Sıçan Beyinlerinde İnsan Sinir Hücrelerinin Kümeleri Gelişti
Giderek karmaşıklaşan organoidler, insan beyni gelişimine nadir pencereler sunuyor.
İnsan sinir hücrelerini bir laboratuvarda gelişmeye ikna etmek için üç sihirli kelime vardır: Konum, konum, konum.
Birçok deney, laboratuvar kaplarında (petri, flask) insan sinir hücrelerini büyütüyor. Ancak yeni bir çalışma, biraz daha alışılmadık olan bazı gayrimenkulleri içeriyor: Bir sıçanın beyni. Araştırmacılar, Nature’da 12 Ekim’de çevrimiçi olarak bildirdiğine göre, insan nöronlarının implante edilmiş kümeleri, tlabaratuvarda yetiştirilen kohortlarından daha büyük ve daha karmaşık hale geliyor.
Sadece bu da değil, insan hücreleri de çok sınırlı da olsa işlevsel görünüyor. İmplante edilen insan hücreleri hem sıçan hücrelerinden sinyaller alabilir hem de sıçanların davranışlarını etkileyebilir; bu bağlantılar, “nakledilen nöronların daha önemli bir entegrasyonunu gösterir”, çalışmaya dahil olan San Francisco California Üniversitesi’nde gelişimsel bir nörobilimci Arnold Kriegstein, “Bu önemli bir ilerleme” diyor.
Son on yılda, bilim insanları giderek daha karmaşık beyin organoidleri, büyüyen ve insan beynini taklit eden kök hücrelerden elde edilen 3 boyutlu hücre kümeleri inşa ediyor. Bu organoidler, gerçek bir beyinde gelişen insan nöronlarının tüm karmaşıklığını yeniden yaratmazlar. Ancak insan beyni gelişimi ve bunun nasıl ters gidebileceği anlaşılmaz bir sürecin penceresi olabilir. Kriegstein, “Tamamen mükemmel olmasalar bile, [bu modeller] insan hücreleri için hayvan hücrelerinin olmadığı şekilde vekillerdir. Ve bu gerçekten heyecan verici” diyor.
Stanford School of Medicine’de bir sinirbilimci olan Sergiu Pasca ve meslektaşları, bu hücreleri tam potansiyellerine yaklaştırmak için insan serebral organoidlerini yeni doğan sıçan yavrularının beyinlerine cerrahi olarak implante ettiler. Ev sahipleriyle birlikte insan organoidleri de büyümeye başladı. Üç ay sonra, organoidler başlangıç hacimlerinin yaklaşık dokuz katıydı ve sonuçta sıçanın korteksinin bir tarafının, yani beynin dış tabakasının yaklaşık üçte birini oluşturuyordu. Pasca, “Sıçan hücrelerini bir kenara itiyor. Bir bütün olarak büyür” diyor.
Bu insan hücreleri gelişti çünkü farelerin beyinleri, kan temini, hassas bir besin karışımı ve yakındaki hücrelerden gelen uyarılar gibi laboratuvar kaplarının sağlayamayacağı avantajlar sunuyor. Bu çevresel destek, bireysel insan nöronlarını, petrilerde yetişen aynı tür hücrelerden daha büyük bir ölçüyle altı kat daha büyük büyümeye ikna etti. Sıçan beyinlerinde yetişen hücreler, daha ayrıntılı dallanma desenleri ve sinaps adı verilen daha fazla hücre bağlantısı ile daha karmaşıktı.
Hücreler daha olgun görünüyordu, ancak Pasca ve meslektaşları, nöronların da bu şekilde davranıp davranmayacağını bilmek istedi. Elektriksel özelliklerin testleri, implante edilen nöronların, insan beyninde gelişen hücrelere, petrilerde yetiştirilen hücrelerden daha benzer davrandığını gösterdi.
Aylarca süren büyüme sonucu bu insan nöronları, fare konak hücreleriyle bağlantı kurdu. İnsan organoidleri, fare beyninin bıyık girişini yöneten bir parçası olan somatosensoriyel kortekse implante edildi. Araştırmacılar bıyıklara hava üflediğinde, bazı insan hücreleri yanıt verdi.
Dahası, insan hücreleri farenin davranışını etkileyebilir. Daha sonraki deneylerde, araştırmacılar mavi ışığa tepki vermek için organoidleri genetik olarak değiştirdiler. Bir ışık flaşıyla uyarılan nöronlar sinyaller verdi ve araştırmacılar fareleri suyla ödüllendirdi. Kısa süre sonra, insan organoid hücreleri sinyal gönderdiğinde fareler su musluğuna geçmeyi öğrendi.
Davranış testlerinde, insan implantları olan fareler, daha yüksek zekâ veya hafıza belirtileri göstermedi; aslında, araştırmacılar açıklarla daha çok ilgileniyorlardı. Ne de olsa insan organoidleri, ev sahiplerinin beyinlerini dürtüyordu. Pasca, “Hafıza eksiklikleri olacak mı? Motor eksiklikleri olacak mı? Nöbetler olacak mı?” diye sordu. Ancak davranış testleri, EEG’ler ve MRI’lar da dahil olmak üzere kapsamlı testlerden sonra “farklılıkları bulamadık” diyor Pasca.
Diğer deneyler, beyin büyümesini etkileyen ciddi bir gelişimsel bozukluk olan Timothy sendromu adı verilen genetik bozukluğu olan insanlardan alınan sinir hücrelerini içeriyordu. Araştırmacılar, farelerin beyinlerinde bu hastaların hücreleriyle oluşturulan büyüyen organoidlerin, diğer tekniklerin gösteremeyeceği farklılıkları ortaya çıkarabileceğini düşündü. Gerçekten de bu organoidlerdeki nöronlar, sendromu olmayan insanlardan türetilen organoidlerden alınanlardan daha az karmaşık mesaj alıcı dendritlere sahipti.
Pasca, hastaya özel hücrelerden yapılan organoidlerin bir gün tedaviler için test denekleri olarak hizmet edebileceğini söylüyor. “Zorlu bozukluklar cesur yaklaşımlar gerektirecektir. Bu benzersiz insan koşullarını incelemek için insan beyninin daha fazla yönünü özetleyen insan modelleri oluşturmamız gerekecek” diyor.
Yazan: İlknur YEŞİLYURT
ALINTILAR
Revah ve ark. Nakledilen insan kortikal organoidlerinin olgunlaşması ve devre entegrasyonu. Doğa. 12 Ekim 2022’de çevrimiçi yayınlandı.
Bir yanıt bırakın