İnsan Kökenli Beyin Hücreleriyle Farelerin Eksik Beyin Dokusunu Tamamladılar; Araştırma Nature Dergisinde Yayınlandı

Stanford Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, beyninin önemli bölümleri eksik olan laboratuvar farelerine insan kökenli beyin hücrelerinden üretilen ‘organoid’ adı verilen dokuları nakletti ve bu hücrelerin fare beyin dokusunda büyürken bağlantılar kurabildiğini gösterdi. Çalışma, insan beyninin erken gelişim aşamalarını incelemek için kullanılan organoid modellerinde önemli bir ilerleme olarak nitelendiriliyor ve Nature dergisinde yayımlandı.

Then development paragraph about what organoids are and the goal.

Beyin organoidleri, kök hücrelerden üretilen insan beyninin minik modelleri olarak adlandırılıyor. Uzun vadede araştırmacılar, bu yapıları insan beyninin nasıl geliştiğini ve hastalıklar bağlamında yapısı ile işlevinin nasıl değiştiğini daha iyi anlamak için kullanmayı hedefliyor. Organoidler, insanlarda yakından gözlemlenmesi imkânsız olan erken beynin gelişimini araştırmaya bir pencere sunuyor.

Then subheading about why inside mice.

Farelerin İçinde Büyümek Neden Önemli?

Beyin organoidleri çoğu zaman canlı organizmalar dışında, laboratuvar kaplarında ya da bu ‘küçük beyinler’ı çözeltide süspansiyon halinde tutan cihazlarda yetiştiriliyor. Peki bazı araştırmacıların insan organoidlerini farelerin içine neden yetiştirmesi? Canlı organizmaların içinde organoidlerin laboratuvar kaplarına göre daha iyi olgunlaşmasına yardımcı olan bir ‘sır’ bulunuyor. Vücutta (in vivo), nöronların gelişimini ve düzenlenmesini yönlendiren gizemli sinyaller varken, bu sinyaller laboratuvar kaplarında (in vitro) eksik.

“Vivo’da bulunan bazı ipuçları gerçekten önemli ve biz bunların yerine vitro’ya ne ekleyeceğimizi basitçe bilmiyoruz.”

Anil Pașca, Stanford Üniversitesi Psikiyatri ve Davranış Bilimleri Profesörü

Ekip bu olguyu, organoidleri laboratuvar sıçanlarına naklederek kanıtladı; nakledilen organoidler kaplarda yetiştirilenlere göre daha büyük boyutlara ulaştı, daha iyi bağlantılar kurdular ve daha aktif oldular.

Then subheading about challenges.

Karşılaşılan Zorluklar

Farelerin beyin hücrelerine insan beyni hücrelerini nakletmek farklı zorluklar da beraberinde getiriyor. İnsan beynleri sıçan beynlerinden daha yavaş olgunlaşır. Pașca, “Bir hayvana, bir fareye ya da sıçana konuldukları halde insan hücreler hâlâ fare ya da sıçandan yaklaşık 20 kat daha yavaş gelişecek” diyor. Fare hücreleri hızla büyür ve yeni bağlantılar oluştururken insan hücreleri geride kalır ve rekabetten yenilir; bu da insan hücrelerinin kapabileceği alan miktarını sınırlar.

Fare nöronları, insan hücrelerinden daha hızlı miyelinlenir. Yani iletişimlerini daha verimli hale getiren yağlı bir yalıtım kazanırlar. Bu yağ, insan hücrelerin zorlanarak aşması gereken fiziksel bir bariyer oluşturur.

Then subheading about the study method.

Araştırmanın Yöntemi

Kaganovsky ve meslektaşları tarafından Nature dergisinde detaylandırılan çalışmada, araştırmacılar insan nöronlarına ekstra alan vermek istedi. İnsan hücrelerinin yavaş olgunlaşması sorununu çözemese de hücrelere büyüme için fazladan alan sağlayabildiler. Yılların emeğiyle, yalnızca beyninin korteks kısmının %2’sini geliştiren genetik olarak modifiye edilmiş bir fare geliştirdiler. Beynin büyük bir hafıza merkezi olan hipokampusunun çoğu da eksikti.

