עבודת חקר במדעים- הפרדת הדם למרכיביו

שאלת החקר:

כיצד משפיעה המהירות הצנטריפוגלית על יכולת ההפרדה של הדם למרכיביו השונים?

……

גורם משפיע

גורם מושפע

מבוא:

הדם הוא רקמה נוזלית הנמצאת בגופם של בעלי חיים והאדם. הדם הוא מרכיב חיוני לקיומנו והוא נקרא גם “נוזל החיים”. הדם מוביל חומרים שונים, כגון- מזון וחמצן אל התאים בגוף, ומוביל מהתאים חומרים, כגון- פחמן דו חמצני אל מחוץ לגוף. בנוסף, הדם אחראי על שמירת חום גופנו ועל הגנה מפני גורמי מחלות.

את הדם ניתן לחלק ל-2 חלקים שונים: החלק התאי והחלק הנוזלי.

– בחלק הנוזלי של הדם, המהווה 55% ממנו, קיים נוזל הפלסמה. הפלסמה היא נוזל צהבהב אשר מורכב מתשעים אחוז מים ועשרה אחוז של מומסים שונים כגון מלחים, הורמונים וסוכרים.

– בחלק התאי של הדם אשר נקרא המטוקריט ומהווה 45% מנוזל הדם, נמצאים תאי הדם. ישנם 3 סוגים של תאי דם:

תאי דם אדומים (אריתרוציטים)- תאים חסרי גרעין המכילים את ההמוגלובין האחראי לקשירת החמצן לדם והנותן לתאים אלו ולנוזל הדם כולו את הצבע האדום. תאים אלו מהווים 99% מהחלק התאי בדם.

טסיות הדם (תרומבוציטים)- תאים שטוחים האחראים על תהליך קרישת הדם בגוף. תאים אלו מהווים 0.8% מהחלק התאי בדם.

תאי דם לבנים (לויקוציטים)- תאים חסרי צבע ובעלי גרעין המהווים חלק משמעותי ממערכת החיסון בגוף. תאים אלו מהווים 0.2% מהחלק התאי בדם.

­

…..

בכל יום מיוצרים בגופנו מיליארדים של תאי דם אדומים, לבנים וטסיות, והם מחליפים תאים שהזדקנו ונהרסו. תהליך זה ניקרא המטופויזיס והוא מתרחש בעיקר במח העצם. בהתחלה נוצרים תאי גזע פשוטים, מהם מתפתחים בהמשך תאי אם שמבשילים ומייצרים את תאי הדם השונים. לאדם מבוגר יש כ-25,000 מיליארד תאי דם אדומים שמתוכם 1.1% מוחלפים בכל יום.

לכל חלק בדם יש צפיפות שונה ולכן במידה ונשאיר את הדם במבחנה למשך 24 שעות הדם יופרד ל-2 שכבות שונות.

כיום קיימת שיטה מתקדמת יותר להפרדת הדם למרכיביו באמצעות מכשיר הצנטריפוגה, שיטה זו מאפשרת הפרדה ברורה ומהירה יותר.

הצנטריפוגה (בעברית: סכרזת) הוא מכשיר המאפשר הפרדת חומרים באמצעות סיבוב החומר במבחנה סביב ציר מרכזי ושימוש בכוח הצנטריפוגלי להפרדת החומרים על פי הצפיפות שלהם- חומרים בעלי צפיפות גבוהה יותר מצטברים קרוב לתחתית המבחנה ואילו חומרים בעלי צפיפות נמוכה יותר יצטברו בשכבה העליונה.

…….

בעבודת חקר זו בחרנו לחקור את השפעת המהירות של הצנטריפוגה על הפרדת הדם למרכיביו והוספנו גורם נוסף אשר באמצעותו הדם הופרד ליותר שכבות.

השערות:

השערותינו בנוגע לחלק הראשון של הניסוי הן שההפרדה עם הצנטריפוגה תהיה ברורה יותר מאשר ההפרדה הטבעית שמתרחשת לאחר 24 שעות

בנוגע לחלק השני של הניסוי, במחקרים שקראנו בהם משתמשים בהפרדת הדם למרכיביו באמצעות צנטריפוגה ראינו כי תמיד משתמשים במהירות 1000g. לכן, אנו משערות כי מהירות זו היא המהירות האופטימלית ליצירת מפל צפיפויות ברור ומחולק היטב. בנוסף, אנו משערות כי בניסוי שנערוך בו הטמפרטורה והזמן יהיו קבועים אך המהירות תהיה שונה בין מבחנה למבחנה, נקבל במבחנה שהייתה במהירות הנמוכה מ-1000g מפל צפיפויות בו ההפרדה היא ברמה נמוכה ולא מוחלטת, ונקבל במבחנה שהייתה במהירות הגבוהה מ-1000g מפל הרוס בו לא התאפשרה הפרדה ברורה של חלקי הדם.

