נוירוביולוגיה מולקולרית
המשימה: להבין את המנגנונים הזעירים שמפעילים את המוח
המוח פועל דרך רשת עצומה של תאי עצב, שמעבירים ביניהם אותות ומשנים את פעילותם כל הזמן. מאחורי הפעילות הזאת עומדים מנגנונים ביולוגיים זעירים: גנים שמווסתים את פעילות התא, חלבונים שמבצעים פעולות חיוניות, קולטנים שמזהים מסרים, מולקולות איתות שמפעילות תגובות, וחיבורים בין תאים שמאפשרים תקשורת עצבית.
נוירוביולוגיה מולקולרית חוקרת את התהליכים שמאפשרים לתאי עצב לקלוט מסרים, לעבד אותם ולהעביר אותם הלאה. שינוי בפעילות של חלבון, קולטן או מולקולת איתות יכול להשפיע על התקשורת בין תאי העצב, ובהמשך גם על למידה, זיכרון, שינה, התנהגות ולעיתים על מחלות נוירולוגיות או נפשיות.
החיבור בין נוירוביולוגיה מולקולרית לרפואה מותאמת אישית חשוב במיוחד משום שמחלות מוח יכולות להיראות דומות, אך למעשה לנבוע ממנגנונים שונים. כדי להתאים אבחון, מעקב וטיפול בצורה טובה יותר, צריך להבין מה משתבש ברמה הביולוגית העמוקה ביותר - בתוך התאים, בין התאים ובמסלולי התקשורת שמחברים ביניהם.
מהי נוירוביולוגיה מולקולרית?
נוירוביולוגיה מולקולרית היא תחום המחקר שבוחן איך תהליכים ביולוגיים זעירים מאפשרים למוח ולמערכת העצבים לפעול. התחום עוסק במרכיבים כמו גנים, חלבונים, קולטנים, תעלות יונים, מולקולות איתות ונוירוטרנסמיטרים.
הפעילות המוחית נשענת על תקשורת מדויקת בין תאי עצב. תא עצב קולט אות, מעבד אותו, ומשחרר חומרים שמעבירים את המסר לתא הבא. בתוך התא, המסר הזה יכול להפעיל שרשרת של תגובות ביוכימיות: לשנות ביטוי של גנים, להשפיע על ייצור חלבונים, ולחזק או להחליש קשרים בין תאי עצב. תהליכים כאלה עומדים בבסיס למידה, זיכרון, עיבוד חושי, תנועה, שינה והתנהגות.
אחד המוקדים המרכזיים בתחום הוא חקר הסינפסות - נקודות המפגש שבהן תאי עצב מתקשרים זה עם זה. סינפסות מורכבות ממערך גדול של חלבונים ומולקולות, וההרכב שלהן יכול להשתנות בין אזורים שונים במוח. לכן, שינוי מולקולרי קטן בסינפסה עשוי להשפיע על הדרך שבה תאי עצב מעבירים מידע, ולעיתים גם על פעילות של רשתות עצביות שלמות.
התחום חשוב במיוחד להבנת מחלות של המוח ומערכת העצבים. במחלות ניווניות כמו אלצהיימר, פרקינסון, ALS והנטינגטון, חוקרים בוחנים הצטברות של חלבונים פגומים, פגיעה בקשרים בין תאי עצב, תהליכים דלקתיים, שינוי בביטוי גנים ופגיעה בייצור אנרגיה בתא. גם בהפרעות התפתחותיות, מצבים נפשיים והתמכרויות, המחקר המולקולרי מסייע להבין אילו מסלולים ביולוגיים מעורבים בשינוי בתפקוד המוח.
נוירוביולוגיה מולקולרית ברפואה מותאמת אישית
במחלות של המוח ומערכת העצבים, התסמינים שרואים מבחוץ לא תמיד מספרים מה קורה בתוך התאים. ירידה בזיכרון, הפרעת תנועה, שינוי במצב הרוח או פגיעה בהתנהגות יכולים לנבוע ממנגנונים ביולוגיים שונים: שינוי בפעילות של גן מסוים, חלבון שפועל בצורה לא תקינה, פגיעה בתקשורת בין תאי עצב, תהליך דלקתי או שינוי במסלול מולקולרי בתוך התא.
