת האות באקסונים המושתקים על ידי דיסמינציה. בדיקות קליניות מתמשכות מעריכות את היכולת של תרופה בשם 4-aminopyridine לפצות על דמיאלינציה. חומר זה חוסם זמנית תעלות יון אשלגן בקרומים אקסונליים, ובכך מאפשר לאקסונים להעביר אותות חשמליים מעבר לאזורי דה-מילינציה. חלק מהחולים שקיבלו את התרופה הוכיחו שיפור מתון בתפקוד החושי או המוטורי.

במבט ראשון, טיפול זה עשוי להיראות כדרך טובה לטיפול בטרשת נפוצה, אשר הורסת את המיאלין סביב אקסונים של נוירונים במערכת העצבים המרכזית. חולים במחלה זו נוטים להתקפים, עם זאת, ו 4-aminopyridine יכול להחמיר נטייה זו.

גורמים נוירוטרופיים, כגון NT-3, שיכולים לעורר רמיאלינציה של אקסונים בבעלי חיים יכולים להיחשב גם לטיפול. NT-3 כבר נכנס לניסויים מקיפים (שלב III) בבני אדם עם פגיעה בחוט השדרה, אם כי לא כדי להחזיר את המיאלין. היא תינתן בהזרקה בכמויות המסוגלות לפעול על עצבים במעיים ולשפר את תפקוד המעי, אך המינונים יהיו נמוכים מכדי להניב ריכוזים גבוהים במערכת העצבים המרכזית. אולם אם התרופה מוכיחה שהיא בטוחה בניסוי זה, הצלחה זו עשויה לסלול את הדרך לבדיקות אנושיות של מנות גדולות מספיק בכדי לשפר את מיאלינציה או התחדשות.

השנים קדימה

ברור שבשנות התשעים חלו התקדמות מרשימה בהבנת פגיעה בחוט השדרה ובקרה על צמיחה עצבית. כמו אקסונים המגיעים לעבר מטרותיהם, מספר גדל והולך של חוקרים דוחפים את דרכם במעטפת הגילוי ומייצרים תוכנית משחק רציונלית לטיפול בנזקים כאלה. גישה זו תכלול מסירה של מספר טיפולים ברצף מסודר. חלק מהטיפולים יאבקו בפציעה משנית, חלקם יעודדו צמיחה מחודשת או רימילינציה אקסונלית, וחלקם יחליפו תאים אבודים.

מתי הרעיונות החדשים יהפכו לטיפולים אמיתיים? הלוואי שתהיה לנו תשובה. תרופות שעובדות טוב אצל בעלי חיים לא תמיד מועילות אצל אנשים, ואלו שמראות הבטחה בניסויים קטנים בבני אדם לא תמיד נמשכות כאשר נבדקות בהרחבה. עם זאת מעודד שלפחות שני ניסויים בבני אדם מתנהלים וכי אחרים יוכלו להתחיל בשנים הקרובות.

הגבלת הפגיעה תהיה קלה יותר מהפיכתה, ולכן ניתן לצפות בטיפולים לשיפור הנזק המשני בעקבות הטראומה החריפה להיכנס לבדיקות אנושיות במהירות. מבין אסטרטגיות התיקון, קידום הרמיאלינציה יהיה הפשוט ביותר לביצוע, מכיוון שכל מה שהוא דורש הוא ציפוי מחדש של אקסונים שלמים. לאסטרטגיות של רמיאלינציה יש פוטנציאל לייצר התאוששות משמעותית בתפקוד, כמו למשל להחזיר שליטה על שלפוחית השתן או יכולות מעיים שאנשים שאינם פצועים לוקחים כמובנים מאליהם, אך פירוש הדבר יהיה לאנשים הסובלים מפגיעות בעמוד השדרה.

כמובן שניתוחים להעברת גידים ומכשירים חשמליים מתקדמים כבר יכולים להחזיר פונקציות חשובות אצל חלק מהמטופלים. אולם עבור אנשים רבים, חזרה של עצמאות בפעילות יומיומית תהיה תלויה בשחזור רקמות פגועות באמצעות צמיחה מחודשת של אקסונים פצועים וחיבור מחדש של מסלולים משובשים.

עד כה, מעט התערבויות בבעלי חיים עם פציעות מבוססות בעמוד השדרה השיגו את גודל הצמיחה המחודשת והיווצרות הסינפסה שיהיה צורך לספק אחיזת יד או יכולת לעמוד וללכת במבוגרים אנושיים עם נזק לטווח ארוך. בגלל המורכבות והקשיים הגדולים הכרוכים בהיבטים אלה של תיקון כבל, איננו יכולים לנחש מתי טיפולים משחזרים עשויים להתחיל להיות זמינים. אך אנו צופים המשך התקדמות לקראת מטרה זו.

באופן מסורתי, טיפול רפואי בחולים עם פגיעה בעמוד השדרה שם דגש על אסטרטגיות פיצוי שמקסימות את השימוש בכל תפקוד חוט שיורי. מוקד זה מתרחב כעת, מכיוון שטיפולים שנועדו לתקן את הכבל הפגוע ולהשיב את התפקוד האבוד - מדע בדיוני רק לפני עשור - הופכים סבירים יותר ויותר.