ריפוי באור - יונת אשחר

תרפיה פוטודינמית - שיטה חדשה למלחמה בחיידקים

אור - חלופה לאנטיביוטיקה?

אחת המהפכות הגדולות ביותר ברפואה היתה גילוי הפניצילין - התרופה האנטיביוטית הראשונה. מאז ועד היום, אנטיביוטיקה היא אחד הכלים המרכזיים של הרפואה המודרנית, ומשמשת בהצלחה לטיפול במגוון מחלות חיידקיות. אבל דווקא ההצלחה העצומה של האנטיביוטיקה גורמת בשנים האחרונות להופעתם של יותר ויותר חיידקים העמידים בפניה - וחיידקים עמידים אלו הופכים במהירות לאחת הבעיות הקשות ביותר העומדות בפני הרפואה.

מדובר בברירה טבעית פשוטה - חיידקים מטבעם מתרבים במהירות, ובכל דור מופיעות מוטציות חדשות. כאשר חולה מטופל באנטיביוטיקה, החיידקים שרכשו במקרה מוטציה המקנה להם עמידות לאנטיביוטיקה זו, שורדים במהלך הטיפול ומתרבים, וכאשר הם מדביקים אנשים נוספים, הם גורמים למחלה שאי אפשר לעוצרה בעזרת סוג זה של אנטיביוטיקה. הבעיה חריפה במיוחד בבתי-החולים: במקומות אלו נמצאים חולים רבים, המטופלים בסוגים שונים של אנטיביוטיקה, ובאופן בלתי נמנע גם מדביקים לעתים זה את זה - וכך נוצרים בסופו של דבר חיידקים העמידים לכל-כך הרבה סוגים של תרופות, עד שכמעט בלתי אפשרי להתגבר עליהם.

במשך שנים, הדרך המקובלת להתמודד עם הבעיה היתה למצוא סוגי אנטיביוטיקה חדשים ויעילים יותר, אך גישה זו יצרה "מירוץ חימוש" שאי-אפשר לנצח בו - ובשנים האחרונות הגיעו לשוק פחות ופחות תרופות חדשות. ברור היה שנדרשות גישות חדשות, שאינן נסמכות על "עוד מאותו הדבר". בין הגישות השונות לפתרון הבעיה נמצאת גם התרפיה הפוטודינמית (photodynamic therapy).

במשך שנים, הדרך המקובלת להתמודד עם בעית העמידות לאנטיביוטיקה היתה למצוא סוגי אנטיביוטיקה חדשים ויעילים יותר, אך גישה זו יצרה "מירוץ חימוש" שאי-אפשר לנצח בו.

התרפיה הפוטודינמית כוללת שלושה מרכיבים: מולקולה שאינה מזיקה כשלעצמה, אך הופכת פעילה בתגובה לאור, ונקראת פוטוסנסיטייזר (photosensitizer); אור, שצריך להיות באורך הגל המתאים כדי לעורר תגובה בפוטוסנסיטייזר; וחמצן. הגורם ההורג את החיידקים בסופו של דבר אינו הפוטוסנסיטייזר, אלא דווקא החמצן: הפוטוסנסיטייזר מעורר תגובה כימית היוצרת ממולקולת החמצן גורם פעיל מאוד, הנקרא רדיקל, התוקף והורס מולקולות חיוניות לחיידקים. על הפוטוסנסיטייזרים להצטבר בתוך תא החיידק על מנת לחולל את התגובה הרצויה. האפשרות להקרין באור אזורים מסוימים, וכך להפעיל את התגובה רק באזור הרצוי, מקנה לטיפול ספציפיות מקומית.

העובדה שמולקולות מסוימות מסוגלות להרוג חיידקים כאשר הן נחשפות לאור נתגלתה כבר לפני יותר מ-100 שנה, אך, באורח אירוני משהו, המחקר בתחום זה נזנח בעקבות גילוי האנטיביוטיקה, שנראתה אז כשיטה קלה ויעילה הרבה יותר למלחמה בחיידקים. כאשר חזרה הרפואה להתעניין בתרפיה פוטודינמית, היה זה דווקא לצורך אחר: שיטה זו משמשת בהצלחה זה שנים בטיפול בכמה סוגי סרטן, מאחר שפוטוסנסיטייזרים מסוגלים לפגוע גם בתאים סרטניים. לאחרונה, בעקבות התגברות העמידות לאנטיביוטיקה, נערכו מחקרים חדשים הבודקים את יעילות התרפיה הפוטודינמית בתחום המקורי שבו התגלתה - טיפול אנטי-חיידקי.

