מטבוליזם

המשימה: להבין את מערכת האנרגיה שמפעילה את הגוף

במשך שנים נהוג היה לחשוב על מטבוליזם כעל "חילוף חומרים" במובן הפשוט של שריפת קלוריות, עלייה או ירידה במשקל, אולם כיום ברור שמדובר במערכת מורכבת בהרבה: רשת מסועפת של תהליכים ביוכימיים המאפשרים לתאים להפיק אנרגיה, לבנות חומרים חדשים, לפרק רכיבים שאינם נחוצים עוד, להגיב למצבי לחץ ולהתאים את עצמם לסביבה משתנה.

באמצעות חקר המטבוליזם, מדענים יכולים להבין לעומק את המנגנונים הבסיסיים של הגוף: מדוע אצל אדם אחד מתפתחת סוכרת, אצל אחר מחלה דלקתית או סרטן, ומדוע מטופלים עם אותה אבחנה עשויים להגיב באופן שונה לאותו הטיפול.

מהו מטבוליזם?

מטבוליזם הוא מכלול התהליכים שמאפשרים לגוף להפיק אנרגיה ולהשתמש בה כדי להפעיל את התאים, לבנות חומרים חדשים, לתקן נזקים ולשמור על איזון פנימי. רוב האנרגיה מגיעה מהמזון, אך הגוף יודע להשתמש גם במאגרים פנימיים, כמו סוכר שנאגר בכבד ובשרירים או שומן שנאגר ברקמות. 

אפשר לדמות את המטבוליזם למערכת ניהול עירונית מתקדמת: המזון הוא חומר הגלם שנכנס אל העיר, כלי הדם הם דרכי ההובלה והכבישים הראשיים, התאים הם המפעלים המקומיים, והאנרגיה היא רשת החשמל שמפעילה את הכול. כאשר המערכת פועלת כסדרה, כל תא מקבל את מה שהוא צריך, בזמן הנכון ובכמות המדויקת. אך כאשר נוצרת תקלה באספקה, בעיבוד או במערכות הבקרה – עלולה להתפתח מחלה.

גלוקוז הוא דוגמה טובה לאופן שבו הגוף מפיק אנרגיה ומשתמש בה. לאחר ארוחה, הגלוקוז נספג ממערכת העיכול אל זרם הדם, ומשם מגיע לתאים. בתוך התא הוא עובר פירוק הדרגתי: תחילה מתקבלת ממנו כמות קטנה של אנרגיה זמינה, ובהמשך, בעזרת המיטוכונדריה, ניתן להפיק ממנו אנרגיה רבה יותר. כאשר יש בגוף יותר גלוקוז ממה שנדרש באותו רגע, חלק ממנו נאגר בכבד ובשרירים בצורת גליקוגן, וחלק מעודפי האנרגיה יכול להפוך לשומן ולהישמר לשימוש עתידי.

לצד הפקת אנרגיה, המערכת המטבולית משמשת גם חיישן רגיש המסייע לגוף לזהות את מצבו ולהגיב בהתאם. כאשר רמות הסוכר, השומנים, חומצות האמינו או ההורמונים משתנות, התאים מקבלים מידע על מה שקורה בגוף: האם יש מספיק חומרי מזון, האם נדרש תיקון רקמות, האם קיימת דלקת או שמא כדאי להאט פעילות ולחסוך באנרגיה. אותם תהליכים מטבוליים הם אלו שמכריעים בהחלטות הבסיסיות ביותר של התא – מתי לגדול, מתי להתחלק, מתי לתקן נזקים ומתי להפחית פעילות.

מטבוליזם ורפואה מותאמת אישית

הקשר ההדוק בין מטבוליזם לרפואה מותאמת אישית בולט במחלות רבות, משום שאותה אבחנה קלינית אצל מטופלים שונים יכולה לנבוע ממנגנונים ביולוגיים שונים לחלוטין:

במחלת הסוכרת: רמות סוכר גבוהות בדם הן רק התוצאה הסופית הנראית לעין. מאחוריהן עשויים לעמוד קושי של הלבלב לייצר מספיק אינסולין, ירידה ברגישות של השריר ורקמת השומן לאינסולין, שינוי בפעילות הכבד או שילוב של כמה גורמים יחד. הבנה של המקור לשיבוש יכולה לסייע בהתאמת הטיפול והמעקב באופן אישי.

במחלות סרטן: שינויים מטבוליים הם חלק מרכזי מהתנהגות המחלה. תאים ממאירים משנים לעיתים את הדרך שבה הם צורכים גלוקוז, מפיקים אנרגיה ומשתמשים בחומרי בניין, כדי לתמוך בגדילה מהירה ובהישרדות. השינויים האלה משפיעים גם על סביבת הגידול ועל פעילות מערכת החיסון, ולכן הם עשויים להיות משמעותיים בבחירת אסטרטגיות טיפול.

