חוקר מוח גילה: זה מה שמשפיע על היכולות המוחיות שלנו

גם בעידן שבו הטכנולוגיה נוסקת לשיאים חדשים, נותרו מקומות שבהם אנחנו עדיין מגששים באפלה, וביניהם המוח האנושי. בע תיד הלא רחוק ניסע במכוניות אוטונומיות, נרכוש מוצרים בכסף וירטואלי ונעסיק רובוטים, אך האם נצליח למגר מחלות כמו אלצהיימר, ALS, טרשת נפוצה, סכיזופרניה ואוטיזם?

הקושי המרכזי של רופאים בזיהוי מוקדם של מחלות מוחיות, הוא היכולת לאבחן שינויים פתולוגיים שמתרחשים ברמת התא, בשל מגבלת הרזולוציה של מכשור ההדמיה הרפואי. צמד חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הקימו לאחרונה סטארט-אפ שמבקש לשנות את פני הרפואה בתחום המוח, ולאפשר אבחון מוקדם של מחלות וכתוצאה מכך לאפשר טיפול ממוקד.

"מאז שנות ה-90 המאוחרות לא הייתה מהפכה רצינית בתחום הדמיית המוח", אומר ד"ר אסף הורוביץ, שהקים יחד עם המנחה שלו, פרופ' יניב אסף, את חברת 'בריינביבו' (Brainvivo), המפתחת שיטות מתקדמות לאבחון בתהודה מגנטית (MRI). "זה צריך להטריד את כולנו, משום ששליש מאוכלוסיית העולם חולה במחלות או בהפרעות מוחיות. רוב החולים מאובחנים בשלב מאוחר, מה שמגביל את אפקטיביות הטיפול בהם. השילוב בין המצב הקיים לתוחלת החיים הארוכה וגידול האוכלוסין, הופך את המחלות המוחיות למגפה של העשורים הקרובים".

החומר הלבן

למילת המפתח בסיפור של הורוביץ ואסף קוראים 'אקסון'. זהו צינור המחובר לגוף תא העצב (הנוירון) ומעביר מידע בין אזורים שונים במוח. האקסון, כמו כל כבל להעברת מידע, עטוף במעטפת בידוד הנקראת מיאלין ומהווה את מה שאנו מגדירים כ'חומר הלבן' במוח.

- כיצד פועל האקסון?

"יש לנו עשרות ביליוני אקסונים שמחווטים את המוח ואחראים על העברת מידע בין אזוריו השונים. כשאני מדבר אלייך ואת מקשיבה, יש בינינו החלפה של אינפורמציה ויזואלית, אודיטורית ושלל מערכות סנסוריות שפועלות במקביל. המידע עובר עיבוד בתחנות שונות במוח, וכל האזורים האלה מתקשרים בינם לבין עצמם, בעיקר באמצעות האקסונים. בניסויים שנעשו ברקמות ובבע"ח, נמצא קשר בין קוטר צינור האקסון למהירות העברת המידע. ככל שקוטר האקסון גדול יותר, מהירות העברת המידע גבוהה יותר.

"הראינו קשר ישיר בין קוטר האקסון לבין מהירות העברת המידע אצל אדם בריא. אצל אנשים בריאים יהיה שוני בקוטר האקסון - במטלות שבהן הם טובים יותר, קוטר האקסון גדול יותר מאשר במטלות שהם פחות טובים בהן. זה חלק ממה שיוצר את השוני בין אנשים".

"נוירון בודד אחד יכול להפעיל מיליונים של נוירונים אחרים, כתוצאה מגירויים סביב האקסון. האקסון יכול להיות מאוד ארוך ברמת המטרים, והוא לא נמצא רק במערכת העצבים המרכזית (מוח וחוט השדרה), אלא גם במערכת העצבים הפריפריאלית שמתחברת לשאר האיברים, לידיים ולרגליים. המוח מפעיל את כל הגוף בעזרת האקסונים.

- איך זה משפיע על בריאותנו?

"כשהמוח חולה, יש סדרה של אירועים שמתרחשת במערכת העצבים, כל מחלה והפגיעה שלה. ישנן עדויות בספרות על שינוי בקוטר ובמבנה האקסון בעקבות מחלות מסוימות. זה מוביל לכך שהאינפורמציה במוח עוברת בצורה לא טובה".

כלומר, גודל האקסון יכול להצביע על היתכנותה של מחלה.

