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.

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).

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.

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- 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.