İnsan Beyin Hücreleri Fare Korteksine Entegre Edildi: Bilimde Yeni Bir Adım

Haberi okuduğunuz için teşekkürler, bizi takip etmeyi unutmayın!

Stanford Üniversitesi’nde çalışan bilim insanları, farelerin serebral korteksinin büyük bir kısmını yok edip yerine insan beyin hücrelerinden üretilen dokular yerleştirdi. Bu insanlaştırılmış korteksli fareler, belirli beyin fonksiyonlarında sınırlı bir iyileşme gösterdi; araştırma ekibi, modelin epilepsi, otizm, demans ve diğer nörolojik bozuklukların incelenmesinde kullanılmasını planlıyor.

Fare beynine insan hücreleri yerleştirildi

İnsan beyninin karmaşık yapısı, nörolojik ve psikiyatrik bozuklukların araştırılmasını güçleştiriyor. Laboratuvar ortamında oluşturulan beyin organoidleri, çeşitli hücre tiplerini ve bazı doku yapıları taklit edebiliyor; fakat kan dolaşımı, bağışıklık sistemi ve beynin diğer bölgeleriyle olan bağlantılar gibi gerçek organ özelliklerini tam olarak yansıtamıyor.

Stanford Üniversitesi’nden Prof. Sergiu Pașca’nın önderliğindeki ekip, bu sınırlamayı aşmak amacıyla canlı fareler içinde insan beyin dokusunu geliştirmeyi denedi. Araştırmacılar, fareleri serebral korteksin büyük kısmını yeniden yapılandıramayacak şekilde genetik olarak değiştirdi; böylece insan dokusunun yerleşebileceği bir boşluk yaratıldı.

Korteks, beynin dış tabakasını oluşturur ve düşünme, hafıza ile duyusal işlemler gibi fonksiyonlarda rol oynar. Hipokampus ise özellikle hafıza oluşumunda kritik bir görev üstlenir.

Araştırmacılar, insanlardan temin edilen deri hücrelerini yeniden programlayarak beyin organoidleri oluşturdu. Yeni doğan farelere birkaç kez enjeksiyon yaparak insan beyin hücreleri nakledildi; her enjeksiyonda yaklaşık 100 bin hücre kullanıldı. Çalışmada, farelerin yaklaşık 14 milyon beyin hücresinden yoksun olduğu ve yaklaşık 4 milyon insan hücresi taşıdığı bildirildi. İnsan dokusu, fare beyninin hacimsel olarak yaklaşık yarısını kapladı.

İnsan nöronları fare beynine ve omuriliğe bağlandı

Nakil sonrası birkaç ay içinde insan hücreleri bölünerek eksik beyin dokusunun bulunduğu bölgeyi doldurdu. Yaklaşık üç ay sonra, insan dokusunun farelerin kan dolaşımına bağlandığı ve boşluğu büyük ölçüde kapattığı gözlemlendi.

Bazı insan nöronları, farelerin mevcut beyin hücreleriyle bağlantılar kurdu. İnsan hücrelerinden uzanan sinirsel yapılar omuriliğe kadar tespit edildi. Nöronlardaki eş zamanlı aktivite artışları, hücreler arasında belirli bir düzeyde koordinasyon olduğunu gösterdi.

Ancak, insanlaştırılmış korteks, normal insan veya fare korteksinin aynı yapısına sahip değildi. Normal kortekste hücrelerin belirgin katmanlar halinde düzenlenmesi beklenirken, nakledilen dokuda bu katmanlar oluşmadı. Bazı hücre türleri birbirine yakın konumda olsa da, daha geniş ölçekli beyin organizasyonu eksikti.

Araştırmacılar, insan hücrelerinin gelişimsel olarak olgunlaşmamış olduğunu ve yaklaşık olarak insan gebeliğinin ortasındaki beyin dokusuna karşılık geldiğini belirtti.

İnsan hücreleri farelerin davranışlarını kısmen değiştirdi

İnsanlaştırılmış korteksli farelerin davranışları, normal farelerle ve korteks olmayan farelerle karşılaştırıldı. Video izleme ve makine öğrenmesi tabanlı davranış sınıflandırması sayesinde, üç grubun farklı davranış kalıpları sergilediği belirlendi.

Korteks olmayan fareler, normal hayvanlara göre daha düşük vücut ağırlığına sahipti. İnsanlaştırılmış korteksli farelerin ağırlığı ise iki grup arasında yer aldı.

Basit bir labirent testinde, korteks olmayan fareler rastgele tahminle uyumlu sonuçlar elde etti. İnsan hücreleri taşıyan fareler kısmen daha iyi performans gösterse de normal farelerin seviyesine ulaşamadı. İlişkisel hafıza testinde ise, insanlaştırılmış korteksli fareler, korteks olmayan farelerden daha iyi sonuç vermedi.

İnce motor koordinasyonu ölçen testlerde, insan hücreleri taşıyan fareler, normal farelerle korteks olmayan fareler arasında bir performans sergiledi.

Araştırma ekibi, insan hücrelerinin fareleri daha zeki hâle getirdiğine veya insan benzeri düşünme yeteneği kazandırdığına dair bir bulgu elde etmediğini vurguladı.

İnsan beyin hastalıklarını araştırmak için kullanılabilir

Araştırmanın amaçlarından biri, farelerde doğal olarak yeterince ortaya çıkmayan insan hastalıklarının biyolojisini incelemek. Şizofreni, epilepsi, serebral palsi, otizm, zihinsel yetersizlik ve nadir demans türleri, araştırmacıların odaklandığı hastalıklar arasında yer alıyor.

Bilim insanları, psikiyatri ve nöroloji alanındaki klinik araştırmaların başarısının diğer tıp dallarına göre sınırlı olduğunu belirtti.

Araştırmacılar, insanlaştırılmış korteksli farelerin bu eksikliği kısmen giderebileceğini düşünüyor. Hastalığı taşıyan bireylerden alınan hücreler laboratuvarda beyin dokusuna dönüştürülebilir, ardından canlı hayvanlarda incelenebilir. Böylece, hastalığın insan hücrelerinde nasıl geliştiği ve ilaçların bu süreçleri nasıl etkilediği araştırılabilir.

Bu modelin ilk göstergeleri deneylerde de ortaya çıktı. Çalışmada bazı fareler beş saat boyunca düşük oksijen koşullarına maruz bırakıldı. Bu deney, insan beyin hücrelerinin oksijen yetersizliğine karşı duyarlılığını incelemek amacıyla yapıldı. Gebelik veya doğum sırasında yaşanan oksijen yetersizliği, serebral palsiyle ilişkilendirilebildiği için bulguların bu hastalığın biyolojisini araştırmakta kullanılabileceği düşünülüyor.

Araştırmacılar, insanlaştırılmış kortekse sahip farelerin beyin dokusunda von Economo nöronları adı verilen nadir hücre türlerini de tespit etti. İnsan ve diğer primatların beyninde bulunan bu nöronlar, ön temporal demans vakalarında erken kaybedilen hücreler arasında yer alıyor. Araştırmacılar bu fare modelini kullanarak söz konusu nadir demans türünü incelemeyi planlıyor.