"אם הקוטר שונה מהנורמה, ייתכן ומדובר בתהליך פתולוגי. במחקר שערכנו בטרשת נפוצה היינו הראשונים שהבחינו בירידה בקוטר האקסון. במחלות אחרות, כמו אלצהיימר, יש עדויות להתרחבות האקסון. השינוי המורפולוגי מייצר שינוי במהירות העברת המידע".

- איך הטכנולוגיה שלכם פועלת?

"בעזרת סריקה חדשנית שפיתחנו, אנחנו יודעים לבודד את מולקולות המים שנעות בתוך האקסונים ובעזרתן לכמת את קוטר הצינור שבו הן נמצאות. השיטה הזו מהפכנית, מכיוון שאפשר להטמיע אותה בכל מכשיר MRI קיים בעולם, ולא צריך להכניס אדם למכשיר MRI בשדה מגנטי הגדול פי 10 מהמותר, או להוציא חתיכה מהמוח למיקרוסקופ אלקטרוני כדי לחלץ את המידע הזה. בעזרת כלים מבוססי למידה חישובית, אנחנו יודעים לחלץ את המידע המיקרוסקופי הקיים בכל פיקסל בתמונה ולזהות פתולוגיות בשלב מאוד מוקדם".

 אסף הורוביץ / צילום רמי זרנגר

לשקם את ההריסות

הגילוי של הורוביץ ואסף מאפשר לראות את מה שעד היום היה סמוי מן העין. כשרדיולוג מסתכל היום על תמונת MRI, הרזולוציה הקיימת מאפשרת לו להבחין בשינויים רק ברמת הרקמה, ושינוי ברקמה לוקח שנים רבות. כלומר, אם המחלה החלה בגיל מסוים, יהיה ניתן לראות שינויים באמצעות סריקת MRI רק לאחר שנים רבות, מה שיגביל את יכולת הרפואה להגיש לחולה את העזרה הנחוצה בזמן.

"היום, כשאתה מסתכל על מוחו של חולה אלצהיימר ומבחין בשינוי, זה מאוחר מדי מכיוון שרוב הנוירונים כבר אבדו", מסביר אסף.

- איך יודעים שיש שינוי?

"במחלות נוירודגנרטיביות, למשל, אנחנו יודעים שהאקסון נפגע, נוצרת בעיה בהעברת אינפורמציה בין האזורים השונים במוח ובין המוח לשאר האיברים בגוף. האקסון צריך להיות בטווח ובגודל תקין. בסריקת MRI קצרה של כ-4 דקות, אנחנו יכולים לבצע הערכה של המצב האקסונאלי של הנבדק. במשך 13 שנה פיתחנו את הטכנולוגיה באקדמיה, ורק עכשיו, לאחר שהקמנו את החברה, אנחנו מתחילים להביא להכרה בכוחה של מדידת קוטר האקסונים בניטור המחלה".

- מה תוכלו לעשות עם המידע שתזקקו באמצעות השיטה החדשה?

"נוכל לסייע באבחון מוקדם, להקדים טיפול, לעקוב אחר השפעות הטיפול ברמת התא, ולהמליץ על טיפול תרופתי מותאם אישית. אחת הבעיות הגדולות שקיימות היום בעולם פיתוח התרופות היא שחלק מהתרופות נותנות מענה רק לשלבים המאוחרים של המחלה, ורק מעכבות את התהליך הנוירודגנרטיבי המתקדם ממילא".

- אילו מחלות תוכלו לזהות?

"קחי, לדוגמה, טרשת נפוצה, מחלה של של בני 20-40, שמתפרצת כשמערכת החיסון תוקפת את מעטפת המיאלין, מפרקת את הבידוד וחושפת את האקסון. ההערכה היא שהמחלה מתחילה בגיל ההתבגרות, אך מאובחנת רק כעשור וחצי מאוחר יותר, בגילאי ה-30. במחקר שערכנו הצלחנו להדגים ירידה בקוטר האקסונים אצל חולים במחלה, לעומת בריאים. כלומר, לא רק שהמיאלין נפגע, אלא שהאקסון מתכווץ כתוצאה מהמחלה. במחקר נוסף, הצלחנו לזהות חולים במחלה כשנה לפני האבחון הקליני".

- אז איך מתבצע גילוי מוקדם למקרים הללו?