הגורם ההורג את החיידקים אינו הפוטוסנסיטייזר, אלא החמצן: הפוטוסנסיטייזר מעורר תגובה כימית היוצרת רדיקל של חמצן, ההורס מולקולות חיוניות לחיידקים

פורפירינים: פתרון אפשרי לשתי הקבוצות העיקריות של החיידקים

פרופ' ישעיהו ניצן ממכון המחקר למדע רפואי באוניברסיטת בר-אילן חוקר זה שנים את יעילותם של פוטוסנסיטייזרים שונים בהריגת חיידקים. הפוטוסנסיטייזרים מתחלקים לשני סוגים - אנדוגנים, כלומר מולקולות שהחיידקים מייצרים בעצמם, ואקסוגנים, מולקולות המיוצרות באופן סינתטי וניתנות לחיידקים מבחוץ (כדי שיפעלו, עליהן להיכנס, בסופו של דבר, אל תוך תאי החיידקים). חיידקים רבים מייצרים ואוגרים כמויות גדולות של מולקולות מסוג פורפירין (Porphyrin), היכולות לשמש כפוטוסנסיטייזר. אלו הן מולקולות קטנות היוצרות קשרים עם יוני מתכות, והן מיוצרות לא רק בתאי חיידקים אלא גם בתאי גופנו. לדוגמה, קבוצת ההם (heme) היא סוג של פורפירין הקושר יון ברזל, והיא החלק הפעיל בחלבון המוגלובין, האחראי על העברת חמצן מהריאות לכל חלקי הגוף.

ישנם חיידקים המייצרים ואוגרים כמויות גדולות של פורפירינים, ולכן אפשר להילחם בהם בעזרת אור בלבד, בלא מתן חיצוני של פוטוסנסיטייזרים. סוג אחד של חיידק כזה הוא Propionibacterium acnes, המעורב במחלת העור אקנה. התרפיה הפוטודינמית מתאימה במיוחד לטיפול בנגעים של העור, שאותם קל יותר להקרין באור - אם כי אורכי גל מסוימים מסוגלים לחדור לעומק הרקמות. מן המחקר של ניצן עולה כי הקרנה של אור כחול, שאינו מזיק לתאי גופנו, מסוגלת להרוג חיידקים אלו - אך היעילות של שיטה זו נמוכה, ונדרשות שתיים או שלוש הקרנות על מנת לפגוע בחיידקים בצורה משמעותית. על מנת להגביר את יעילות הטיפול, ניסו החוקרים לגרום לחיידקים לייצר יותר פורפירינים, וכך להגביר את רגישותם לאור. הסתבר שהגורם המגביל את ייצור הפורפירינים בחיידק הוא הכמות הזמינה של תוצר ביניים בתהליך הייצור, מולקולה המכונה amino-levulinic acid (ALA). החיידקים הופכים את ה-ALA, שבעצמה אינה מגיבה לאור ואינה מזיקה לחיידקים, לפורפירינים - וככל שיש יותר ALA, כך הם מייצרים יותר פורפירינים. ואמנם, לאחר שהחיידקים קיבלו ALA, רגישותם לאור עלתה והקרנה יחידה באור כחול גרמה לירידה משמעותית ביותר - בכמה סדרי גודל - בכמות החיידקים החיים.

אם ממילא על החיידקים לקבל חומר נוסף על מנת שהתרפיה הפוטודינמית תהיה יעילה, האם לא מוטב פשוט לתת להם פוטוסנסיטייזרים חיצוניים - הידועים למדע כבר עשרות שנים? מסתבר שלא תמיד. המדענים מחלקים את החיידקים לשני סוגים עיקריים: גראם-חיוביים וגראם-שליליים, על שם היכולת (או חוסר היכולת) שלהם להיצבע בצביעה מיוחדת הקרויה על שמו של הבקטריולוג הדני הנס כריסטיאן גראם (Gram). אחד ההבדלים העיקריים ביניהם הוא מספר הממברנות המקיפות את התא. כל תא חי - אם חיידק ואם תא של בעל-חיים או צמח - מוקף בקרום המבדיל אותו מהסביבה, ונקרא ממברנת התא. בעוד שלחיידקים הגראם-חיוביים יש ממברנה אחת, לחיידקים הגראם-שליליים יש מבנה מסובך הרבה יותר, הכולל שתי ממברנות. מבנה זה מהווה מחסום הדוק יותר, המקשה את מעברן של מולקולות לתוך החיידק. זאת הסיבה לכך שרוב הפוטוסנסיטייזרים הקלאסיים אינם פוגעים באופן משמעותי בחיידקים גראם-שליליים. בין השיטות שנוסו עד כה לפתירת הבעיה הזאת היו ניסיונות לפגוע בשלמות הממברנות, כך שהפוטוסנסיטייזרים יוכלו לעבור דרכן, ושימוש בפוטוסנסיטייזרים מסוג שונה, המסוגלים - לפחות במידה מסוימת - להיכנס לתאי החיידקים האלו.

