PhysioPlexity

17/08/2022

המוח: צורה ותפקוד – פעם ראשונה בסרטון

בעזרת כלי ההדמיה העוצמתיים של ימינו, מדעני מוח יכולים לפקח על הירי והתפקוד של נוירונים רבים ומובחנים במוחנו, אפילו בזמן שאנו נעים בחופשיות. בנוסף, יש ברשותם מאגר כלים ללכוד תמונות יוצאות דופן ברזולוציה גבוהה של אלפי נוירונים בודדים, תוך התחקות אחר הצורה של כל ענף מורכב של המבנים דמויי העצים במוח.

רוב גישות ההדמייה המוחית אינן לוכדות צורה ותפקוד עצבי בבת אחת, אך הסרטון הזה הצליח. מבט ראשון מסוגו לתוך מוח יונקים שנוצר על ידי אנדראס טוליאס (Andreas Tolias) ועמיתיו ממכללת ביילור לרפואה ביוסטון, טקסס, כולל כ-200 נוירונים בקליפת הראייה, הקולטת ומעבדת מידע חזותי. ראשית, רואים רשת צבעונית צפופה של נוירונים. לאחר מכן, אותם נוירונים, שנצבעו בוורוד, אדום, כחול וירוק, נפרדים אלה מאלה וחושפים את הדפוסים והצורות המפורטים שלהם. לאורך הסרטון ניתן לראות פעילות עצבית, המופיעה כהבזקים לבנים הדומים לברק.

יצירת הסרטון הייתה תהליך רב-שלבי. ראשית, קבוצת טוליאס הציגה לעכברי מעבדה סדרה של רמזים חזותיים, תוך שימוש בגישת הדמיה פונקציונלית הנקראת הדמיית סידן דו-פוטונית כדי לתעד את הפעילות החשמלית של נוירונים בודדים. על אף שהטכניקה הזו אפשרה לחוקרים לאתר את המיקומים והפעילות המדויקים של כל נוירון בודד בקליפת המוח החזותית, הם לא יכלו להתקרב מספיק כדי לראות את המבנים המדויקים שלהם.

לפיכך, צוות ביילור שלח את העכברים לעמיתיהם במכון אלן למדעי המוח בסיאטל, וושינגטון, שם היו ברשותם המיקרוסקופים האלקטרונים הדרושים ומומחיות טכנית כדי לצפות מקרוב במבנים הללו. הנתונים שהתקבלו אפשרו לצוות משתף פעולה נוסף מאוניברסיטת פרינסטון בפרינסטון, ניו ג'רזי, להתחקות אחר נוירונים בודדים בקליפת המוח החזותית לאורך הנתיבים המתפתלים שלהם. לבסוף, השתמשו באלגוריתמים מתוחכמים של למידת מכונה כדי ליישר בקפידה את שני מערכי ההדמיה ולהפיק את הסרטון המרהיב הזה.

הסרטון זכה בפרס הראשון בתחרות צילום ווידאו, הנתמכת על ידי מחקר המוח של המכונים האמריקניים לבריאות NIH באמצעות יוזמת קידום טכנולוגיות נוירוטכנולוגיות חדשניות.

טוליאס וצוותו כבר עושים שימוש בנתוני ההדמיה שהם מפיקים כדי ללמוד יותר על הדרכים המדויקות שבהן נוירונים בודדים וקבוצות של נוירונים בקליפת המוח החזותית של עכבר משלבים תשומות חזותיות כדי לייצר תצוגה קוהרנטית של סביבת החיה. הם גם אספו מערך נתונים גדול עוד יותר, והגדילו את הגישה שלהם לעשרות אלפי נוירונים. נתונים אלה זמינים כעת באופן חופשי עבור מדעני מוח אחרים במטרה לעזור להם לקדם את עבודתם. הסברה היא שכאשר חוקרים יעשו שימוש בנתונים אלה ודומים להם, האיחוד הזה של צורה ותפקוד עצביים יניב תגליות חדשות ברזולוציה גבוהה על המוח של יונקים, כמונו.

