חיישן חדש עשוי לאפשר ל-MRI לזהות שינויים ברמה המולקולרית

חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה (UCSB) פיתחו חיישן גנטי חדשני שיכול לאפשר למכשירי MRI לזהות שינויים ברמה המולקולרית בתוך תאים. הפיתוח, שפורסם בכתב העת Science Advances, עשוי לחולל מהפכה באופן שבו מדענים חוקרים מחלות כמו סרטן, ניוון עצבי ודלקות.

MRI כיום: מגבלות בזיהוי שינויים מולקולריים

מכשירי MRI הם כלי אבחוני חיוני מאז שנות ה-70. הם משתמשים בשדה מגנטי וגלי רדיו כדי ליצור תמונות מפורטות של מבנים פנימיים בגוף – מוח, לב, עצמות ורקמות אחרות – ללא שימוש בקרינה מייננת. עם זאת, עד כה ה-MRI היה מוגבל בזיהוי שינויים ברמה האנטומית בלבד. שינויים ברמה המולקולרית, שיכולים לספק מידע קריטי על התקדמות מחלות, נותרו מחוץ לטווח היכולת שלו.

ארנאב מוקהרג'י, פרופסור חבר להנדסה כימית ב-UCSB, מסביר: "אתה יכול לראות את המבנים של הרקמות שלך – בין אם זה המוח, הלב, הכליות או הקיבה – אבל אתה לא מקבל מידע מולקולרי. הדרך היחידה לדעת שמשהו משתנה היא לבצע MRI נוסף ולראות שינוי במבנה ובמורפולוגיה של הרקמה."

לדבריו, לרוב המחלות, כאשר המבנה משתנה, המחלה כבר נמצאת בשלב מתקדם. מוקהרג'י, שחקר את הנושא עוד מתקופת הפוסט-דוקטורט שלו במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech), שואף לשפר את יכולת ה-MRI כך שיאפשר זיהוי שינויים מולקולריים בזמן אמת – הן במחקרים בסיסיים והן במחקרים בבעלי חיים, שעשויים להוביל בעתיד ליישומים רפואיים בבני אדם.

חיישן מולקולרי: פתרון חדשני ל-MRI

החיישן שפיתח הצוות של מוקהרג'י מבוסס על חלבונים וניתן לתכנות גנטית. הוא מאפשר ל-MRI לזהות פעילות מולקולרית בתוך תאים, מה שיכול לספק תובנות חדשות על תהליכים ביולוגיים שונים.

החיישן מעוצב בצורה מודולרית, בדומה ללגו, כך שחוקרים יכולים לצרף או להחליף חלבונים ספציפיים כדי לחקור תהליכים שונים בתוך התאים. המאמר ב-Science Advances מפרט את הארכיטקטורה הייחודית של החיישן ואת יכולתו לזהות שינויים עדינים ברמה המולקולרית.

יישומים פוטנציאליים בתחום הרפואה

הטכנולוגיה החדשה עשויה לסייע בחקר שאלות מרכזיות בתחום הרפואה, כגון:

• כיצד תאי סרטן מתפשטים בגוף?
• כיצד מתקדמת ניוון עצבי ברמה המולקולרית עם הזדקנות?
• מהם המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס דלקות ומחלות אחרות?

מוקהרג'י מציין: "אם נוכל לראות שינויים ברמה המולקולרית בזמן אמת, נוכל לשאול שאלות כמו 'איך תאי גידול מתפשטים?' או 'כיצד ניוון עצבי מתקדם ברמה המולקולרית ככל שהחיה מזדקנת?' כיום אין דרך לעשות זאת."

איך זה עובד?

כדי שהחיישן יהיה נראה ל-MRI, הצוות נאלץ לפתח חיישן שיכול להיות מזוהה על ידי המכשיר גם בתוך תאים, רקמות ומבנים אחרים. ה-MRI פועל על ידי יצירת שדה מגנטי שמיישר את רוב אטומי המימן במבנה הנסרק. גלי רדיו גורמים לאטומים אלו לפלוט אותות שניתן למדוד ולהפוך לתמונה. החיישן החדש משתמש בעקרונות של ביולוגיה סינתטית כדי ללכוד שינויים מבניים ומולקולריים "בשעת מעשה".

החוקרים מקווים שהטכנולוגיה תאפשר למדענים לחקור תהליכים ביולוגיים בצורה מדויקת ומהירה יותר, מה שעשוי להוביל לפיתוח תרופות חדשות וטיפולים יעילים יותר למחלות שונות.