"אנחנו רוצים, למשל, להסתכל על מוח של אדם בן 40 שנראה תקין לחלוטין, ולהגיד לו: 'אנחנו מבחינים אצלך בתהליך של אלצהיימר בשלב מוקדם. אתה אמנם עוד לא רואה או מרגיש את זה, כי לא אבדה כמות גדולה של תאים'. היינו גם רוצים להראות לחברות התרופות איך נראה מוח של חולה במחלה מוחית בשלבים הראשונים, כדי שיצליחו לפתח תרופות מונעות.

"הגילוי המוקדם מתבצע בדיוק כמו שמטפלים בבעיות לב. אנחנו עוקבים אחרי רמות כולסטרול ולחץ דם, ובמידת הצורך ניתנים לחולה הפוטנציאלי כדורים והוא מתבקש לבצע שינוי באורח החיים, למרות שכרגע הוא בסדר. זה בדיוק מה שאנחנו מכוונים אליו - ניהול בריאות המוח שלנו והטמעת רפואה מונעת למחלות מוחיות, אם זה באמצעות טיפול תרופתי, תזונתי או שינוי אורח חיים".

- אתה יכול לתת דוגמה לטיפול מונע יעיל?

"המחקרים מראים שאם מתחילים לטפל בשלב מוקדם במחלה כמו טרשת, אפשר לדחות את ההישנות של ההתקפים בעשור לפחות. ככל שניהול המחלה יהיה נכון יותר וההתקפים יהיו מרווחים יותר, החולה במחלה הכרונית הזו כמעט ולא ירגיש את המחלה בחיי היומיום".

- כל התקף עושה נזק למוח?

"כן. כל התקף פוגע בחלק אחר של המוח והורס זמנית את הפעילות שלו. המוח יודע לשקם את עצמו, אבל ככל שההתקפים חוזרים ונשנים, יכולת השיקום פוחתת. טרשת היא מחלה מאוד מיוחדת. חולים בה יותר מ-2.5 מיליון אנשים בעולם, אבל חשודים במחלה כ-10 מיליון. המחלה תוקפת פי 2 יותר נשים מגברים, והשכיחות למחלה עולה ככל שאתה מתקרב לקטבים, בייחוד הקוטב הצפוני של כדור הארץ. אם אתה חי בקנדה, אז יש לך סיכוי של פי עשרה לחלות במחלה.

"מצאנו באחד המחקרים שאנחנו יכולים כעת להגיד אחרי ההתקף הראשון שאדם חווה, אם הוא חולה או לא חולה בטרשת, בדיוק של 92%. זאת, בניגוד למצב הנתון, שבו אנשים חיים עם הרגשה של 'מתי זה יתפרץ', וצריך להמתין להישנות של התקף כדי לבסס ודאות שמדובר בטרשת".

- 92% זה נתון די מדהים.

"כן, זה קצת משוגע. אפילו אותנו זה הפתיע. ואמנם, מדובר במחקר על חולים בארץ. אנחנו משתפים פעולה עם מוסדות מחקר ובתי חולים בקנדה ובארה"ב כדי להגדיל את הקבוצה ולבחון את הכלים שלנו על אוכלוסייה מגוונת.

"אנחנו נוקטים בגישה שדומה מאוד לזאת שעוזרת באיתור מתכות. בשביל לאתר זהב או מתכת נדירה אחרת, לא יחפרו מאות קילומטרים אלא יעשו הדמיה באמצעות לוויינים וידגמו את הקרקע. הטכנולוגיה שלנו דומה: אנחנו לא יכולים לראות את האקסון הבודד, אבל אנחנו יכולים להסתכל מחוץ למוח ולקבל הערכה מאוד טובה למה שקורה להם".

- איך זה עובד?

"אנחנו לוקחים מכשיר MRI וגורמים לו להיות רגיש מאוד לתנועה של מולקולות מים. אנחנו יודעים לעקוב אחרי תנועה של המולקולה בתוך האקסונים. היא יודעת לצייר לנו היכן היא תחומה על ידי התנועה שלה בתוך המוח. אנחנו לוקחים את המידע ובעזרת אנליזה שפיתחנו, מקבלים את המידע של קוטר האקסונים לצורך האבחון".