מקור:
https://directorsblog.nih.gov/2022/08/16/the-amazing-brain-capturing-neurons-in-action/

https://youtu.be/1P0aKD3uqmw

Functional activity measured in vivo with 2-Photon imaging with matching morphologies from the same neurons measured with electron microscopy.By Andreas Toli...

25/01/2022

פוסט חדש שהעלתי באתר, המיזם הבא באנטי-אייג'ינג עם השקעה ראשונית של 3 מיליארד דולר (!) בו טובי המוחות המדעיים והעסקיים מתכנסים למאמץ מחקרי/רפואי חובק 3 יבשות. שווה הצצה.

רקע "היסטורי" אני מתארת לי שגם בחלומותיו הורודים ביותר לא תאר לעצמו המדען היפני, שינְיָה ימאנאקה (Shinya Yamanaka), כאשר שהה במעבדתו הקטנה בבית הספר הרפואי של אוניברסיטת אוס....

20/01/2022

זהירות, גנבים!

מיטוכונדריה הם אברוני תא המייצרים את רוב האנרגיה הכימית הדרושה להפעלת התגובות הביוכימיות של תאי הגוף. אנרגיה כימית המיוצרת על ידי המיטוכונדריה מאוחסנת במולקולה קטנה הנקראת אדנוזין טריפוספט (ATP).

אנחנו יודעים שסרטן מסוגל להתפשט בגוף על ידי בריחה ממערכת החיסון. בירור שנעשה אחר אסטרטגיות התחמקות מגוונות של תאי סרטן מפני תאי מערכת החיסון מהווה שלב קריטי בחיפוש אחר טיפולי אימונותרפיה מהדור הבא נגד ממאירות קטלנית זו.

מחקר חדש מדווח שתאים סרטניים יכולים למעשה לשאוב את המיטוכונדריה מתאי T של מערכת החיסון באמצעות ננו-צינוריות (מה?). כאמור, המיטוכונדריה של תאי החיסון חיוניים עבור חילוף חומרים ותפקוד תקין ויעיל שלהם. בניסוי, המדענים מדגימים כיצד העברה של מיטוכונדריה באמצעות צינוריות דקיקות מתא חיסון T לתא סרטן מעצימה באופן מטבולי את התא הסרטני ומדלדלת את תא מערכת החיסון.

החוקרים הראו שעיכוב הרכבת מנגנון הננו-צינורית הפחית באופן משמעותי את העברת המיטוכונדריה ומנע את הדלדול של תאי T. הם מציעים שהתערבות בחטיפה של מיטוכונדריה בתיווך ננו-צינוריות עשויה להופיע כיעד חדש לפיתוח טיפולי אימונותרפיה מהדור הבא נגד סרטן.

מקור: https://www.nature.com/articles/s41565-021-01000-4

06/01/2022

פרספקטיבה

מסלול כדור הארץ סביב השמש הוא לא מעגלי, אלא אליפטי, לכן פעם בשנה הוא נמצא הכי קרוב לשמש. עבור 2022, הרגע הזה התרחש שלשום ב-4 בינואר. המרחק הקרוב ביותר בין כדור הארץ לשמש נקרא פריהליון (Perihelion), מהשורשים היווניים peri שפירושו 'קרוב' והליוס שפירושו 'שמש'. בתחילת ינואר, אנו קרובים לשמש בכ-3%, כלומר כ-5 מיליון ק"מ קרוב יותר מהנקודה בה אנו נמצאים במהלך האפליון של כדור הארץ (המרחק הרב ביותר מהשמש) בתחילת יולי, בניגוד למרחק הממוצע שלנו של כ-150 מיליון ק"מ.

בימים אלו שווה לקבל קצת פרספקטיבה..

