תא גזע

תא גזע טוטיפוטנטי

תא גזע טוטיפוטנטי (total potential, בעל פוטנציאל מקסימלי) - מכונה גם אומניפוטנטי (omnipotent), הוא תא גזע היכול להתחלק ועל ידי כך לייצר את כל סוגי התאים המרכיבים יצור חי (כולל תאים חוץ עובריים כגון שליה).
התפתחות עובר מתחילה כביצית מופרית (זיגוטה) ההופכת לתא טוטיפוטנטי יחיד. בשעות הראשונות, תא זה יתחלק לשני תאים טוטיפוטנטיים זהים. תוך כ-4 ימי התחלקות, התאים מתחילים לקבל התמחויות ובכך הופכים לתאי גזע פלוריפוטנטיים שיכולים להפוך גם הם לסוגים רבים של תאים ולאחר התמחות נוספת הם הופכים לתאי גזע מולטיפונטניים שיכולים להפוך לכמה סוגי תאים ספציפיים בלבד.
בשונה מתאי גזע אחרים, רק תא טוטיפוטנטי יכול ליצור רקמה חוץ גופית (כגון שליה) שהיא לא חלק מהעובר.

תא גזע פלוריפוטנטי

תא גזע פלוריפוטנטי הוא תא הנוצר לאחר התמחות של תא גזע טוטיפוטנטי והוא יכול להפוך לתא באחת משלוש קבוצות הרקמות הנ"ל: אנדודרם (תאי דופן וחלל הקיבה, תאי מערכת העיכול (כבד, מעי) וריאות), מזודרם (תאי שריר, תאי עצם, תאי דם ותאי מערכת השתן) או אקטודרם (תאי עור ותאי עצב). תאי גזע פלוריפוטנטיים יכולים להתמחות ברקמה מסוימת אך הם לא יכולים להיהפך לאדם שלם וזאת משום שהם לא יכולים ליצור רקמה חוץ עוברית (כגון שליה).
לאחר התמחות נוספת, תאי גזע פלוריפוטנטיים הופכים לתאי גזע מולטיפוטנטיים.

תא גזע מולטיפוטנטי

תא גזע מולטיפוטנטי יכול להיהפך למספר מוגבל של סוגי תאים. לדוגמה, תא גזע המטופיוזיס (יצרן דם) יכול להתפתח למספר סוגי תאי דם (תא דם לבן, תא דם אדום או טסית דם), אך לא יכול להתפתח לתא מסוג אחר כגון תא שריר. מרגע שתא מולטיפוטנטי הופך לתא ספציפי, הוא כבר לא נחשב לתא גזע והוא לא יכול לשנות יותר את תפקודו או את יעודו.

שימושים ברפואה

איסוף דם מחבל הטבור (דם טבורי), שעשיר במיוחד בתאי גזע שעדיין לא ביצעו מיון, היא פעולה שמתבצעת בחלק מהלידות ברחבי העולם. הדם נשמר בבנקי דם המציעים שימור של תאי הגזע מהדם הטבורי בהקפאה. מטרת שמירת הדם היא שימוש עתידי בתאי הגזע לצורך ריפוי מחלות שונות.
הליך רפואי נפוץ יותר הוא השתלת מח עצם, שהיא בעצם השתלה של תאי גזע לצורך טיפול במחלות דם מסוימות. לרוב, כאשר יש בעיה במח העצם, וכתוצאה מכך אין התמיינות תקינה של תאי דם, מבצעים הרס של מח העצם על ידי הקרנה, ובמקומה משתילים תאי מח עצם חדשים, על מנת שיתרבו ויחליפו את הרקמה הקודמת.
חוקרים מקווים לפתח בצורה דומה טיפולים בעזרת תאי גזע ממוינים למחלות אחרות, כמו מחלת אלצהיימר או מחלת פרקינסון, ובעתיד הרחוק אף להשתמש בתאים אלו לצורך שיקום מלא של רקמות שנפגעו, או אפילו להצמחת איברים מחדש. בנוסף לכך משמשים תאי גזע לחקר התפתחות העובר, לחקר מחלות גנטיות ולחקר השיבוט.

