Araştırmacılar, şizofreni, epilepsi, serebral palsi, zihinsel engellilik ve nadir görülen bunama türleri gibi rahatsızlıkları anlamak ve yeni tedaviler geliştirmek amacıyla yarı insan beynine sahip fareler ürettiler.
Bilim insanları, laboratuvarda yetiştirilen insan beyin hücrelerini, korteks veya hipokampus olmadan doğmaları için genetik olarak tasarlanmış hayvanlara naklettiler. Bu sayede insan dokusunun kemirgenlerin kafataslarının içinde büyümesi için yer açıldı.
Bu yöntem sayesinde bilim insanları artık beyin rahatsızlığı olan hastalardan hücre alıp laboratuvarda beyin dokusuna dönüştürebiliyor ve bu dokuyu canlı hayvanlarda büyütebiliyorlar. Daha sonra bu hayvanlar üzerinde yapılan çalışmalarla, rahatsızlığın insan beyni dokusunda nasıl yerleştiği ve ilaçların bu durumları nasıl tedavi edebileceği incelenebiliyor.
Stanford Üniversitesi’nde araştırmayı yürüten psikiyatri profesörü Sergiu Pașca, “Topluluk olarak bu rahatsızlıklar için tedavi çözümleri bulmak için gerçekten çok çabaladık, ancak gerçek şu ki, psikiyatri ve nörolojide tıbbın her dalının gerisinde kaldık ve yine her dalın gerisinde kaldık,” dedi.
“Bu durum, insan beyninin çok karmaşık olmasından kaynaklanıyor olabilir, ancak aynı zamanda insan beynine erişimin zor olmasından da kaynaklanıyor,” diye ekledi. “Büyük ölçüde amacımız, insan beyninin gelişimi ve işlevine dair yönleri araştırma için erişilebilir hale getirmektir.”
Fare beynindeki dokudan geçen elektriksel aktivite
Bu çalışma, laboratuvarda yetiştirilen insan beyin hücrelerinin, gerçek beyinlerin bazı özelliklerini taklit eden küçük ama karmaşık yapılar halinde bir araya geldiği nöral organoidler alanındaki en son gelişmedir.
Organoidler beyin tıbbı için potansiyel olarak dönüştürücü olsa da özellikle doku kümelerinin bilinç kazanıp kazanamayacağı veya acı hissedip hissedemeyeceği ve organoid yerleştirilen hayvanların refahı konusunda bir dizi etik endişeyi de beraberinde getirdi.
Pașca, çalışmanın başından itibaren kapsamlı etik denetimden geçtiğini söyledi.
Uzmanlar bunun devam etmesi gerektiğini söyledi. Londra Ekonomi Okulu’nda hukuk profesörü ve Nuffield Biyoetik Konseyi için sinir organoidleri üzerine yakın zamanda hazırlanan bir raporun başkanı olan Emily Jackson şunları söyledi: “Hayvan refahı gerçekten önemli bir konu ve üzerlerindeki etkiyi değerlendirmek için bu hayvanları yakından izlemek gerekecek.”
Stanford ekibi daha önceki çalışmalarında insan nöronlarını sıçan beyinlerine nakletti. Doku kök saldı ve hayvanların beyin devrelerine bağlandı, ancak insan dokusunun çok fazla büyümesi için yeterli alan yoktu.
Sorunu çözmek için araştırmacılar, beynin önemli bölgeleri olan serebral korteks ve hipokampusun gelişimini engelleyecek şekilde fareleri genetik olarak değiştirdiler. Şaşırtıcı bir şekilde, fareler hayatta kaldı çünkü beynin kalan kısımları yeni roller üstlendi. Fareler normal görünseler de yürüyüşleri daha temkinli ve daha unutkanlar.
Nature dergisinde yazan Pașca, farelere, bağışlanan deri hücrelerinin yeniden programlanmasıyla oluşturulan insan beyni organoidlerinin nasıl enjekte edildiğini anlatıyor. Yeni doğan farelere, kendi beyin dokularının eksik olduğu bölgeye, her biri yaklaşık 100.000 insan beyni hücresi içeren birkaç enjeksiyon yapıldı. Toplamda, kemirgenlerde yaklaşık 14 milyon fare beyni hücresi eksikti ve bunun yerine yaklaşık 4 milyon insan beyni hücresine sahip oldular; bu da hacim olarak beynin yarısı anlamına geliyor.
Ameliyattan üç ay sonra, insan dokusu farenin kan dolaşımına bağlanmış ve boşluğu neredeyse tamamen doldurarak kemirgenin beyninin yaklaşık yarısını kaplamıştı. İnsan nöronlarının bazıları fare beyni hücreleri ve omuriliğiyle bağlantılar kurmuştu.
İnsan nöronları, insanlardaki gibi yapılandırılmamış veya birbirine bağlanmamıştı ve beyin dokusu, insan gebeliğinin ortasındaki dokuya eşdeğer, olgunlaşmamıştı. “Ksenokortikal” fareler üzerinde yapılan testler, hayvanların nakillerden fayda görmediğini, ancak titrek yürüyüşlerinin ve bilişsel sorunlarının biraz düzeldiğini gösterdi.
Araştırmacılar, farelerin insan beyni bozukluklarına nasıl ışık tutabileceğini göstermek için hayvanların bir kısmını beş saat boyunca düşük oksijen seviyesine maruz bıraktılar. Bu, insan sinir hücrelerinin oksijen yoksunluğuna ne kadar duyarlı olduğunu gösterdi; bu durum hamilelik ve doğumda serebral palsiye neden olabilir.
Araştırmacılar, farelerdeki insan beyni dokusunda, yalnızca otopsi incelemelerinde görülen von Economo nöronları olarak bilinen nadir hücreler buldu. Bu hücreler, hastalığın nadir bir formu olan frontotemporal demansta ölen ilk hücreler arasında yer alıyor ve Pașca şimdi bu durumu ksenokortikal farelerde incelemeyi umuyor.
Cambridge’deki MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’nda grup lideri olan Prof. Madeline Lancaster, bu yaklaşımın, bütün bir hayvanın incelenmesi gereken bozukluklar ve tedavilerle ilgili sorular için en uygun olduğunu söyledi. “Bu yöntemin insan beyni gelişimini anlamamıza nasıl katkıda bulunacağı bana daha az açık, çünkü oldukça yapay ve beynin doğal olarak nasıl geliştiğine hiç benzemiyor,” dedi.
Beyin organoidleri üzerinde çalışan birçok araştırmacı, bunları in vitro veya petri kaplarında yetiştiriyor. Amaç, araştırmalarda kullanılan hayvan sayısını azaltmak.
Lancaster, “Bu açıkça etik açıdan hassas bir konu ve bu tür hayvan deneyleri yapmak için çok iyi bir neden olması gerekiyor; çoğu bilimsel alan bunu gerektirmiyor,” diye ekledi. “Alan hâlâ tamamen in vitro çözümlere odaklanıyor, ancak bu çalışma, in vitro modellerin daha olgun aşamalara ulaşması için nelerin gerekli olabileceği konusunda da bilgi sağlayabilir.”
Kaynak: The Guardian