מכון Perimeter הקנדי לפיזיקה תיאורטית הקים דף אינטנט אינטראקטיבי כייפי שלוקח אותנו מהתחום התת-אטומי אל המקומות הרחוקים ביותר של היקום.

https://quantumtocosmos.ca/ #/landing

לחצו על Get Started, תגיעו אל דף נחיתה. בחלק העליון מצד שמאל תמצאו שלושה פסים. לחצו ותקבלו שורה של יעדים. לחצו על היעד וצאו לדרך. בהחלט נראה מסע כייפי משכיל גם עבור ילדים שוחרי מדע. תבלו:)

A journey through the universe brought to you by Perimeter Institute. Travel from the subatomic scale to the farthest reaches of the cosmos. Discover images, interactions, and cool facts.

16/10/2021

מחקר חדש: מנגנון תאי אלטרנטיבי להתחדשות שרירים לאחר נזק

ידוע כי שרירי שלד מתחדשים באמצעות תהליך מורכב הכולל מספר שלבים ותלוי בתאי גזע (תאי לווין). כעת, מחקר חדש שהובילו מדענים במכון לרפואה מולקולרית iMM בפורטוגל, ואוניברסיטת פומפאו פברה בברצלונה, ספרד, ופורסם בסוף השבוע האחרון בכתב העת המדעי Science מתאר מנגנון תאי אלטרנטיבי חדש להתחדשות שרירים לאחר נזק פיזיולוגי הנשען על סידור מחדש של גרעיני השריר. החוקרים סבורים כי מנגנון הגנה זה סולל את הדרך להבנה רחבה יותר של תיקון שריר במצבים פיזיולוגיים ובמחלות.

אנטומיה של שרירי שלד כוללת סיבי/תאי שריר שיכולים להתכווץ במהירות כדי לעורר תנועה "על פי דרישה". כל סיב שריר מוקף בקרום תא (סרקולמה) ומכיל גרעינים רבים. למשל, בשריר שלד של עכבר, ישנם בין 5-10 גרעינים לכל 100 מיקרומטר של אורך סיב השריר. גרעינים אלה מתמקמים בפריפריה של סיב השריר, ואילו הציטופלזמה של התא נשלטת על ידי מערך חלבוני יחידות הכיווץ (סרקומרים). התכווצות שרירים חוזרנית או מוגזמת עלולה לשבש או לפגוע בקרום תא השריר ולגרות תהליכי תיקון.

החוקרים מצאו כי פציעות מקומיות, כפי שנחוו באמצעות פעילות גופנית בעכברים ובבני אדם, מפעילות מנגנון תיקון עצמי של סיב השריר שאינו תלוי בתאי לווין. נמצא כי פגיעה בשריר של עכבר מעוררת מפל איתות תוך-תאי שמושך את גרעיני השריר לאתר הפגוע באמצעות חלבוני שינוע. תנועות הגרעינים מאיצות את תיקון הסרקומרים שניזוקו ומספקות מולקולות RNA שליח (mRNA) מקומיות למטרת שחזור התא. תיקון עצמי של סיב השריר הוא מנגנון הגנה אוטונומי המייצג מודל חלופי להבנת שיקום הארכיטקטורה של שרירים לאחר פציעה.

וויליאם רומן, המחבר הראשי של המחקר מסביר: "אפילו בתנאים פיזיולוגיים, התחדשות שריר חיונית כדי לעמוד במתח המכני שנוצר בעת ההתכווצות, דבר שמוביל לעתים קרובות לנזק תאי". למרות שהתחדשות שרירים נחקרה לעומק בעשורים האחרונים, רוב המחקרים התרכזו במנגנונים בהם מעורבים תאים אחרים, כולל תאי גזע של השריר, הנדרשים במקרים של נזק נרחב בשריר.