Farenin doğumundan birkaç gün içinde ekip, o boş alana insan nöral dokusunu nakletti ve yaklaşık %90’ında bu insan dokusu başarıyla entegre olup büyümeye başladı. Pașca, “Sadece yaklaşık dört kortikal organoid aldık ve bir enjektörle o boş alana aktardık. Bu kadar basit. İçerilerine giriyorlar, naklediliyorlar ve birkaç hafta içinde büyümeye başlıyorlar. Birkaç ay içinde ise o hacmin çoğunu ele alıyorlar” diyor.

Then subheading about results and future.

Sonuçlar ve Gelecek Perspektif

Nakil işleminden sonraki haftalarda farelerin kafasındaki insan beyni hücreleri büyürken, bağlantılar kurdu ve alttaki fare dokusuna uzantılar yaydı. İnsan dokusu bir insanın kafasında normalde görüldüğü gibi kendisini katmanlara ayırmadı; ancak insan korteksinde genellikle görülen birçok hücre tipini içeriyordu.

Araştırmacılar, organoidli fareleri aynı miktarda beyin dokusu eksik olan ama organoid almayan farelerle karşılaştırdı. Her iki grubu da modifiye edilmemiş laboratuvar fareleriyle kıyasladılar. Belki sürpriz verici biçimde, beyninin büyük parçalarını kaybetmiş fareler hâlâ oldukça iyi işlev gösterdi. Pașca, “Onlara bakarsınız ve gerçekten dürüstçe söyleyemiyorsunuz” diyor. Yakın bir incelemeyle birlikte farelerde ince motor becerilerinde, öğrenmede ve sosyalleşmede belirgin eksiklikler tespit edildi.

“İnsanlar olarak günlük yaptığımız şeylerin çoğu kortekse bağlı. Ancak bir fareden söz ettiğimizde korteks beynin tamamının küçük bir kısmını oluşturuyor ve çeşitli çalışmalar bu hayvanların ona ihtiyaç duymadan idare edebildiklerini gösteriyor. Nakil işleminin kendisinin hayvana önemli ölçüde zarar verdiğini düşünmüyorum.”

Anil Pașca

Then ethics subheading.

Etik Boyut

Bu konuda Pașca, Stanford Üniversitesi uzmanlarıyla ve çalışmada kullanılan hayvanların refahıyla ilgili harici bir etik kuruldan görüş aldı. İnsan beyni dokusunu hayvanlara nakletmeyi içeren çalışmalar, eklenen dokunun hayvanlara yeni bilişsel yetenekler kazandırıp kazandırmayacağı — temelde onları daha insan benzeri yapması — gibi soruları da beraberinde getiriyor. Etik kurul bu endişeleri de değerlendirdi.

“Yeni özelliklerin ortaya çıkmasını görmedik” diyen Pașca, bunun sürpriz olmadığını çünkü hâlâ çok erken bir gelişim aşamasında olduklarını belirtti. Organoidleri yalnızca altı ay boyunca yetiştirdiler; dolayısıyla insan organoidleri yaklaşık olarak 6 aylık bir fetüsün beyin dokusu kadar gelişmişti.

Eğer organoidler katmanlar ve loblar geliştirmeye, yani daha insan benzeri hale gelmeye başlarsa bu daha fazla endişe kaynağı olabilir. Ancak hem Pașca hem de Chen, bu tür bir gelişimin fareden zaten yeniden yaratılması zor olabileceğini söyledi.

Chen, insan beyninin büyüklüğünün karmaşıklığına katkıda bulunduğunu ve farklı görevleri yerine getirmek için birlikte çalışan uzmanlaşmış bölgeler içerdiğini vurguladı. Bir fare kafasının insan beyninin ölçeğini destekleyemeyeceğini belirtti.

Bu gelişimin daha büyük bir beyne sahip ve insanlara evrimsel olarak daha yakın bir türde gerçekleşmesi durumunda çok daha sorunlu olabileceğini savunan Pașca, domuzları ve maymunlar gibi insan olmayan primatları örnek gösterdi. Özellikle insan organoidlerini maymunlara nakletmek konusunda “bu noktada haklı görünen bir deney olmadığını” ifade etti.