İnsan “mini beyinleri” fare zihinleriyle birleşerek aktif sinir devreleri oluşturdu

Stanford Üniversitesi’nden bilim insanları, laboratuvar ortamında yetiştirilen ve “beyin organoidi” olarak adlandırılan insan kök hücrelerinden elde edilen doku parçalarını farelerin beynine naklederek bu dokuların fare sinir sistemiyle fonksiyonel bir şekilde bütünleştiğini ve aktif sinir devreleri kurduğunu ortaya koydu. Nature dergisinde bugün yayımlanan çalışmada, insan nöronlarının fare beyninde hayatta kalarak çoğalması, omuriliğe kadar uzanan aksonlar göndermesi ve birbirleriyle iletişim kurması sağlandı. Otizmden demansa kadar uzanan sinirsel hastalıkları incelemek için mevcut modellerin sağlayamadığı yeni bir araştırma imkanı sunan bu yaklaşım, nörolojik rahatsızlıkların modellenmesinde çığır açıcı olarak değerlendiriliyor.

Beyin organoidleri neden sınırlıydı?

Beyin organoidleri, insan nörogelişimini anlamaya yarayan ve gerçek insan beynini çalışarak elde edilemeyen küçük pencereler sunar. Ancak kan damarı veya duyusal girdiye sahip olmayan bu beziryağı boyutundaki nöron kümeleri, belirli bir gelişim aşamasında durma noktasına geliyor. Organoidlerin bir bedene sahip olmaması nedeniyle bilim insanları, beyin aktivitelerini gözlemlenebilir davranışlarla ilişkilendiremiyor ve bunun da kullanım alanlarını kısıyordu.

Bu yeni çalışma, organidelere eksik olan şeylerden biraz olsun kazandırmayı hedefliyor: Onları farelere nakleterek. İnsan hücrelerinin fare beynine yerleştirilmesi ilk kez gerçekleştirilmiyor olsa da, organoidler gerçek insan beyni gibi çok yavaş büyüyor. Stanford Üniversitesi nörobilimci ve çalışmanın kıdemli yazarı Sergiu Pașca, “Her zaman rekabeti kaybediyorlar” diyor.

Fare embriyolarında yapılan genetik müdahale

Bu sorunu aşmak için Pașca ve arkadaşları, fare embriyolarında beynin iki büyük bölgesinin—serebral korteks ve hipokampus—oluşumunu kontrol eden bir geni devre dışı bıraktı. Böylece doğan farelerin normal beyin hacminin ancak yaklaşık yarısına sahip olması sağlandı.

Bilim insanları, her bir farenin beynindeki boşalan intrakranial alana dört organide yerleştirdi ve her bir organidin içinde yaklaşık 100.000 nöron bulundu. Birkaç ay içinde bu nöronlar bölünerek yaklaşık milyonluk sayıya ulaştı ve hücreler, elektrik sinyallerini ileten aksonları fare sinir sisteminin tamamına—omuriliğe kadar—gönderdi.

Bu bize hücrelerin aktif olduğunu ve birbirleriyle iletişim kurduğunu söylüyor. İnsan nöronlarının fare karşılıklarıyla ne kadar etkileşime girdiği belli değil, ancak beyin görüntülemesi insan naklinde koordineli aktivite desenleri gösterdi.

Sergiu Pașca, Stanford Üniversitesi Nörobilimci ve Çalışmanın Kıdemli Yazarı

Sosyal bilişimle ilişkilendirilen nadir hücreler

En dikkat çeken bulgu, organoidlerin von Economo nöronları üretmesi oldu. Sosyal bilişimde maymunlar, filler ve yunuslar için önemli olduğu düşünülen bu hücre sınıfı, daha önce petri tüpünde sınırlı tutulan organidelerde hiç belge-lenmedi. Bu durum, fare beyni ortamının insan nöronlarının daha tamamlanmış biçimde gelişmesini sağladığını gösteriyor.

İnsan nöronlarının aktivitesini kemirgen nöronların aktivitesinden ayırt etmek zor olduğundan, bu yaklaşımın insan beyin fonksiyonlarını ve bozukluklarını araştırma çabalarını karmaşıklaştırabileceği uyarısında olunuyor.

Teknoloji açısından bir başyapıt temsil ediyor. Ancak insan nöronlarının aktivitesini kemirgen nöronların aktivitesinden ayırt etmek zor, bu da insan beyin fonksiyonlarını ve bozukluklarını araştırma çabalarını karmaşıklaştırabilir. İnsan hastalıklarını çalışmak için bir şimere yerine tamamen insanlaştırılmış bir model sistem tercih ederim.

Alysson Muotri, Kaliforniya San Diego Üniversitesi Genetikçi (Çalışmaya Dahil Değil)

Sınırlar ve geleceğe dair umutlar

Organoidlerin gelişmeye devam etmesiyle devrelerin farelerde gözlemlenen karmaşık davranışları yerine koyabilecek eylemleri öğrenip ezberlemesi mümkün olabilir. Bu noktada, nakil çalışmalarının otizmden demansa kadar sinirsel hastalıkları araştırmak için yeni imkansanlıklar açtığını vurgulayan Pașca, “Hastalığın bazı yönlerini yakalayan bir sistem kurduk; bu yönler diğer hiçbir sistemle yakalanması zor olurdu” diyor.

Bu yaklaşımın insan nöronlarını kullanarak yalnızca gelişimi değil, aynı zamanda neurogelişimsel hastalıkları da modellemek üzere kullanılması için birçok gelecekteki uygulamanın umut verdiğini belirten Austria Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden nörobilimci Simon Hippenmeyer, çalışmaya dahil değildir. Ona göre sonuç “kesinlikle dönüştürücü” niteliktedir.