"במחקר זה מצאנו מנגנון התחדשות חלופי שהוא אוטונומי לתאי השריר", אומרת פרופ' פורה מוניוז-קנובס, ממובילות המחקר. החוקרים השתמשו במודלים שונים במבחנה של פציעות ובמודלים של פעילות גופנית בעכברים ובבני אדם והבחינו כי בעת פציעה גרעיני התא נמשכים לאתר הנזק, ומאיצים את תיקון הסרקומרים. לאחר מכן, הצוות ניתח את המנגנון המולקולרי של תצפית זו: "הניסויים שלנו בתאי שריר במעבדה הראו כי תנועת הגרעינים לאתרי פציעה גרמה להעברה מקומית של מולקולות mRNA. אלה בתורן מתורגמות לחלבונים במקום הפגיעה ומשמשות אבני בניין לתיקון השריר", מסביר רומן. על חשיבותן של תגליות אלה, אומרת פרופ' מוניוז-קנובס: "ממצא זה מהווה התקדמות חשובה בהבנת הביולוגיה של שריר, בפיזיולוגיה ובהפרעות בתפקוד השרירים."

בנוסף להשלכותיו על מחקר שרירים, מחקר זה מציג גם מושגים כלליים יותר הקשורים לביולוגיה של התא, כגון תנועת הגרעינים לאתרי פציעה. "אחד הדברים המרתקים בתאים אלה הוא התנועה במהלך התפתחות הגרעינים שלהם, האברונים הגדולים ביותר בתוך התא, אך הסיבות מדוע גרעינים נעים ברובן אינן ידועות. "כעת, הראינו רלוונטיות תפקודית לתופעה זו בשרירים בוגרים במהלך תיקון והתחדשות התא", אומר פרופ' אדגר גומז, ממובילי המחקר.

תמונה: גרעיני תא השריר נמשכים לאתר הנזק בשריר

מקור:
Muscle Repair after Physiological Damage Relies on Nuclear Migration for Cellular Reconstruction, Roman el al., 2021

Nuclei on the Move for Muscle Self-Repair. imm.medicina.ulisboa.pt/news/nuclei-on-the-move-for-muscle-self-repair/

15/10/2021

עצם היום 6
אספקת דם ליחידת שיפוץ בסיסית חדשה של עצם

בתמונה רואים בברור את קוי המתאר של כלי דם מקומי באתר יחידת שיפוץ בסיסית של עצם ספוגית מחוליה של עכבר. תאי הדם האדומים (אריתרוציטים) צבועים בצהוב חיוור. כלי דם זה שימש צינור דרכו הועברו תאי האב של אוסטאוקלסטים לאזור השיפוץ. תחילה, אוסטאוקלסטים, התאים שמפרקים עצם (מזוהים באמצעות גרגירים אדומים), נחפרים עמוק לתוך העצם וממיסים אותה. מזנבים מאחוריהם נמצאים אוסטאובלסטים, התאים בוני העצם (ראשי חצים) בצבעי טורקיז שיוצרים עצם חדשה. אוסטאוציטים, תאי העצם (חיצים) נראים קבורים במטריצת עצם מינרלית. בו-זמנית ניתן למצוא הרבה מאד אתרים כאלה ברחבי השלד בשלבי שיפוץ שונים.

מקור: Glucocorticoids, osteocytes, and skeletal fragility: The role of bone vascularity., Robert S. Weinstein,2010

28/09/2021

פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 2021 עדיין לא הוענק. שמות הזוכים יוכרזו ביום שני הבא, 4 באוקטובר. זהו פרס המוענק מדי שנה, החל משנת 1901, לאנשים אשר תרמו תרומה ייחודית או ביצעו מחקר יוצא דופן בתחום הפיזיולוגיה או הרפואה. הפרס מוענק על ידי מכון קרולינסקה בשבדיה. בין השנים 1901–2020 הוענקו 111 פרסי נובל לפיזיולוגיה או לרפואה. הפרס הוענק ל-222 זוכים מתוכם 12 נשים.

האתולוג הבריטי ריצ'רד דוקינס וביולוג תאי הגזע הקנדי דרק רוסי, שעזרו בהקמת חברת 'מודרנה', קראו למתן פרס נובל לדר' קטלין קאריקו (Katalin Karikó) ופרופ' דרו ויסמן (Drew Weissman) אשר עומדים מאחורי הטכנולוגיה שאפשרה את פיתוח החיסון על בסיס מולקולת השליח mRNA של פייזר ומודרנה נגד נגיף קורונה.