תא גזע מושרה

תאי גזע מושרים הם תאי גזע שמקורם מתאים שאינם תאי גזע, בדרך כלל תא סומטי בוגר ש"תוכנת" מחדש כדי לבטא גנים מסוימים. תאי גזע פלוריפוטנטים מושרים (Induced pluripotent stem cells;‏ iPS) נוצרו לראשונה מתאי עכבר ב-2006,] וב-2007 הצליחו ליצור תאים אנושיים כאלו במעבדתו של שיניה יאמאנקה באוניברסיטת קיוטו ביפן. התפתחות זו עשויה לייתר את הצורך בתאים עובריים לצורך יצירת תאי גזע. מגלי התחום זכו בשנת 2012 בפרס נובל לרפואה.
חלק מהשיטות ליצירת תאי iPS, ובפרט השינויים הגנטיים הנעשים בתאים הבוגרים המתוכנתים מחדש עשויות להיות מסוכנות ובעייתיות לשימוש באדם. לדוגמה נגיפים המשמשים לשינוי הגנום של התאים, עשויים להשפיע על ביטוי גנים אונקוגנים (מסרטנים). במחקר מאפריל 2009 הראו כי ניתן ליצור תאי iPS ללא שינוי גנטי בתא הבוגר: די לחשוף את התאים הבוגרים לחלבונים מהונדסים, אשר חודרים לתאים באמצעות שרשראות פולי-ארגינין כדי להקנות לתאים פלוריפוטנטיות.
ניתן להשיג תאי iPS באמצעות החדרה (טרנספקציה) של גנים האופייניים לתאי גזע אל תאים לא פלוריפוטנטיים, כדוגמת תאי פיברובלסט. בשיטה זו גלומות בעיות, שכן ידוע כי היא עלולה לגרום לסרטן בתאים. הטרנספקציה יכולה להיעשות באמצעות נגיפים נשאים (וקטור ויראלי), כדוגמת רטרווירוס, שעליהם נמצאים הגנים Oct-3/4 ‏(Pou5f1) ו-Sox2. חלבונים אלו הם פקטורי שעתוק המשפיעים על ביטוי של גנים שונים ולעיתים מוכנסים גנים נוספים. לאחר כ-3–4 שבועות חלק מהתאים מותמרים ומתחילים לגלות תכונות מורפולוגיות וביוכימיות האופייניות לתאי גזע, ואלו בדרך כלל מופרדים מיתר התאים באמצעות סלקציה מורפולוגית, זמן הכפלה, גן מדווח או אנטיביוטיקה.
תאי iPS נוצרו לראשונה על ידי קבוצת המחקר של שיניה יאמאנקה באוניברסיטת קיוטו שביפן ב-2006. יאמאנקה השתמש בגנים שזוהו כבעלי חשיבות מיוחדת בתאי גזע עובריים, ובאמצעות רטרווירוסים הותמרו פיברופלסטים עכבריים כדי לבטא את הגנים. ארבעה גנים זוהו כהכרחיים לפלוריפוטנטיות: Oct-3/4, SOX2, c-Myc, ו-Klf4. התאים בודדו באמצעות סלקציה אנטיביוטית Fbx15⁺. שורת התאים שבודדו הכילו טעויות במתילציית ה-DNA בהשוואה לתאי הגזע העובריים המקוריים וחסרו את היכולת ליצור כימרות.
ב-2007 פרסמה אותה קבוצת חוקרים מחקר יחד עם שתי קבוצות מחקר בלתי תלויות מהרווארד, MIT ואוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס שבו הצליחו לתכנת מחדש פיברופלסטים עכבריים לתאי iPS ואף ליצור כימרות. גם הפעם שורת התאים נוצרה מפיברופלסטים עכבריים שבהם הופעלו מחדש באמצעות רטרווירוס ארבעת הגנים ההכרחיים לפלוריפוטנטיות, אולם הפעם עשו החוקרים שימוש בסמן אחד לזיהוי התאים, ובמקום ב-Fbx15 השתמשו ב-NANOG, שהוא גן חשוב בתאי גזע עובריים. שניים מהגנים שבהם נעשה שימוש, c-Myc ו-KLF4 ידועים כאונקוגנים, גנים העשויים לתרום להתפתחות של סרטן. ב-20% מהעכברים הכימריים התפתח סרטן. במחקר מאוחר יותר דיווח יאמאנקה כי ניתן ליצור תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים אף ללא c-Myc, בתהליך איטי ופחות יעיל, העכברים הכימריים לא פיתחו סרטן.
בנובמבר 2007 הושגה אבן דרך בתחום כשתאי iPS נוצרו מתאים אנושיים בוגרים, ושתי קבוצות חוקרים בלתי תלויות, ג'יימס תומסון מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון ושיניה יאמאנקה מאוניברסיטת קיוטו דיווחו על גילויים בתחום זה. קבוצת המחקר של יאמאנקה עשתה שימוש באותם העקרונות שנעשו במחקרים הקודמים לשם התמרת פיברופלסטים אנושיים לתאי גזע פלוריפוטנטיים באמצעות ארבעת הגנים שנעשה בהם שימוש במחקר קודם ( Oct3/4, Sox2, Klf4, ו-c-Myc), ותוך שימוש במערכת רטרוויראלית. לעומתם קבוצת המחקר של תומסון השתמשו ב-OCT4, SOX2, NANOG וגן שונה LIN28, תוך שימוש ב-Lentivirus להדבקה.
ב-2008 הצליחו חוקרים לשפר את תפוקתם התאים שעוברים תכנות מחדש באמצעות שימוש בחומצה ולפרואית ששימשה כמעכב לאנזים היסטון דה-אצטילאז. החומצה הוולפרואית מחקה את האיתות שעליו אחראי c-Myc. קבוצת חוקרים אחרת השתמשה בתערובת של שתי מולקולות BIX-01294 ו-BayK8644, והראתה כי ניתן להחליף את השימוש ב-Sox2.

