עושים עיניים על שבב

רבים מאיתנו מבלים שעות ארוכות מדי יום בבהייה במסך לצורכי עבודה ופנאי. אחרי זמן מה של צפייה ממוקדת העיניים נוטות להתייבש, לדמוע ולגרד: זה קורה משום שכשאנו מרוכזים, תדירות המצמוצים שלנו פוחתת. בשעת מצמוץ נוזל הדמעות נמרח על שטח הפנים של העין כמעין חומר סיכה המורכב ממים, שמנים, מלחים וחלבונים. הנוזל הזה משמן את העין ומסלק גורמים זרים וכן משמש משטח חלק לשבירת קרני האור.

מה קורה כשנוזל הדמעות אינו מצליח ללחלח את העין כראוי? במקרים קיצוניים, כשאדם לא מייצר מספיק דמעות, כשהן מתאדות מהר מדי או כשהרכבן לא מאוזן,הדבר מוביל לתסמונת העין היבשה, שמתאפיינת ביובש בעיניים ובדלקת מקומית. כדי לחקור את התסמונת, חוקרים מאוניברסיטת פנסילבניה, ארצות הברית בנו עין מלאכותית שמשחזרת את מבנה שטח הפנים של העין האנושית, ועליה ניתן לערוך ניסויים.

המחקר, שפורסם בכתב העת Nature Medicine, מתאר איך יצרו החוקרים דגם מלאכותי שמשלב חומרים סינתטיים עם תאי עין אנושיים - תאי קרנית (cornea), החלק השקוף והקדמי של העין המכסה את העדשה והאישון, ותאי לחמית (conjunctiva), המהווים שכבה שקופה שעוטפת את לובן העין. כדי לדמות את המאפיינים הביולוגים של פני שטח העין ברמה התאית והרקמתית, הם גידלו בתרבית תאי קרנית אנושיים במעגל, על פיגום שמזכיר עדשת מגע. במעגל חיצוני גידלו את תאי הלחמית.

כמו כן הוסיפו החוקרים תעלת דמעות ועפעף מלאכותי עשוי מג'ל. העפעף נע הלוך ושוב על פני המודל בקצב דומה למצמוץ אנושי, וכך יוצר על פני העין המלאכותית שכבת דמעות הדומה לשכבה הטבעית. עודפי דמעות נוקזו דרך תעלת ניקוז. בזכות הדגם התברר להם שהכוח המכני שהמצמוץ מפעיל על העין מסייע להתמיינות תאי הקרנית.

משלב חומרים סינתטיים עם תאי עין אנושיים. העין המלאכותית, עם העפעף העשוי ג'ל (בכחול) | University of Pennsylvaniaת

לדמות עין יבשה

לאחר שהראו שהדגם שלהם אכן משחזר היטב את המצב הפיזיולוגי, רצו החוקרים ליצור מודל לתסמונת העין היבשה. אצל אנשים הסובלים מהתסמונת, שכבת הדמעות מתאדה מהר יותר מהקצב שבו היא נוצרת מחדש. כדי להגיע למצב דומה הפחיתו החוקרים את קצב המצמוץ של הדגם המלאכותי מ-12 פעמים בדקה לשש בלבד. פרק הזמן הארוך בין מצמוצים הגביר את האידוי של הדמעות, כך ששכבת הדמעות שנוצרה הייתה עם ריכוז מלחים גבוה יותר, דקה יותר ונוטה להיקטע. המצב הזה דומה מאוד לזה שרואים אצל חולים בתסמונת העין היבשה.

התסמונת עלולה להזיק לרקמות בעין ולגרום תגובות דלקתיות. גם בדגם ה"חולה" נראה מוות תאי ופגיעה בקשרים המחברים בין תאים. התאים החולים גם יצרו יותר חלבונים בשם ציטוקינים, שמעורבים  בגיוס מערכת החיסון.

מודל העין החדש יכול לא רק לשמש למחקר בסיסי, אלא גם לספק פלטפורמה לבחינת תרופות. את העין המלאכותית אפשר לפרק לגורמים ולבחון אותה ברמת הרקמה והתא הבודד - דבר שמן הסתם לא ניתן לעשות במחקרים על בני אדם חיים. כדי לודא שזה אכן אפשרי, בחנו המדענים את השימוש בחומר הסיכה לובריצין. הלובריצין הוא חומר המיוצר בגוף ונמצא במפרקים לשם שימון נקודות החיכוך, והוא מופרש גם מתאי קרנית ולחמית בעין כדי להוריד את החיכוך בין העין לעפעף. מחקרים קודמים הראו כי ייצורו הטבעי בעין נפגם בתסמונת העין היבשה, ובמודל "החולה" לובריצין אכן לא הופרש על ידי התאים. אולם, כשמוסיפים אותו חיצונית לעין המלאכותית, הוא מצליח להקטין את החיכוך בעין. במפתיע, לובריצין גם גרם לירידה בכמות הציטוקינים.

החוקרים מקווים שבעתיד הפלטפורמה שיצרו תוכל לשמש לסריקת תרופות ולאפיון פעולתן, לבדיקת ההשפעה של עדשות מגע וחומרים קוסמטיים על העין וניסויים של ניתוחי עיניים שונים. באמצעותה יוכלו מדענים ורופאים להשוות ביתר קלות ממצאים ניסויים במעבדה למצבים רפואיים. עם זאת, היא לא תוכל להחליף לחלוטין את השימוש בחיות מודל, מאחר שהיא מציגה תמונה חלקית בלבד של מערכת העין וחסרים בה פרמטרים נוספים שמשפיעים על מהלכן של מחלות – למשל נוכחותם של תאי חיסון, כלי דם ועצבים.