מעבר לסיום המגפה, פריצת הדרך לחיסונים מראה כיצד מולקולת ה-mRNA עשויה להציע גישה חדשה לפיתוח תרופות. בעתיד הקרוב, סבורים החוקרים, זריקות המספקות הוראות זמניות לתאים עשויות להוביל לפיתוח חיסונים נגד נגיפי הרפס ומלריה, חיסונים טובים יותר נגד שפעת, ולעידכוני חיסון נגד מוטציות עתידיות של נגיף קורונה. אך הם רואים עתיד גם הרבה מעבר לחיסונים, וסבורים כי הטכנולוגיה תאפשר לייצר תיקוני גנים זולים לסרטן, אנמיה חרמשית (מחלת דם תורשתית) ואולי אפילו נגד איידס.

בתמונה: ארבעה קווי מחקר עיקריים מתכנסים לייצר חיסונים המבוססים על מולקולת השליח mRNA נגד COVID-19. גילויים מרכזיים מודגשים (לא רשימה מלאה). תגליות המוכרות בפרס נובל מסומנות בגופן אדום. התרומות של דר' קטלין קאריקו (Katalin Karikó) ופרופ' דרו ויסמן (Drew Weissman) ושותפיהם מודגשים בגופן כחול. האם יזכו להפוך בארבעה לאוקטובר לאדום?

מקורות:
1. ויקיפדיה
2. The mRNA vaccine revolution is the dividend from decades of basic science research, Clin Invest. 2021;131(19):e153721

25/09/2021

חידת היום: אם 'עצם' היא התשובה, אז מה השאלה?

תמונה: האירגון ההיררכי של עצם מהמאקרו אל הננו (קידומת המבטאת את הגודל 10 בחזקת 9-). מקור- Wang et al, 2016.

13/09/2021

עצם היום 5

גדילה של עצם ושיחלוף עצם, תהליכי הרס והתחדשות מתמידים של העצם, נובעים מפעילות מתואמת ומצומדת של שני סוגי תאים מרכזיים. מטריצת העצם האורגנית מיוצרת ועוברת מינרליזציה על ידי תאים אוסטאובלסטים בוני עצם, ומאידך מפורקת/נספגת על ידי תאים אוסטאוקלסטים שחופרים בורות ספיגה על משטחי עצם. עד גילי 30–35, תהליך הבנייה משיג את תהליך ההריסה ומסת העצם עולה, אך מגיל זה ואילך היחס משתנה, ותהליך ההריסה גובר על תהליך הבנייה.

אוסטאופורוזיס מוגדרת כמחלה מטבולית רב-מערכתית של השלד המאופיינת בירידה בחוזק העצם ובסיכון מוגבר לשברים, ומושפעת מתהליכים רבים הגורמים לדילדול ואובדן מסת העצם ואיכותה ולפגיעה במבנה השלד וחוסנו. מקור המילה ביוונית, ומשמעותו "עצם מחוררת" "אוסטאו" - עצם, "פורוזיס" - מחוררת . איכות העצם תלויה בשילוב של צפיפות המינרלים בעצם וחוזקה המכני וכוללת בין היתר היבטים מטבוליים כגון, עליה בפעילות התאים מפרקי וירידה בפעילות התאים בוני העצם, כלומר, עלייה בקצב שחלוף העצם, כמו גם דרגת המינרליזציה של העצם, וכן היבטים מבניים כגון, עובי קוריות העצם הספוגית/טרבקולרית ודרגת החירור של קליפת העצם. אוסטאופורוזיס היא הסיבה השכיחה ביותר לשברים בגיל המבוגר.

****************

מיקרוגרפים (A,B) באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק מציגים חתכי אורך דרך גוף החוליה המותנית השלישית (לאחר הסרת תאי עצם ורקמות רכות) של אישה בת 30 ואישה בת 71. עבור האישה המבוגרת ניכרים שינויים אוסטאופורוטיים חמורים; קוריות העצם/טרבקולות נשחקו לכדי מוטות דקים שאינם מספיק עמידים מבחינה מכנית. קנ"מ 500 מיקרומטר.