שבץ

שבץ מהווה את אחד מגורמי המוות השכיחים במדינות מפותחות, עם זאת הטיפולים הקיימים מתמקדים בייצוב מצב החולה בלבד ולא בשיפורו, ומכוונים למניעת קרישה שתוביל לפגיעות נוספות או לתיקון אבנורמליות של מערכות כלי הדם. ספרות התחום מעלה מספר אופציות פוטנציאליות לשימוש בתרפיות מבוססות תאי גזע ותאים פלוריפוטנטיים, אך נראה כי טיפולים הנשענים על תאי גזע מסוג מיזנכימה (MSC) ותאי דם טבורי (HUBC) מראים פוטנציאל גדול יותר משאר הטיפולים הקיימים. בעוד שחלון הזמן בין אירוע השבץ למתן טיפול הנחשב כאפקטיבי ביותר מהקיימים בשוק- " tissue plasminogen activator"(חומר המשמש לפירוק קרישי דם ) יכול להינתן בחלון של עד 3 שעות מאירוע השבץ,  טיפולים הנשענים על תאי HUCB ו-MSC נמצאו במחקרים כיעילים עד חלון זמן של 48 שעות ואף במחקרים מסוימים נמצאו יעילים בחלון זמן של עד חודש מאירוע השבץ. תאים אלו ניתנים להחדרה ורידית ולכן מהווים טיפול נוח המאפשר יישום במרפאות קטנות וחסרות משאבים.
מחקרים שנעשו עד כה מראים כי לאחר החדרת תאי גזע ותאים פלוריפוטנטים למקרים של שבץ, התא המושתל אינו מתמיין ומחליף את התאים שנפגעו בשבץ, אלא  תאים אלו יוצרים שיפור במצב המטופל בעקבות השפעה אימונוסופרסיבית (הפחתת פעילות מערכת החיסון) המפחיתה דלקת. בנוסף, לתאי ה-MSC ותאי HUCB ישנה השפעה המעודדת הפעלה של מנגנוני תיקון פנימיים של המוח. שימוש בתאי דם טבורי נמצא יעיל במחקרים שבוצעו על מודלים של שבץ בחיות, עם זאת לא הייתה הצלחה בשחזור תוצאות אלו. מספר מחקרים שבחנו את שרידות התאים לאחר השתלתם, מצאו כי התאים אינם מתמיינים ותופסים צורה נוירונלית, אך אכן מובילים לשיפור של מדדים פונקציונליים. מכאן הסיקו החוקרים שתא הדם הטבורי ככל הנראה אינו גורם הכרחי ליצירת האפקט החיובי, אלא חלבון ספציפי הנמצא בו בשם (CD34). אם כן, ככל הנראה סוג חלבון זה הוא שמוביל לשיפור המשמעותי. מקורות עתירים בחלבון זה הם תאי HUCB ותאי MSC.

