לעצור את השחיקה

פרופ' יעקב קליין חוקר את פני השטח של סחוסים

english

דיווחים

תאריך: 19 אוקטובר, 2017
מקור: 
עמוד הבית

דלקת מפרקים ניוונית (osteoarthritis) הינה מחלת המפרקים הנפוצה ביותר, שמכאיבה ליותר מ-250 מיליון חולים ברחבי העולם. ד"ר יעקב קליין מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע סבור שהדרך אל הכאב מתחילה בכשל במנגנון המולקולרי שיוצר את חומר הסיכה הנחוץ לשמירה על מפרקים תקינים. ממצאיו אף עוזרים להסביר מדוע בעלי חיים - כולל בני אדם - מתמודדים עם לחץ במפרקים בצורה די טובה, כל עוד המפרק בריא.

כשמשווים בין מפרקים תומכי-משקל בעכברים ובפרות, רואים שלמרות ההבדלים העצומים בגודל, הלחץ המכני בתוך מפרקי התמיכה נע בטווח של כ-40 אחוז. בעוד שמפרקיהם של בני האדם בנויים גם הם לתמוך במשקלים גבוהים, רבות הפגיעות כתוצאה משחיקת סחוסים. למעשה, פרוצדורות להחלפת מפרקי ירך וברך הם בין הניתוחים הנפוצים בארה"ב.

פרופ' קליין הוא מומחה לפיסיקה של חיכוך וסיכה במערכות מימיות וביולוגיות. הוא זה שהצליח לראשונה למדוד כוחות מולקולריים של משיכה ודחיה המתווכים באמצעות פולימרים על פני השטח, שנים לפני שהופעתו של מיקרוסקופ כוח אטומי (atomic force microscope) אפשר למדוד תופעה כזו בסביבה נוזלית. במחקר שפרסם לאחרונה, הראה כיצד שלושה מרכיבים מולקולריים שונים עובדים יחד כדי להגן על סחוסים, על ידי יצירה של שכבה המכסה היטב את פני הסחוס.

"דלקת מפרקים ניוונית מוגדרת לעתים כמחלת שחיקה ובלאי, משום שבעבר חשבו שנזק לסחוסים נגרם רק על ידי חיכוך מכני, שבסופו של דבר פוגע בעצמות", אומר פרופ' קליין. "אולם, הראינו שליחסי גומלין מולקולריים על פני השטח של הסחוס יש תפקיד מרכזי במניעת פגיעה זו, בשל הקשר שלהם לאופי הסיכה. גילוי זה יכול לקדם טיפול במחלות אלה". ממצא זה של פרופ' קליין מבוסס על ממצא קודם שלו, תופעת סיכת המיום, שעומד בבסיסם של תהליכי חיכוך ביולוגיים רבים.

"במערכת המפרקים, חיכוך בין משטחי הסחוס המחליקים זה על פני זה הוא ברמה כה נמוכה שמהנדסים יכולים רק לקנא בה", הוא אומר, "בשכבות הסיכה, כמו אלה שמכסות את הסחוסים שבמפרקים שלנו, מעטה של מִיוּם (הידרציה) בעובי סאב-ננומטרי מקיף מולקולות טעונות ומוביל לרמת חיכוך נמוכה ביותר בעת כיפוף המפרקים. שכבות מִיוּם אלה מתפקדות למעשה כנוזל סיכה ייחודי - מעין מסבים מולקולריים".

ממצאיו של פרופ' קליין מניחים תשתית מחקרית להבנה טובה יותר של תהליכי סיכה (boundary lubrication ) ביצורים חיים. "הבנת הסיכה הטבעית שנמצאת בפני השטח של סחוסים עשויה לתת השראה למהנדסים רפואיים לתכנן פרוטזות הנשחקות בקצב איטי יותר ואביזרים ביורפואיים כגון קטטרים ואנדוסקופים המחליקים ביתר קלות בכלי הדם או באיברים פנימיים אחרים ואף עדשות מגע בעלות תכונות סיכה מעולות שאינן גורמות לגירוי העין", הוא אומר. "בסופו של דבר, תובנות אלה עשויות לתרום לתחום הרפואה הרגנרטיבית (regenerative medicine) בכך שיאפשרו לרופאים לשחזר סחוסים פגועים במקום להחליף לגמרי מפרקי ירך וברכיים".

Prof. Klein is funded by the Charles W. McCutchen Foundation, the Rothschild Caesarea Foundation, Simon Picker, and the European Research Council. He is the incumbent of the Hermann Mark Professorial Chair in Polymer Physics

Prof. Jacob Klein

Prof. Jacob Klein