מיקרוגרף (C) הוא הגדלה של מיקרוגרף B ובו רואים בורות ספיגה אוסטאוקלסטיים נרחבים על הקור הטרבקולרי האנכי בחזית; רכיב זה מציג בחלקו העליון גְּרֹמֶת (קאלוס) שמעיד על האפשרות של מיקרו-שבר בעבר. קנ"מ 100 מיקרומטר.

מיקרוגרף (D) מראה מבט מקרוב אל אוסטאוקלסט (תא סופג/הורס עצם) מופעל חומצה של עכבר, עם בור ספיגה סמוך, שתורבת על פרוסה עצם מלוטשת של פרה. קנ"מ 10 מיקרומטר.

מקורות:
אוסטאופורוזיס, ויקירפואה.
Regulation of bone cell function by acid-base balance, Arnett,2003

04/09/2021

עצם היום 4

שיפוץ עצם ללא אוסטאוציטים? תשאלו את דג החרב

(הקדמה קטנה: אוסטאולוגיה, היא המחקר המדעי של עצמות, המהווה תת-תחום של אנטומיה, אנתרופולוגיה ופלאונטולוגיה. מדע זה עוסק במפורט במבנה העצמות, יסודות השלד, השיניים, מיקרו-מורפולוגיה של עצם, תפקוד, מחלות, פתולוגיה, תהליך ההתגרמות, כמו גם בתכונות הפיזיקליות של עצם. אוסטאולוגים עובדים לעתים קרובות במגזר הציבורי והפרטי כיועצי מוזיאונים, מדענים במעבדות מחקר, מדענים לחקירות רפואיות ו/או לחברות המייצרות מודלים גרמיים בהקשר האקדמי. אין לבלבל בין אוסטאולוגיה ואוסטאולוגים לבין אוסטאופתיה ואוסטאופתים.)

בעלי חיים יבשתיים בעלי ארבע רגליים (טטרפודים, Tetrapods) היא קבוצת חולייתנים שהתפתחה מדגים ממחלקת בעלי הסנפירים הבשרניים. עם זאת מספר מינים חזרו לים כמו לווייתנים, אחרים כמו נחשים ומספר לטאות ודו-חיים, איבדו את רגליהם. חיות אחרות כמו עופות, ועטלפים המירו את גפיהם הקדמיות לכנפיים שכמעט אינן משמשות להליכה. מספר בעלי חיים נוספים עומדים על שתי רגליים אחוריות וכמעט לא נעים על ארבע, בהם: קנגורו, קופים ואדם.

תכונה יוצאת דופן של עצם טטרפוד היא יכולתה לזהות ולשפץ אזורים שבהם הצטבר נזק עקב שימוש ממושך. תהליך זה, הנחשב כחיוני לבריאות העצם לטווח הארוך, נחשב ליזום ומתוזמר על ידי אוֹסְטֵאוֹצִיטים, תאים הלכודים בתוך מטריצת העצם אשר נחשבים ל״מוח״ של העצם, מנטרים את העומסים הפועלים עליה ומגייסים תאים יוצרי-עצם (אוסטאובלסטים) ותאים סופגי-עצם (אוסטאוקלסטים) לפי הצורך – גם כדי לתקן נזקים וגם כדי להתאים את מבנה העצם וצורתה לשינויים בעומסים הפועלים עליה (פוסטים 'עצם היום' 1,2). לכן מפתיע שברוב המוחלט של הדגים המפותחים אבולוציונית, תאים אלה נעלמו לחלוטין, ממצא שמרמז על כך שעצמותיהם אינן עוברות שיפוץ תדיר, אם כי מינים רבים מפגינים חיים ארוכים ורמות פעילות גבוהות, גורמים שאמורים לגרום נזקי עייפות ניכרים עם הזמן.