טרשת נפוצה

טרשת נפוצה היא מחלה כרונית מסוג דלקתי ואימונולוגי. הליך המחלה לרוב מאופיין במסלול של הישנות או רמסיה (הקלה בתסמינים לתקופה מסוימת ולאחר מכן חזרתם), כאשר תחילת המחלה מאופיינת בדלקת, ובהמשך דגרדציה (תהליך של פירוק וירידה בטיב) מעטפת המיאלין של אקסוני הנוירונים. טיפולים הנשענים על תאי גזע הם מרכזיים בחקר הטיפול בחלקה הראשוני של הפרעת הטרשת הנפוצה (דלקת); זאת בעקבות הגילוי כי רוב תאי הגזע נוטים ליצור השפעה אנטי דלקתית ואימונוסופרסיבית. השפעות אלו נמצאו כחזקות ביותר בקרב שני סוגי תאים:  תאי מח עצם (BMSC) ו תאי גזע נוירונלים (NSC), בנוסף תאים אלו מותאמים לטיפול בחלקה השני של המחלה (דגנרציה) בעקבות יכולתם להתמיין לאוליגודנדרוציטים.
תאי גזע נוירונלים NSC – נמצא כי החדרה של תאי ה-NSC לחיות הלוקות במודל של טרשת נפוצה בעכברים מובילה לתת תגובתיות של תאי T המעורבים בדלקת, הקהיית התגובה הדלקתית, עלייה בהתחלקות של נוירונים ואוליגודנדרוציטים, חידוש מעטפת המיאלין של אקסוני הנוירונים ושיפור משמעותי במדדים התנהגותי. עם זאת, ישנם מספר חסרונות בשימוש ב-NSC: ראשית, תהליך  הפקת ומיון התאים המוחיים, אשר לרוב אינם נוטים לבצע התחדשות, הוא ארוך ויקר. בנוסף, תאים אלו נוטים להפסיק את פעילותם כתאי גזע כאשר הם מוחזרים למוח המטופל, והם נוטים להידחות על ידי מערכת החיסון או ולייצר גידולים.
תאי גזע ממקור מח עצם BMSC – תאים אלו מועילים לטרשת נפוצה בעקבות מספר סיבות: תאים אלו הם בעלי פוטנציאל התמיינות לנוירונים ותאי גליה, השפעה אימונוספרסיביות בעקבות שינוי פעולת תאי T ותאי B (תאים של מערכת חיסון),  עידוד נוירוגנזה והפחתה משמעותית של סימפטומטי המחלה. יתרון נוסף של תאים אלו, הוא שלעומת תאי ה-NSC,  תאי ה-BMSC נוטים לייצר פחות מוטציות וגידולים לאחר השתלתם במטופל. שימוש בתאים אלו הוא יעיל וזול כיוון שניתן לייצרם מהמטופל עצמו ולכן ייצור תאים אלו אינו מוביל לבעיות אתיות. בנוסף, כיוון שהתאים שייכים למטופל, ישנה הפחתה בסיכוי לדחיית התאים על ידי מערכת החיסון. כיום, שימוש בתאי גזע לטיפול בטרשת נפוצה נמצא עוד בחיתוליו והמחקרים השונים על שיטה זו עוד נמצאים בשלבים פרה קליניים, אך לפי התוצאות הראשוניות נראה כי הוא בעל פוטנציאל רב לטיפול במחלה.

