פקיעת קרום העובר לפני המועד
לידה פעילה מוקדמת היא אחת הסיבות ההולכות ומובילות לתמותת תינוקות, וכמעט 40% מהמקרים בהם היא מתרחשת קשורים לפקיעה מוקדמת של קרום העובר לפני המועד (pPROM – preterm premature rupture of membrane). לעיתים, מצב זה של מחלה מתישה יכול להיות הפיך עקב התאחות ספונטנית של הקרום, כאשר מחקרים הראו כי התהליך מתווך על ידי גיוס וקיטוב של מקרופאגים עובריים. השינויים בתכונות המכניות אותם עובר הקרום העוברי הגורמים לו להיות רגיש לקרעים, בנוסף לתפקידם של תאים מזנכימליים בגיוס וקיטוב של מקרופאגים, אינם מובנים כיום היטב. תאי גזע מזנכימליים שמקורם במי השפיר הם מרכיב עיקרי בקרום נושא העומס של העובר. המפתח ליחס הטיפולי ואף למניעת pPROM עלול להיות נעוץ בהבנת תהליכי התמיינותם, הגירתם, ואת הפקטורים המסיסים אשר הם מפרישים כתגובה לתכונות הוויסקופלסטיות שלהם. התפתחויות חדשות בתחום הביו-חומרים הראו כי תכונות מכניות מסוימות של המטריצה החוץ תאית (ECM) יכולים לעודד התמיינות של תאי גזע, מסלולי איתות, ועיצוב מחדש של הסביבה. בנוסף, הראו כי התכונות המכניות של ה-ECM משתנות בצורה משמעותית במצבי חולי ביחס למצב בריא, בלי תלות בגורמי איתות מסיסים. ההשערה הכוללת היא שהתכונות הוויסקופלסטיות של ה-ECM מעודדות הפרשה של חלבונים מתאי גזע מזנכימליים, המשפיעים על גיוס מקרופאגים ועל ריפוי של pPROM. לפיכך, המטרות המוגדרות של פרויקט זה הם (1) לחקור את השינויים בתכונות הוויסקופלסטיות בקרום העוברי, (2) לחכות תכונות אלו בהידרוג'ל אלגינט מסוג RGD-functionalized על מנת לייעל ריפוי פצעים, ולאחר מכן (3) להעריך את ההשפעה הטיפולית של תאי גזע מזנכימליים כלואים על ריפוי הרקמה העוברית בגוף.
Measuring Dynamic Nanoscale Forces in the Cellular Environment
Cellular mechanics play a major role in countless biological processes such as cell differentiation, cell migration, and immune cell programming, and yet, the techniques currently available to measure force vectors in biological materials and timescales are inadequate. Current methods rely on 2D-limited measurements such as atomic force microscopy (AFM) and nanoindentation, or measurements in 3D that incorrectly assume perfect material elasticity such as microrheology or traction force microscopy (TFM). However, for live cell imaging in 3D, these restrictions may obfuscate results as the environments are either biologically irrelevant or they do not directly measure the material mechanics in a quantitative manner. Most biological materials exhibit dissipation and rearrangement of polymeric architecture in response to forces in a time-dependent manner, and precise measurement of this process is of key importance as the degree of a tissue remodelability has been linked to various diseases, including migratory metastatic cancers as well as those originating from the bone marrrow. If we can precisely measure mechanical forces and quantify the remodeling, the complex interplay between cell phenotype and tissue mechanics will allow the development of methods for detection and treatment of disease.
התמיינות של תאי גזע מסוג קרטינוציטים והתפתחות קלוס כפונקציה של פלסטיות המטריקס החוץ תאי
עור הוא האיבר הגדול בגוף והינו חומר מורכב להפליא המכיל תאים כגון תאי גזע מסוג קרטינוציטים המתמיינים ומפרישים חלבוני הדבקה אשר יוצרים את הקומפוזיט המאפשר את קיומנו. ללא עור מתפקד, עוברים לרוב אינם מסוגלים להתקיים או שהתבגרותם מוגבלת ביותר. ריפוי אף הפציעות הקלות ביותר יכול להיות מסכן חיים. התפתחות קלוס היא מקרה של התמיינות מואצת של קרטינוציטים, ומספר מצבי מחלה קטלניים עלול להיות קשור לביטוי לא אופטימלי של חלבוני מטריקס חוץ תאי כגון קולגן וקרטין. אף על פי שהתמיינות קרטינוציטים והתפתחות קלוסים נחקרו בעבר ברמת הביולוגיה המולקולרית, מעט נעשה על מנת לחקור גם את השינויים במטריקס החוץ תאי דרך עדשת מדע החומרים. מחקרים קודמים עם תאי גזע מזנכימליים הראו שפלסטיות המטריקס החוץ תאי הינה בעלת אפקט ארוך טווח על הפנוטיפ של התאים בהעדר השראה של כוחות גזירה, זמן רב לאחר שהתאים התחילו להתעצב ולהפריש מטריקס חוץ תאי משלהם. בעזרת מערכת הידוג'ל אלגינט, אנו נכמס תאי גזע קרטינוציטים ונשלוט באופן עצמאי בקשיחות, מימדי המארג ובפלסטיות. ההשערה היא ששכבות העור הן בעלות תכונות ויסקופלסטיות שונות זו מזו, אשר תשפענה כיצד כוחות חיכוך חוזרים ונשנים המופעלים על העור יגרמו לארגון מחדש של הרשת אשר בתורו יעודד התמיינות של הקרטינוציטים. פרויקט זה מורכב משלושה חלקים: אפיון מכאני של תרכובת התאים/ מטריקס חוץ תאי, חקירה כיצד פלסטיות המארג משפיעה על התמיינות הקרטינוציטים, והתאמת מבנה רשת הקלוס לשיפור קשיחות פולימרים סינתתיים.