תכנון הניסוי:

מטרת הניסוי- לבדוק כיצד משפיעה המהירות הצנטריפוגלית על יכולת ההפרדה של הדם למרכיביו.

כלים וחומרים-

צנטריפוגה

דם XX(נקבה) ודם XY(זכר)

מבחנות EDTA (מבחנות עם חומר נוגד קרישה)

מבחנות 50 מ”ל + סטטיב- מעמד למבחנות

פיפטור חשמלי ופיפטות

12.5 מ”ל סוכרוז (איסטופק בריכוז של 1.077) בכל מבחנה

ממברנה

כפפות

חלוקים

מכשיר הוד (Hood)

בידוד משתנים- טמפרטורה קבועה (20° צלזיוס) וזמן קבוע בצנטריפוגה. בנוסף, השתמשנו ב2 סוגים שונים של דם- דם של זכר ודם של נקבה.

מהלך הניסוי:

חזרות- על הניסוי חזרנו פעמיים ווידאנו אותן עם תוצאות שראינו באינטרנט.

1. מכינים 4 מבחנות EDTA (בהן יש חומר נוגד קרישה) ושמים בהן דם משני תורמים- זכר ונקבה.

2. לאחר 24 שעות שבים ובודקים את המבחנות. 

3. מערבבים את המבחנות כדי שייוצר שוב דם אחיד.

4. מכניסים את ארבעת המבחנות לצנטריפוגה במהירות של 1000g למשך 10 דקות בטמפרטורה של 20° צלזיוס.(g= rpm – rounds per minute)

5. לאחר 10 דקות מוציאים את המבחנות ורואים את התוצאות.

6. שמים 12.5 מ”ל סוכרוז ב-2 מבחנות 50 מ”ל ומעליו ממברנה שתפקידה להפריד בין האיסטופק (סוכרוז) שאמור לסדר את הדם לפי מרכיביו לבין הדם. (ריכוז הסוכרוז 1.077)

7. מכניסים את המבחנות למכשיר ה- Hood ובו מטפטפים בזהירות לתוך מבחנות ה-50 מ”ל עם הסוכרוז והממברנה, דם בעזרת פיפטור חשמלי ופיפטות.

8. מכניסים את המבחנות לצנטריפוגה במהירות של 1000g למשך 20 דקות בטמפרטורה של 20° צלזיוס.

9. לאחר 20 דקות מוציאים את המבחנות ורואים מה התוצאות.

10. מערבבים את המבחנות עד לקבלת דם אחיד ומכניסים אותן שוב לצנטריפוגה למשך 20 דקות בטמפרטורה של 20° צלזיוס, אך הפעם במהירות של 100g.

11. לאחר 20 דקות מוציאים את המבחנות ורואים מה התוצאות.

12. מערבבים את המבחנות שוב עד לקבלת דם אחיד ומכניסים אותן לצנטריפוגה למשך 20 דקות ב- 20° צלזיוס, אולם הפעם במהירות של 4000g.

13. לאחר 20 דקות מוציאים את המבחנות ורואים מה התוצאות.

בקרה:

הבקרה בניסוי שלנו היא שהכנסנו מבחנות עם דם וסוכרוז לצנטריפוגה בלי להפעילה למשך 20 דקות וראינו שהדם לא הופרד.

אמצעי זהירות:

-כפפות: על מנת להימנע ממגע ישיר עם החומרים במעבדה, הגנה על החוקר ומניעת השפעה חיצונית על הניסוי.

-חלוק: על מנת להגן על בטיחות החוקר.

-HOOD: מכשיר המבודד את החומרים מהחוקר ומגן עליו מפני שאיפת גזים שונים ומגע עם נוזל ביולוגי (כגון- דם).

תוצאות:

לאחר הניסוי, נוכחנו לראות שהשערותינו היו נכונות בנוגע לשני חלקי הניסוי.

…..

