Kaliforniya’daki bir laboratuvarında, dışarıdan sıradan görünen fareler kafeslerinde hareket ederken, içeriden bakıldığında olağanüstü bir özelliğe sahipler: Beyinlerinin yaklaşık yarısı insan sinir hücrelerinden, yani nöronlardan oluşuyor. Bilim insanları bu kemik yiyenlere laboratuvar ortamında yetiştirilmiş insan nöronlarını naklederek, beyin hastalıklarını çalışmak için yeni bir model geliştirdi.
Bu fareler genetik olarak değiştirilerek beyinlerinin belirli kısımlarını oluşturamaması sağlandı. Özellikle hareket, karar verme ve dikkat gibi işlevlerden sorumlu olan ve korteks adı verilen organın dış katmanı gelişemiyor. Sonuç olarak ortaya çıkan “ksenokortikal” fareler, şizofreni, serebral palsi ve demans gibi beyin hastalıklarını incelemek için yeni bir kapı açıyor. Çalışma 16 Eylül’de Nature dergisinde yayımlandı.
Beyin Hastalıklarını Çalıştırmak Neden Bu Kadar Zor?
İnsan beyini hastalıklarını araştırmak tarihsel olarak son derece zor bir iş. Organ aşırı dere karmaşıktır ve içinde trilyonlarca bağlantıyla birbirine bağlanan yaklaşık 86 milyar nöron bulunur; üstelik canlı insan beyni dokusuna erişim de sınırlıdır. Bu yüzden bilim insanları on yılı aşkın süredir insan beyninin minyatik maketleri olarak adlandırılan organoidler üzerinde çalışıyor ve bunlar çoğunlukla yeniden programlanmış insan deri hücrelerinden elde ediliyor.
Bundan önce Pașca ve arkadaşları, Timothy sendromu adı verilen nadir bir genetik durumu incelemek için organoidleri sıçanlara başarıyla nakletmişti. Bu hastalığı olanların çoğunda otizm ile birlikte epilepsiye yatkınlık da görülür. Araştırmacılar organoidlerin bazılarını Timothy sendromlu hastaların örneklerinden yetiştirmişti; ancak bu sefer insan dokusunu kemik yiyenlerin mevcut beyin dokusunun üzerine ekledikleri için iki doku birbirinden alan kapıştı ve kemik yiyen hücrelerinin büyümesi insan hücrekenden daha hızlı ilerledi.
Hedefimiz, insan beyninin gelişimi ve işlevine dair bazı yönleri araştırılabilir kılmak ve böylece tedavi yöntemleri geliştirmekti.
Sergiu Pașca, çalışmanın ortak yazarı, Stanford Üniversitesi nörobilimci
Beyin Gelişimini Kontrol Altına Almak İçin Yeni Bir Yöntem
Bu kez araştırmacılar, farelerin korteksini ya da öğrenme ve hafıza için kritik öneme sahip hipokampus adı verilen bölgeyi geliştirememesi için onları genetik olarak değiştirdi. Hayvanlar iki günlük olunca, beyinlerindeki boş alanlara her biri yaklaşık 100.000 insan kaynaklı hücre içeren organoid enjeksiyonu yapıldı.
Bu yöntemle insan hücreleri bu hayvanların içinde bölünür ve büyür; birkaç hafta veya birkaç ay içinde o alanın çoğunu ele geçirir. Pașca, MIT Technology Review’a yaptığı açıklamada bu süreci böyle betimler.
Etik Kaygılar ve Alınan Önlemler
Organoid araştırmaları ilerledikçe, denetimsiz çağrıları da artıyor. Bu “mini beyin”lerin kullanımı, dokuların bilinç kazanıp kazanamayacağı veya acı hissedip hissedeceği gibi pek çok kişi için etik kaygıları gündeme getiriyor. Pașca ve arkadaşları, çalışmalarını yürütürken bu konularda birkaç önlem aldı; arasında bağımsız biyoetik kurul tarafından yapılan kapsamlı incelemenin de bulunduğu bu tedbirler Max Kozlov’un haberinde aktarıldı. Ayrıca organoidleri zaten gelişmiş bir beyne ekleyecek şekilde deneylerini tasarladılar ve Madeline Lancaster, çalışmaya dahil olmayan İngiltere’deki Tıp Araştırmaları Kurumu Molekül Biyolojisi Laboratuvarından bir beyn organoid araştırmacısı olarak bu noktaya dikkat çekti.
Bu konudaki etik düşüncelerini ne kadar özenle gözden geçirdikleri açıkça görülüyor.
Madeline Lancaster, Science’a verdiği demeç
Sinir Sisteminin Tam Haritası da Yaymlandı
Araştırmacılar, yarı insan beyne sahip farelerin serebral palsi için de iyi bir model olabileceğini tespit etti. İnsanlarda bu beyn durumu gelişim sırasında oksijen eksikliğinden kaynaklanabilir; ancak fareler insanlar kadar hassas değildir. Yine de ksenokortikal farelerin düşük oksijene maruz bırakılması, insanlardaki serebral palsi hastalarında görülen motor koordinasyon sorunlarına benzer sonuçlar verdi.
Ayrıca insan kaynaklı bazı beyn dokuları, laboratuvar ortamında yetiştirilemeyen von Economo adı verilen özel bir hücre tipine dönüştü. Bu hücreler, kişilik, davranış ve dil için önemli olan korteksin ön ve şakak loblarını etkileyen frontotemporal demans grubu nörodejeneratif hastalıklarda hastalarda ilk ölen hücrelerden bazılarıdır.
Üç ay sonra insan dokusu korteksin yüzde 90’dan fazlasını ele geçirmişti. Hücreler, hayvanların sinir ağına kendilerini entegre etti. Ksenokortikal fareler davranış testlerinde kontrol grubundaki hayvanlarla benzer performans gösterdi; yalnızca beyinlerinden parça çıkarılan fareler ise normal hayvanlara göre bazı hafıza sorunları ve yürüyüş farklılıkları gösterdi.
Hayvan modelleri son derece yardımcı oldu, ancak bazı biyolojik özellikler insanlara özgü görünüyor. Frontotemporal demansla ilişkili mutasyonların bu hücreleri hastalığa benzersiz biçime duyarlı kılıp kılmadığını görmeye çalışıyoruz ve bunun nedenini araştırıyoruz.
Sergiu Pașca, New York Times’a verdiği demeç
Pașca şimdi bu demans türünü ksenokortikal farelerle incelemeyi planlıyor. Çalışma, insan beyninin gizli kalan yönlerini anlamaya ve yeni tedavi yolları açmaya yönelik önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.
Bu gelişme hakkında düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi veya sorularınızı Topluluk Forumumuzda paylaşın.
Foruma Katıl & Yanıtla ➔