כאן נכנסת לתמונה נוירוביולוגיה מולקולרית. היא מאפשרת לבחון את המחלה ברמה עמוקה יותר, ולשאול אילו תהליכים ביולוגיים קשורים לתסמינים של המטופל המסוים. במחלות מוח, ההבנה הזאת חשובה במיוחד משום שאותה אבחנה יכולה להתבטא אחרת אצל אנשים שונים, וגם להתקדם בקצב שונה.
כדי לזהות את ההבדלים האלה, חוקרים משתמשים בכלים כמו ריצוף גנטי, מדידת פעילות של גנים, ניתוח חלבונים, הדמיה מתקדמת, מודלים של תאי עצב וכלים חישוביים. כלים אלה מאפשרים לחבר בין שינוי קטן ברמת התא לבין תפקוד מוחי רחב יותר, ויכולים לסייע בזיהוי מוקדם של סיכון, במעקב אחר התקדמות המחלה, ובהמשך גם בפיתוח כיווני טיפול מדויקים יותר.
מה אנחנו חוקרים במרכז דנגור באוניברסיטת בר-אילן?
במרכז דנגור לרפואה מותאמת אישית באוניברסיטת בר-אילן חוקרים את המוח ומערכת העצבים דרך המנגנונים הביולוגיים שמפעילים אותם. המחקרים בוחנים את המוח בכמה רמות: מתהליכים מולקולריים בתוך תאי עצב, דרך פעילות מוחית בזמן אמת, ועד הקשרים בין שינה, התנהגות, התמכרות ומחלות ניווניות.
מנגנונים מולקולריים של מחלות ניווניות: במעבדתה של ד"ר רונית אילוז נחקרים מנגנונים תאיים ומולקולריים של מחלות נוירודגנרטיביות. אחד ממוקדי המחקר הוא האנזים PKA, שמעורב בוויסות פעילות עצבית ובהעברת מסרים במוח. מחקר כזה יכול לסייע להבין כיצד שינוי מולקולרי נקודתי מוביל לפגיעה רחבה יותר בתפקוד המוח.
פעילות מוחית בזמן אמת: ד"ר דוד זאדה משתמש בדג הדניונלה השקוף כדי לצפות בפעילות מוחית ברזולוציה גבוהה ובזמן אמת. המודל הזה מאפשר לעקוב אחר תאי עצב במוח שלם וחי, ולבחון קשרים בין פעילות עצבית, גנטיקה, שינה, התנהגות חברתית ותגובות לתרופות.
הקשר בין נוירוטרנסמיטרים להתמכרות ודיכאון: פרופ' גל ידיד חוקר בקרה של נוירוטרנסמיטרים במוח בהקשרים של סמים ממכרים ודיכאון. מחקריו מחברים בין שינוי מולקולרי ותאי לבין התנהגות, התמכרות ותהליכי החלמה.
מחקר יישומי ושיתופי פעולה רב-תחומיים
כדי להבין מחלת מוח או הפרעה בתפקוד העצבי, צריך לראות איך שינוי קטן בתוך תא עצב יכול להשפיע על פעילות של מערכת שלמה. לכן המחקר בתחום מחבר בין עבודה בסיסית במעבדה לבין נתונים רפואיים, הדמיה, גנטיקה וכלים חישוביים.
במרכז דנגור פועלים יחד חוקרי מוח, ביולוגים מולקולריים, רופאים, פסיכולוגים, מומחי הדמיה, חוקרי שינה וביולוגים חישוביים. המפגש בין התחומים האלה מאפשר לזהות מנגנונים ביולוגיים שמתחילים ברמת התא, ולבחון כיצד הם יכולים להסביר תסמינים, לסמן סיכון ולתמוך בפיתוח גישות מדויקות יותר לאבחון ולמעקב.
נוירוביולוגיה מולקולרית מקרבת את הרפואה להבנה עמוקה יותר של המוח: מה משתבש בתוך תאי העצב, איך השינוי הזה משפיע על מערכות שלמות, ואיך אפשר להשתמש בידע הזה כדי להתאים בעתיד טיפול טוב יותר לכל מטופל.