בחלקו הראשון של הניסוי, לאחר 24 שעות הדם התחלק ל-2 שכבות, שכבה של כדוריות הדם האדומות ששקעו עקב ריכוזם הגבוה ושכבה עליונה של הפלסמה שצפה עקב ריכוזה הנמוך, הפלסמה הייתה מעט עכורה.

בנוסף, ראינו כי ההפרדה באמצעות הצנטריפוגה הייתה טובה יותר מכיוון שהחלקים הופרדו לחלוטין וקיבלנו שכבה אדומה של כדוריות דם אדומות ששקעו ושכבה עליונה של נוזל פלסמה שקוף ונקי שבו היו גם תאי הדם הלבנים וטסיות הדם.

בחלקו השני של הניסוי, קיבלנו בשלושת המהירויות תוצאות שונות.

-במבחנה שהייתה במהירות של 1000g קיבלנו מפל צפיפויות ברור בו הייתה שכבה תחתונה של כדוריות דם אדומות, מעליה קיבלנו טבעת לבנה בריכוז של 1.077 (כמו הסוכרוז) של כדוריות דם לבנות וטסיות דם, ומעל הטבעת קיבלנו שכבה נקייה של פלסמה.

-במבחנה שהייתה במהירות של 100g קיבלנו מפל צפיפויות בו היו קיימות רק 2 השכבות של הפלסמה והכדוריות דם אדומות ללא הטבעת של כדוריות הדם הלבנות והטסיות.

-המבחנה שהייתה במהירות של 4000g לא עמדה במהירות הגבוהה והתפוצצה מהלחץ, לכן ביצענו את שלב זה מחדש במהירות של 2000g וקיבלנו מפל מופרד אך שהתחיל להרס, השכבות החלו להתערבב ולנזול.

מסקנות:

אנו מסיקות כי ההפרדה של הדם למרכיביו היא יעילה וטובה יותר באמצעות שימוש בצנטריפוגה מאשר בדרך הטבעית ואפילו טובה יותר כאשר מוסיפים סוכרוז בריכוז 1.077 למבחנה, כך נוצרות יותר שכבות. הסוכרוז אפשר לנו להפריד את תאי הדם הלבנים וטסיות הדם מהפלסמה, וכך נגלתה לעיננו שכבה נוספת. הפרדה זו התאפשרה כיוון שהריכוז של השכבה הלבנה זהה לריכוז הסוכרוז שהוכנס למבחנה, מה שאפשר הפרדה יותר רחבה וגבוהה.

כמו כן, ראינו כי המהירות האופטימלית להפרדת הדם למרכיביו באמצעות צנטריפוגה היא אכן 1000g. בנוסף, ראינו כי כאשר שמים דם בצנטריפוגה במהירות הנמוכה מ-1000g נקבל מפל צפיפויות לא מחולק וברור, וכאשר נשים דם בצנטריפוגה במהירות הגבוהה מ-1000g מפל הצפיפויות המופרד ייהרס והשכבות יתערבבו. זאת ועוד, ראינו שאכן כמעט כל נפח הדם מורכב מנוזל הפלסמה ומתאי הדם האדומים ורק חלק קטן מאוד ממנו הוא שאר תאי הדם וביניהם תאי הדם הלבנים וטסיות הדם.

לסיכום, ניתן לומר כי שימוש בצנטריפוגה היא שיטה יעילה מאוד להפרדת הדם למרכיביו והסוכרוז הוא גורם שתורם להפרדה רחבה יותר ולהתגלות שכבות נוספות בדם. יתרה מזאת, ההפרדה הטובה מתאפשרת בזמן נתון רק כאשר המהירות היא 1000g ולכן זוהי המהירות המתאימה ביותר ליצירת מפל צפיפויות ברור שבו יש שכבה תחתונה של תאי דם אדומים (כ-44% מהדם), מעליה טבעת של תאי דם לבנים וטסיות דם(כ- 1% מהדם) ושכבה עליונה של הפלסמה (כ-55% מהדם).

רעיונות להמשך החקר:

1. כחקר המשך ניתן להכניס את הדם לצנטריפוגה עם איסטופקים בריכוזים שונים מהסוכרוז (שריכוזו 1.077) שבו השתמשנו בניסוי זה ובך לפרק את הטבעת הלבנה של כדוריות הדם הלבנות לעוד שכבות שבכל שכבה יהיה סוג שונה של כדוריות דם לבנות (כגון- מונוציטים ולימפוציטים).

…..

