קולגן אנושי מצמחים יאפשר בעתיד הדפסת איברי גוף

פיתוח ושימוש ברפואה באיברים להשתלה שעשויים מסגסוגות מתכות שונות או מחומרים סינתטיים אותם ניתן להבריג או להדביק כתחליפים לאיברים מקוריים בגוף האדם, הוא רעיון מצוין שנעשה בו שימוש מזה דורות רבים. למרות ההצלחה היחסית, הרעיון אינו כה מוצלח מכיוון שמרבית השתלים הללו כושלים במשך הזמן, ויש לכך סיבה טובה.

האיברים בטבע נבנים לפי עקרון שונה בתכלית; בטבע אין גורם חיצוני שמבריג לנו את הראש לצוואר, משחיל את העצם למקום או מדביק את העור לגופינו. בטבע כל תא חי מכיל DNA המקודד לאבני בניין שהם חלבונים או אנזימים שמיצרים אבני בניין אחרות. בהתאם לרקמות שבהם נמצאים התאים הם מייצרים את אבני הבניין הייחודיות הללו שמכירות אחת את השניה ומרכיבות בעצמם מבנים ננומטרים הגדלים לרמת המקרו (self-assembled).
קולגן מהווה אחת מאבני הבניין החשובות ביותר בגוף האדם. הקולגן מהווה כ-25% ממשקל החומר היבש שלנו וחשיבותו רבה ביותר בסוגי רקמות חיבור שונות. לדוגמא, עצם מכילה כ-50% קולגן והשאר מינרלים ומלחים שונים, ברקמות הסחוס למיניהן הקולגן מהווה את המרכיב העיקרי וכמו כן גידים ורצועות עשויים קרוב ל-100% קולגן. מכיוון שכך, המחקר והפיתוח הקשור לעסקי “חלקי חילוף” המתאימים יותר לשמש כאיברים טבעיים לבני אדם, זקוק לקולגן אבן בנין עיקרית. השימוש בקולגן לייצור שתלים ביולוגיים לשימוש בבני אדם החל כבר לפני שנים. היום נמצאים בשימוש למעלה מ-1,000 סוגי שתלים רפואיים עשויים קולגן, ביניהם תחליפי עצם, רשתות לאיחוי וריפוי רקמות רכות ומסתמי לב.
אחת הבעיות בשימוש בקולגן למטרות אלו היא מקורו. עיקר הקולגן המשמש היום ברפואת האיברים התחליפיים מקורו כמוצר לוואי של תעשיית הבשר והעורות ומופק מגופות של פרות, חזירים, סוסים. חלקו של הקולגן לשימוש ברפואה מופק אף מגוויות אדם. שימוש במקורות אלו, מעלה מספר חששות. ראשית, למרות הדמיון הרב ישנם מספר הבדלים קטנים במבנה החלבון בין הקולגן האנושי לזה המופק מחיות. הבדלים אלו יכולים לעתים לגרום לתגובות אלרגיות אצל החולים. בנוסף קיים חשש רב להעברה של מחלות מדבקות כמו הפרה המשוגעת, וירוסים ופתוגנים שונים וכן מעלה שאלות מוסריות בחלק מהחולים המיועדים להשתלה. הסכנה בשימוש בחומרים המופקים מחיות בבני אדם אינו תיאורטי ובעבר דווח למשל בארה”ב על תמותה של מאות אנשים שטופלו בהפרין שמקורו ממעי של חזיר. בעיה זו אינה היחידה. קולגן המופק מרקמות הוא למעשה “משומש”. זהו אוסף של מולקולות שכבר עבר מספר תהליכים ויצרו רקמות בגוף החיה ממנה הופקו. לאחר תהליך ההפקה הכולל טיפול בתנאים קיצוניים של חומצה או בסיס, חלק מהקולגן נמצא פגום ואינו מתפקד באופן מיטבי כאבן בנין חדשה.
לאור הבעיות והסכנות בשימוש בקולגן מהחי פרסם מנהל התרופות האמריקני, ה-FDA, אזהרה לכל החברות המייצרות שתלים מבוססי קולגן ובקשה לחפש חלופה בטוחה. ואכן הטכנולוגיה לחלופה כזו נמצאה – חלבונים רקומביננטיים. אינסולין לדוגמא מיוצר כבר שנים רבות בתאי שמר. באמצעות הנדסה גנטית הושתל הגן האנושי המקודד לאינסולין לתא השמר המייצר אינסולין בטוח לשימוש.