מולקולות ה-ALA, המסוגלות להיכנס לתאי חיידקים משתי הקבוצות, יכולות להוות שיטה נוספת: ממחקריו של ניצן מתברר כי ALA מעלה את רמת הפורפירינים במינים שונים של חיידקים, השייכים לשתי הקבוצות. אך העלאה של רמות הפורפירינים, מסתבר, אינה מבטיחה בהכרח עלייה משמעותית ברגישות לאור, כזו המתרחשת כאמור במין הגראם-חיובי Propionibacterium acnes. לאחר שנקבע כי רמות הפורפירינים עלו בכל מיני החיידקים, הם הוקרנו באור כחול. בעוד שאחד ממיני החיידקים, שהוא גראם-חיובי, ניזוק מאוד מההקרנה עד לחיסול כמעט מוחלט של החיידקים, חמישה מינים של חיידקים גראם-שליליים נפגעו מאותה הקרנה בצורה קלה הרבה יותר, והיו מסוגלים להתאושש במהירות - כך שהשיטה לא תוכל להיות יעילה כטיפול בחולים.

מה גורם להבדל זה בין המינים השונים של החיידקים? החוקרים מצאו כי בעוד שרמת הפורפירינים היתה דומה בכל מיני החיידקים, סוג הפורפירינים היה שונה. עדיין לא לגמרי ברור מדוע פורפירינים שונים מגיבים בצורה שונה כל-כך לאור - על הנייר, כל המולקולות האלו אמורות לפעול כפוטוסנסיטייזרים - וכן, מדוע חיידקים שונים מייצרים פורפירינים שונים. אם תימצא דרך, אולי בעזרת מולקולה שונה מ-ALA, לאלץ את כל מיני החיידקים לייצר את הסוג ה"נכון" של הפורפירינים, התרפיה הפוטודינמית תוכל להיות יעילה הרבה יותר - והמחקר בכיוון זה נמשך.

מהו היעד הנפגע בתהליך?

במעבדתו של ניצן חוקרים לא רק עד כמה הפוטוסנסיטייזרים פעילים, אלא גם כיצד הם פועלים. דרך פעילותם של הפוטוסנסיטייזרים הפוגעים בחיידקים גראם-חיוביים כבר היתה ברורה למדי, והיא כוללת הרס של החומר הגנטי ושל דופן התא - מבנה המקנה יציבות לתא החיידקי. לעומתם, דרך הפעולה של הפוטוסנסיטייזרים הפוגעים בחיידקים גראם-שליליים לא היתה כה ברורה. החוקרים בדקו ארבע קבוצות מולקולות העשויות להיפגע מהפוטוסנסיטיזציה: RNA, DNA, חלבונים הנמצאים בתוך התא וחלבונים השוכנים על פני הממברנה או בתוכה. כדי לבדוק את מצבם של החלבונים הנמצאים בתוך התא, השתמשו החוקרים בחיידקים המייצרים חלבון מיוחד, Green fluorecent protein - GFP, זוהר בצבע ירוק כאשר מקרינים עליו אור. כדי לבדוק את חלבוני הממברנה, עקבו החוקרים אחר פעילותו של חלבון חשוב הקיים בכל החיידקים, ואחראי על העברה של יונים אל תוך התא ומתוכו החוצה - אפשר לעקוב בקלות אחרי תנועת היונים, וכך לדעת אם חלבונים אלה נפגעו.

התברר כי מולקולות מכל ארבע הקבוצות אכן נפגעו מהטיפול, אך לא באותה מידה - מסתבר שהנזק העיקרי היה ל-DNA, ולא לחלבונים. אך עדיין חשוב לברר איזה סוג של DNA נפגע. הגנום של החיידקים מורכב ממולקולת DNA גדולה אחת, אך לרבים מהם יש גם מולקולות DNA נוספות, קטנות הרבה יותר, הנקראות פלסמידים. פלסמידים גם הם מכילים גנים, ויכולים לעבור מחיידק לחיידק. גנים המקנים עמידויות לאנטיביוטיקה נמצאים לעתים קרובות על פלסמידים כאלו, וכך יכולים להתפשט במהירות באוכלוסיית החיידקים ("התפשטות רוחבית"). החוקרים גילו כי DNA פלסמידי נפגע פחות מ-DNA חיידקי, אך גם הוא נפגע - ופגיעה בו יכולה לגרום לאיבוד העמידות לאנטיביוטיקה, אפילו אם החיידק עצמו מצליח לשרוד. אם כך, ייתכן כי שילוב של תרפיה פוטודינמית ואנטיביוטיקה יוכלו להוות טיפול יעיל במיוחד נגד חיידקים כאלו.

מחקרים מסוג זה, הנחשבים מחקרים "טהורים" ועוסקים לא בתכונות הריפוי של שיטה כלשהי אלא בדרך פעולתה, יכולים בסופו של דבר להביא לפיתוח ולשכלול של שיטות חדשניות ומתקדמות לבעיות הגדולות של הרפואה המודרנית. 

פורסם ב"גליליאו" גיליון 121, עמ' 55-52, ספטמבר 2008.