דור האקסון

הורוביץ בטוח שהפיתוח שלו יפתח צוהר לפריצות דרך אחרות בתחום הרפואה. "התחלנו בטרשת, מחלה מאוד דינאמית שהקשר בינה לבין קוטר האקסון היה מרומז בספרות, אבל אנחנו מקווים שהשיטה תעבוד גם באבחון מוקדם של ALS ושל מחלות נוספות. יש המון שאלות שאנחנו רק מתחילים לחשוף בעזרת הכלי הזה. לא רק מחלות ודיאגנוזה, אלא בכלל חקר המוח והבנה בסיסית של איך הוא עובד. אנחנו מעריכים שבעוד עשור סרטן, למשל, כבר תהיה מחלה שנדע להתמודד איתה הרבה יותר טוב, ושנבין עד כמה תזונה וגנטיקה, למשל, משפיעות על קוטר האקסונים".

- מחלות המוח הן עדיין המפחידות ביותר.

"נכון, כי המוח זה אתה. וכשאתה משתנה בעקבות מחלה, אתה בעצם מאבד שליטה על מי שאתה. כל מחלה של המוח, מדיכאון ועד אלצהיימר, קשורה לחומר האפור או הלבן במוח, או לשניהם. בעוד עשור מהיום, כשמכשירי MRI יהיו זמינים לכל אחד, אנחנו צריכים להיות מוכנים עם כלים שיאפשרו להוציא את המידע המיקרו-אנטומי מתוך התמונה. היום, 80% מהמידע בתמונת ה-MRI נזרק לפח".

- איך הגעת דווקא לחקר המוח?

"אמא שלי מורה לביולוגיה ומגיל אפס אני זוכר את עצמי עם ספרי אנטומיה פתוחים. זה תחום שהיה לי תמיד ברור שאעסוק בו. לגבי מוח, ספציפית, כנער מתבגר הוא היה תמיד חידה בעיניי. משהו לא מושג, שלא הצלחתי לרדת לעומקו. זה מאוד תסכל אותי. הבנתי את מערכת הדם, הלב, הריאות - אבל לא את המוח. אמרתי לעצמי שאני חייב לדעת איך זה עובד. זה תמיד בער בי".

- איך אתם מוצאים אנשים שייקחו חלק בניסוי שלכם?

"כל אדם שירצה להיות חלק מהניסוי שלנו מוזמן לבדוק את קוטר האקסונים לטובת המדע. הוא יוכל לקבל את הדיסק עם תמונות המוח שלו. אנשים צריכים להתחיל לעקוב אחר האיבר החשוב ביותר בגוף שלהם ולפתח מודעות סביב הנושא".

לברוא את התפקיד הבא שלך

- מדוע החלטת להקים חברה מחוץ לאקדמיה?

"ההחלטה להקים את החברה היתה משותפת לי וליניב, לאור תוצאות המחקרים שערכנו. שנינו הבנו את הפוטנציאל העצום של התגלית שלנו - יניב בצד המדעי ואני בצד המסחרי. כשראיתי את ההתלהבות של יניב, שנמצא בתחום שנים רבות והקדיש את חייו לחקר המוח ושימוש בתהודה מגנטית, ידעתי שעלינו על משהו משמעותי"

- מתוך כל התחומים בחקר המוח, למה בחרת להתמקד דווקא ב-MRI?

"אני יזם בנשמתי ותמיד מחפש משהו שהוא גם אפליקטיבי. לעשות הדמיה של מוח האדם זה משהו מדהים בעיניי. אתה לוקח אדם, מסתכל עליו, רואה את הפנים שלו, מדבר איתו, ואז אתה מכניס אותו למכשיר MRI וממש מסתכל על המורכבות שלו ברמת האזורים והחיבורים במוח".

- איך תשתנה הרפואה בעשור הקרוב?

"מערכת הרפואה כבר עומדת לפני שינוי מאוד גדול עם שימוש בטכנולוגיות מבוססות למידת מכונה ובינה מלאכותית. עם מכשירים לבישים ויכולת לקשר כל דבר לענן, יכולת הניטור שלנו תגבר ונוכל להציע רפואה טובה יותר. אבל למרות כל האפליקציות והחידושים בתחום, אני חושב שעל מנת לקבל אשרור מדעי ורפואי לטכנולוגיה ולמרקרים החדשים בתחום, נצטרך כלים כמו MRI".

- יום יבוא ובכל קופת חולים זה יקרה?

"אנחנו במקום שלישי או רביעי מהסוף במספר MRI לנפש במדינות ה-OECD. מי שמובילה היא יפן, ובמקום השני ארה"ב. בעתיד, מכשירי MRI יהיו מאוד נגישים, ניידים ואולי יוכלו להיות מונגשים ברמת קופות חולים או אפילו אצל רופא המשפחה".