במחלות כרוניות וניווניות: במצבים רפואיים כמו כבד שומני, השמנה, מחלות לב וכלי דם ומחלות ניווניות, השיבוש המטבולי מתבטא ברשת רחבה של תהליכים משולבים: ויסות סוכר, פירוק ואגירה של שומנים, תהליכי דלקת, פעילות הורמונלית ותפקוד המיטוכונדריה.

חקר המטבוליזם מאפשר לזהות במדויק היכן בדיוק נוצר חוסר האיזון אצל כל מטופל ומטופלת, ולהתאים עבורם בצורה ממוקדת את הטיפול התרופתי, התזונה, המעקב הקליני והשינוי הנדרש באורח החיים.

מה אנחנו חוקרים במרכז דנגור באוניברסיטת בר-אילן?

במרכז דנגור לרפואה מותאמת אישית באוניברסיטת בר-אילן חוקרות וחוקרים בוחנים כיצד תהליכים מטבוליים משפיעים על התפתחות מחלות, על תגובת הגוף לטיפול ועל ההבדלים הביולוגיים הבין-אישיים:

המטבוליזם של מערכת החיסון בסרטן: אחד מכיווני המחקר במרכז עוסק בשיפור היכולת של מערכת החיסון לפעול נגד סרטן. במחקרים של פרופ' סיריל כהן ועמיתיו נבחן כיצד שינוי במטבוליזם של תאי T - תאים של מערכת החיסון שמזהים ופוגעים בתאים לא תקינים - יכול לחזק את פעילותם נגד גידולים. הרעיון הוא שתאים אלה זקוקים לאנרגיה רבה כדי לזהות תאי סרטן, לתקוף אותם ולהמשיך לפעול לאורך זמן. לכן, שיפור היכולת שלהם להפיק אנרגיה עשוי לסייע להם להתמודד טוב יותר עם הגידול.

מודלים מתמטיים לבקרת הסוכר: מחקר נוסף במרכז עוסק בסוכרת ובבקרה על פעילות תאי הלבלב. ד"ר רון פירן מפתח מודלים מתמטיים להבנת התנאים הנדרשים להתחדשות תאי בטא - התאים שאחראים להפרשת אינסולין. מודלים אלה מאפשרים לבחון כיצד תאי לבלב נוצרים ומתמיינים, וכיצד אפשר יהיה בעתיד לשפר את מערכת הבקרה של רמות הסוכר בגוף.

חקר פערי בריאות מטבוליים בגליל: לצד המחקר המולקולרי, ד"ר סיון שפיצר חוקרת פערי בריאות הקשורים לסוכרת בגליל. מחקרה בוחן כיצד תחלואה מטבולית מושפעת גם מגורמים כמו סביבת מגורים, מצב חברתי-כלכלי ונגישות לטיפול. בכך הוא מרחיב את המבט על רפואה מותאמת אישית מעבר למנגנונים מולקולריים, אל תנאי החיים שמשפיעים על מניעה, איזון מחלה והיענות המטופלים לטיפול.

טכנולוגיות ניטור ובינה מלאכותית: המרכז מקדם פיתוח טכנולוגיות מדידה וניתוח נתונים מתקדמות להבנת המטבוליזם ברמה אישית ורציפה. דוגמה בולטת לכך היא מחקר בראשות פרופ' זאב זלבסקי, שבו פותחה שיטה חדשנית ולא-פולשנית למדידת רמות הגלוקוז בדם באמצעות שילוב של לייזר, שדה מגנטי וכלי ביולוגיה חישובית ובינה מלאכותית. גישות טכנולוגיות אלו עשויות לאפשר בעתיד ניטור נוח, רציף ומדויק של מדדים מטבוליים, ולסייע בזיהוי מוקדם של חריגות הדורשות התערבות רפואית.

מחקר יישומי ושיתופי פעולה רב-תחומיים

כדי לקדם רפואה מותאמת אישית בתחום המטבוליזם, יש צורך לחבר בין הידע שנוצר במעבדה לבין נתונים, טכנולוגיות ושאלות שעולות מהקליניקה. החיבור הזה מאפשר להבין טוב יותר את מקור השיבוש המטבולי, ולבחון כיצד אפשר לזהות אותו מוקדם יותר או להשפיע עליו באמצעות טיפול מותאם.

מרכז דנגור פועל במרחב הזה, ומקדם חיבורים בין מחקר לבין שאלות רפואיות יישומיות. שיתוף הפעולה עם המרכז הרפואי שיבא תל השומר, למשל, מחבר בין מעבדות המחקר באוניברסיטת בר-אילן לבין סביבה קלינית, ומאפשר לבחון תהליכים ביולוגיים גם בהקשר רפואי קרוב יותר למטופלים.

באמצעות שילוב כוחות זה ניתן לחבר בין מנגנונים מולקולריים, מדדים ביולוגיים ונתונים קליניים מהשטח, ולהתקדם צעד נוסף לעבר המטרה: התאמת טיפול מדויק, נכון ומותאם אישית לכל מטופל ומטופלת.