פרופ' רון שחר מביה"ס לרפואה וטרינרית של האוניברסיטה העברית, יחד עם צוות חוקרים פירסמו מאמר ב-2014 ובו הראו עדויות לשיפוץ פעיל ואינטנסיבי המתרחש בעצמות המקור המוארכות, נטולות האוסטאוציטים של דגי מקור (Billfish, למשל, דגי חרב ומפרשניים, המאופיינים בלסת עליונה/"מקור" מאורכת דמוית חרב או רומח). למרות חוסר האוסטאוציטים, רקמה זו מפגינה דמיון בולט לעצם בוגרת של יונקים גדולים, הנושאת תכונות מבניות שמעידות על תיקון רקמות אינטנסיבי, במיוחד באזורים בהם צפויים עומסים גבוהים. בעוד שחומר עצם דג המקור קשיח כמו עצם יונקים, הוא מסוגל לעמוד בפני עיוותים גדולים יותר (עיוותים יחסיים) לפני שהוא נכשל. כמו כן נמצא כי כי תכולת המינרלים בעצמות ללא אוסטאוציטים דומה לתכולת המינרלים בעצמות דגים המכילות תאים אלה (כגון, קרפיון), וגם התכונות המכניות (בייחוד הקשיחוּת) שלהן דומות, או אף עולות על אלו של אותן עצמות דגים המכילות אוסטאוציטים.

החוקרים מצביעים על כך שעצם דגים יכולה להציג מבנה ופיזיולוגיה מורכבים בהרבה מכפי שהיה ידוע בעבר, וככל הנראה מסוגלת לתקן מקומית גם ללא אוסאוציטים הנחשבים כחיוניים לתהליך זה. ממצאים אלה מאתגרים את תפקידם הייחודי והעיקרי של אוסטאוציטים בשיפוץ עצמות, עיקרון בסיסי בביולוגיה של העצם, ומעלה את האפשרות למנגנון חלופי המניע תהליך זה. נקודה מעניינת: נמצא כי את תפקיד התאים הללו בניהול תהליכי ההתאמה נוטלים תאים מייצרי עצם (אוסטאובלסטים), תאי סחוס ותאים מייצרי סחוס (כונדרובלסטים). כל סוגי התאים האלה אינם נמצאים בתוך רקמת העצם (כמו האוסטאוציטים) אלא בסמוך למשטחיה החיצוניים.

תמונה: מורכבות האולטרה-מבנה של "חרב" דגי מקור מזכירה עצם של יונקים, ולמרות שהיא חסרת אוסטאוציטים, היא עדיין נושאת סימנים של שיפוץ עצם (חיצים שחורים). (Credit: Atkins, Shahar, 2014; Currey, Shahar et al, 2016; pixabay)

מקורות:
Remodeling in bone without osteocytes: Billfish challenge bone structure–function paradigms., Atkins, Shahar et al, 2014

איך היא עושה את זה? המבנה, התכונות והתפקוד של עצם ללא תאים בדגים. רון שחר, 2018

ויקיפדיה

02/09/2021

עצם היום 3

הטבע בוחר צפיפות מינרלים שמתאימה לתפקיד שעצם בדרך כלל מבצעת.

למשל, עצמות השמע (או עצמימי השמע, ossicles) הן שלוש עצמות זעירות באוזן התיכונה, והן העצמות הקטנות ביותר בגוף האנושי. עצמות השמע המכונות 'פטיש', 'סדן' ו'ארכוף' מעבירות תנודות מכניות מעור התוף למבוך שבאוזן הפנימית. הארכיטקטורה של העצמות מאפשרת להן לפעול כמגבר קשיח לתנודות שיוצרים צלילים בעור התוף. לשם כך, הן מכילות מעל ל-80% מינרליים, תכונה המעניקה להן קַשְׁיוּת שנבחרה כך שיוכלו לרטוט כמו קולן (כלי ממתכת שנועד לעזור בכוונון כלי נגינה) ולהעביר צליל טהור. היכולת לאגור אנרגיה על ידי עיוות במקרה הזה מיותרת ולכן מינימלית. אין סבירות עצמות השמע יסדקו שכן הן שוכנות בבטחה בתוך הגולגולת.