2. מן תאי הדם הלבנים ניתן להפיק את החומר הגנטי (DNA), לאחר הפקת הדנ”א ניתן לראות את הרכבו ובכך לדעת על מחלות גנטיות כגון מחלת דאון ומומים נוספים ולמנוע הולדת ילדים עם מחלות גנטיות שונות. (בדיקת כרומוזומים- קריוטיפ).

ביבליוגרפיה:

צנטריפוגה, מתוך הנדסה כללית-

http://www.ynet.co.il/yaan/0,7340,L-94925-PreYaan,00.html

מטח: הדם הלבנים-

http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=7253

מטח: הרכב הדם-

http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=7244

מטח: לוחיות הדם-

http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=7249

מטח: תאי הדם האדומים-

http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=7267

מערכת הדם-

http://www.blood.co.il

מחקר-

Enrichment of fetal trophoblasts and nucleated erythrocytes from maternal blood by immunomagnetic colloid system.

רפלקציה קבוצתית:

בעקבות עבודת החקר, נסענו למכון הגנטי בבית החולים תל השומר, שם חקרנו כיצד משפיעה המהירות הצנטריפוגלית על יכולת ההפרדה של הדם למרכיביו השונים.

העבודה הייתה מאוד חווייתית,  נהנינו מאוד ולמדנו הרבה דברים חדשים שלא ידענו קודם, על הדם, על תאי הדם השונים, על המכשירים השונים שבמכון וגם על ה-DNA. בנוסף, בזמן שהניסוי התרחש ראינו דברים שלא היו קשורים לניסוי ושלא היינו רואות בשום מקום אחר, כגון DNA, כרומוזומים, מכשירים משוכללים ועוד. 

בתור קבוצה, למדנו שתהליך חקר הוא דבר לא קל, ולא קצר אך בסופו של דבר לומדים ממנו המון והוא גם מאוד מהנה.

העבודה הקבוצתית תרמה לתהליך החקר מכיוון שכל אחת העלה השערות משלה, ורעיונות לניסוי ולעבודה בכללי וכל אחת תרמה מעצמה את מרב יכולתה.

מאוד מעניין אותנו לחקור הלאה בנושא, ונורא נרצה אפילו לחזור בשנית למכון הגנטי כדי להמשיך ולהתנסות במעבדות אלו.

רפלקציה אישית- יובל בוקובסקי:

אני חושבת שהעבודה תרמה לי מאוד משום שזו התנסות שלא חווים בכל יום, להרחיב את הידע ולחקור דברים חדשים זה תמיד דבר טוב.

מאוד נהנתי לעבוד עם הדם, הצנטרפוגות וכל הכלים, החומרים והמכשירים שהיו במכון הגנטי בתל השומר.

למרות שהעבודה לא קלה והיא לוקחת זמן, ואף על פי שאנחנו קבוצה של 2 בנות בלבד, לא היתה לנו שום בעיה לאורך כל העבודה לפנות זמן ולהפגש אחת עם השניה כדי לערוך את הניסוי ולאחר מכן גם לערוך את העבודה הכתובה. 

אני מרוצה מהנושא שבחרנו לשאלת החקר, זה נושא שמעניין אותי ולכן היה לי כיף לחקור עליו ומאוד התעניינתי בניסוי.

למדתי הרבה דברים חדשים שלא ידעתי קודם לכן במהלך העבודה ואני חושבת שעשינו עבודה טובה בעבודת החקר שלנו.

רפלקציה אישית- בר וולף:

הנסיעה למכון הגנטי בבית החולים תל השומר הייתה מבחינתי הזדמנות מדהימה להרחיב את האופקים שלי, להיחשף לדברים שלא הייתי נחשפת אליהם ביום יום, להתנסות בחקר מדעי במעבדות ובעבודה עם מכשירים משוכללים ומתקדמים, ובנוסף גם לראות את מקום העבודה של אימא שלי בפעם הראשונה.

במהלך תהליך העבודה השתמשנו במכשירים מגוונים והיינו במעבדות רבות, שבהן ראינו וביצענו מה שחוקרים רבים מבצעים במהלך עבודתם כל יום וזה היה מלהיב ומרגש מאוד.

החקר תרם לי בכך שלמדתי רבות, חוויתי והתנסיתי בהמון דברים ובמכשירים שונים.

למדתי על עצמי מהחקר שלראות ולעבוד עם דם לא מרתיע או מפחיד אותי ושאני יודעת לעבוד בשיתוף פעולה.

אני מאוד מרוצה מהתוצר הסופי של העבודה שלנו ואני חושבת שעשינו עבודה טובה.