ייצור הקולגן הוא מסובך הרבה יותר ולא ניתן לייצרו בדרך זו, מכיוון שהוא מהווה אבן בניין מאוד מורכבת. בניגוד לאינסולין שבו גן אחד אחראי לייצור של חלבון אחד, הקולגן הוא חלבון מורכב. לייצור תחליף לקולגן הטבעי נדרשים חמישה גנים שונים לייצור המרכיבים הדרושים של המולקולה השלמה. עד לפני כ-10 שנים המשימה להחדיר 5 גנים שונים מאדם לתא אחד של אורגניזם אחר באופן כזה שכל הגנים “יעבדו יחדיו” לייצר מתואם של מולקולה מורכבת כמו קולגן אנושי נראתה בלתי אפשרית.
היום, 10 שנים מאוחר יותר, בעקבות מחקר מדעי מורכב, מגדלים בישראל עשרות דונמים של חממות צמחי טבק המכילים את כל חמשת הגנים מהאדם, שאחראים לייצור קולגן אנושי. קולגן זה המופק בתהליך תעשייתי מחלקי הצמח זהה לחלוטין לקולגן המיוצר באדם. בנוסף, הקולגן המיוצר בצמח אינו נשא של וירוסים ופתוגנים המסכנים את האדם, והוא אבן בניין חדשה ומושלמת לריפוי וייצור רקמות. הקולגן האנושי הצמחי יכול לשמש לפיתוח מוצרים למטרות שונות שלהן אין היום פתרון טיפולי טוב כמו למשל ריפוי של סיבים סוכרתיים, שיפור איכות הריפוי והקטנת צלקות בחתכים ניתוחיים או ריפוי מיקרו קרעים ודלקות כרוניות בגידים ורצועות מפרקיים. ניתן לצפות כי בעתיד אף יוכל החומר להוות מקור בטוח ליצירת שתלים של רקמות רכות לשימוש בהליכי כירורגיה פלסטית ואסתטית.
תהליך הייצור של הקולגן מצמחים נמצא כבר היום בסקלה תעשייתית בישראל, ולמעשה ניתן היום לבנות תהליך ייצור שיספק את כל תצרוכת הקולגן של עולם המכשור הרפואי במחירים סבירים. אני מאמין כי לא ירחק היום ורשויות הבריאות ידרשו מהחברות בעולם לעבור לשימוש בקולגן רקומביננטי וידרשו את הפסקת ההשימוש בקולגן שמקורו בגופות חיות או אדם לייצור שתלים.
ומה צופן העתיד? אני סבור שהקולגן המיוצר בצמחים יכול לשמש גם כ”דיו-ביולוגי”. בתהליך זה הקולגן ישמש כחומר גלם עבור מדפסות תלת-מימד. הטכנולוגיה של הדפסת תלת מימד קיימת למעשה כבר היום ושימוש זה יוכל להעצים את יכולתם של הרופאים להגיע לדיוק מירבי בתכונות הביו-מכניות הדרושות לתפקוד השתל, בצורה של השתל להתאמה מלאה לגוף החולה ובאיכות השתלים לעמידות לאורך זמן. בין יתר השימושים השתלים הללו ישמשו כתבנית להתרבות ושגשוג תאים עובריים לייצור של רקמות או איברים בהתאם לנדרש.
בשנים הבאות ניתן יהיה למצוא בקליניקה של רופא השיניים, ובחדרי הניתוח של האורתופד, המנתח הפלסטי וקרדיולוג, מדפסות תלת מימד המכילות מחסניות “דיו-ביולוגי” שיכילו תרכובות קולגן אנושי המיוצר בצמחים וכן מרכיבים מינרליים וביולוגיים נוספים לשימוש בהתאם לצורך הייחודי של כל איבר. בתיאום עם מערכות הדמייה, ניתן יהיה לייצר במקום ובאופן מיידי שתלים המותאמים באופן אישי לכל מטופל ובכך ליעל את תהליך הריפוי ולשפר את תוצאותיו.

פרופ’ עודד שוסיוב הינו מדען ומייסד קולפלנט.
חברת קולפלנט עוסקת בפיתוח וייצור מוצרים רפואיים על בסיס חלבון אנושי המופק מצמחי טבק.