לעומת זאת, תכולת המינרלים בקרני צבאים (deer antlers) מתאפיינת בצפיפות מינרלים קטנה יותר, כ-45% כדי להקל על עיוות, כך שיוכלו לספוג אנרגיה כמו קפיץ במהלך קרבות בעונת ההזדווגות ולהימנע מסדקים או שבירה. יכולת גדולה יותר של ספיגת אנרגיה מעניקה חוסן המתקבל מנוקשות וגמישות על פני קשיות, שהיא למעשה מיותרת מכיוון שהקרניים אינן מיועדות לשאת עומס.

28/08/2021

עצם היום 2

למי מכם חובבי האומדנים הנומריים, שימו לב להערכות המרשימות שהניב המחקר הבא.

אם כן, אוסטאוציטים, המהווים כ-95% מכלל תאי העצם, ובמיוחד שלוחות/זרועות התא הדנדריטיות שלהם משמשים כחיישנים מכניים, יוצרים רשת תאים נרחבת המופצת ברחבי המטריצה הגרמית הקשה של השלד, וזה מאפשר להם לשמור על ההומאוסטזיס המינרלי בכך שהם ממירים אותות מכניים כתוצאה מעומסים לאותות ביולוגיים, ובכך מפעילים/מסדירים את שיפוץ העצמות. עם זאת, בשל מגבלות בטכניקות הדמיה, גודלה ומורכבותה של רשת זו נותרו בלתי מוגדרים.

מחקר מרתק שהתפרסם ב2015 השתמש בנתונים ממאמרים אחרונים שהושגו בטכניקות הדמיה חדשות, על מנת לאמוד כמויות מוחלטות ויחסיות של רשת האוסטאוציטים בשלד אדם, וליצור הבנה מלאה יותר של היקפה ואופייה.

הנה כמה מההערכות שהתקבלו:

המספר הכולל של אוסטאוציטים בשלד אנושי בוגר ממוצע הוא כ-42 מיליארד, והמספר הכולל של שלוחות התא הדנדריטיות שלהם הוא כ-3.7 טריליון.

בהתבסס על מדידות קודמות של צפיפות התעליות בעצמות ומודל מתמטי של הסתעפות השלוחות הדנדריטיות האוסטאוציטיות, החוקרים חישבו כי תאים אלה יוצרים סך כל של 23 טריליון קשרים זה עם זה ועם תאים על פני העצם. אילו כל השלוחות האוסטאוציטיות היו מחוברות ברצף מקצה לקצה, האורך הכולל היה מגיע ל-175,000 ק"מ. יתרה מכך, התקבלה הערכה כי השטח הכולל של מערכת התעליות הוא 215 מ"ר.

בהתבסס על המהירות הממוצעת של שיפוץ עצם באדם מבוגר, הם חישבו כי 9.1 מיליון אוסטאוציטים מתחדשים על בסיס יומי ברחבי השלד, דבר שמעיד על האופי הדינמי של רשת תאים זו.

המחקר מסיק כי רשת האוסטאוציטים היא רשת תקשורת מורכבת ביותר ועצומה בהרבה ממה שמקובל להעריך. הם מצאו כי היא נמצאת בסדר גודל זהה לאומדנים הנוכחיים של גודל רשת תאי העצב במוח (נוירונים), למרות שתהליך ההיווצרות של רשת מסועפת משתנה בין תאי עצב לאוסטאוציטים.

וואו..

תמונה: משמאל - הדמיה בתלת ממד של תעליות מסודרות סביב לתעלה גלילית קטנה המכילה כלי דם ועצבים, בשם 'תעלת האוורס'. כלי הדם מספקים לאוסטאוציטים חמצן ומזון, ומפנים את הפסולת. מימין – מורפולוגיית ההסתעפות של השלוחות הדנדריטיות של אוסטאוציטים (Credit: Buenzli & Sims,2015)

מקור: Quantifying the osteocyte network in the human skeleton., Buenzli, Sims, 2015