נוירוגנזה בהפרעות נפשיות 

דחק הוא מאפיין מרכזי בהפרעות פסיכולוגיות, ביניהן הפרעות אובססיביות קומפולסיביות, הפרעות חרדה שונות, דיכאון, פוסט-טראומה והפרעות נוספות רבות. הורמוני הסטרס בכלל וגלוקוקורטיקואיד בפרט, נמצאו כבעלי השפעה אינהיביטורית על התפתחות וצמיחת תאים בכלל הגוף והמוח. תחום מחקר זה בוחן כיום את השפעת הורמוני הסטרס על פרוליפרציה (התחלקות תאים) ונוירוגנזה ב-dentate gyrus של ההיפוקמפוס. ככל הנראה, ההשפעה של הורמוני הדחק מופיעה במספר יונקים (עכברים, מרמוסטים, חדפי העץ ועכברושים), בשלבי חיים שונים (ינקות, התבגרות, בגרות מוקדמת) תחת גורמי לחץ מגוונים, ואורכי סטרס משתנים. אף על פי ששלבי התהליך המקשרים בין הדחק בתחילתו להפחתה של נוירוגנזה ופרוליפרציה ב-dentate gyrus בסופה אינם מובנים לגמרי, עדויות רבות מצביעות על הורמוני הדחק כשחקנים מרכזיים, כיוון שנמצא כי ההיפוקמפוס עתיר רצפטורים לסטרואידי אדרנל וכי ביניהם גלוקוקורטיקואיד משפיע בצורה חזקה על מבנה של אזור מוח זה. נראה כי קטיעה של בלוטת האדרנל וכך הפחתה של אדרנל במחזור הדם מובילה לעליה בפרוליפרציה ונוירוגנזה. לתהליך זה יש מספר יוצאים מן הכלל אך נראה כי מתח כרוני, הדומה למתח הנפוץ בהפרעות נפשיות, מוביל להפחתה בנוירגנזה ופרוליפרציה של תאי גזע נוירונלים. בנוסף, נראה כי עליה ברמות קורטיזול, אשר מופרש כתוצאה ממתח, מובילה להפחתה של יצור חומר בשם BDNF (אשר תפקידו לעודד צמיחה והתפתחות של נוירונים). חוסר בחומר זה במוח היונק מוביל למחלות ניוון עצבי (נוירודגרגציה), ולפי השערות של מספר חוקרים בתחום עלול להוות הסבר למספר תופעות נפוצות בדיכאון מג'ורי. מספר מחקרים גילו כי תרופות אנטי דיכאוניות מובילות לעידוד מחדש של יצור גורם נוירוטרופי מוחי BDNF)) וכך בהמשך לחידוש של נוירגנזה. בנוסף, התגלה כי תרופות אנטי דיכאוניות יוצרות אינטראקציה עם קולטני גלוקוקורטיקואיד ומובילות לסנסטיזציה של אותם רצפטורים. הסנסטיזציה המחודשת מובילה לתיקון  המשוב השלילי של גלוקוקורטיקואיד וכך מפחית את רמותיו במוח. החוקרים מתחום מחקר זה משערים כי ההשפעות החיובית של תרופות אנטי דיכאוניות נובעות ברובן מחידוש הנוירגנזה במוח. תמיכה במודל זה באה לידי ביטוי בכך שכלל התרופות האנטי דיכאוניות כולל טיפול בשוק חשמלי, מובילות לעליה בנוירוגנזה וכי נוירוגנזה מחודשת נמצאת בקורלציה גבוהה עם הפחתה של סימפטומי דיכאון. עם זאת, חוקרים אחרים טוענים כי דיכאון מאג'ורי הוא הפרעה מורכבת בעלת השפעות סביבתיות גנטיות ואפי גנטיות ולכן סביר שההסבר הפשוט של נוירגנזה אינו מספק כדי לכסות את כלל ההפרעה.