Laboratuvar üretimi insan beyni dokusu farelere nakledildi

Bilim insanları, laboratuvar ortamında insan hücrelerinden ürettikleri beyin dokusunu genetik olarak tasarlanmış farelerin beynine nakletti. Nakledilen insan korteksi dokusu, fare beyninde büyüyerek çevredeki sinir ağıyla bağlantılar kurdu. Araştırmacılar, bu modelin insan beyninin erken gelişimini ve bazı hastalıklara verdiği tepkileri canlı bir organizma içinde incelemeye yardımcı olabileceğini belirtiyor.

İnsan beyninin gelişimini araştırmak, bilim insanları için çeşitli sınırlamalar barındırıyor. Canlı insan beynine doğrudan erişilememesi, hastalıkların başlangıç aşamalarını izlemeyi zorlaştırıyor. Hücre kültürleri ve laboratuvarda yetiştirilen organoidler bazı süreçleri göstermesine rağmen, bunlar kan dolaşımı ve çalışan bir sinir sistemi gibi canlı organizmanın sunduğu koşulları tam olarak yansıtamıyor.

Yeni çalışmada ise laboratuvarda üretilen insan dokusu, yaşayan bir farenin sinir sistemi içinde takip edildi. Böylece araştırmacılar, insan hücrelerinin farklı çevresel koşullara nasıl tepki verdiğini ve başka bir canlıya ait sinir ağıyla nasıl etkileşime girdiğini gözlemleyebildi.

İnsan korteksi fare beyninde gelişti

Araştırmacılar ilk olarak cilt veya kan hücrelerini kök hücrelere dönüştürdü. Daha sonra bu hücreleri, beynin dış katmanını taklit eden üç boyutlu kortikal organoidlere çevirdi. Beyin kabuğu olarak da adlandırılan korteks; biliş, dil, dikkat ve karar verme gibi üst düzey işlevlerle ilişkilendiriliyor.

Üretilen organoidler, genetik olarak değiştirilmiş farelere doğumdan hemen sonra nakledildi. Bu farelerde, normal şartlarda beyin kabuğu ile hafıza merkezinin oluşumuna katkı sağlayan bazı hücrelerin gelişimi engellenmişti. Bu değişiklik, insan dokusunun büyüyebileceği bir alan oluşturdu.

Naklin ardından insan dokusu fare beyninde genişledi ve çevresindeki sinir sistemiyle işlevsel bağlantılar kurdu. Araştırmacılar, dokunun yalnızca bulunduğu bölgede kalmadığını, sinir sistemi boyunca bağlantılar oluşturduğunu gözlemledi. İnsan hücrelerinden farklı nöron türleri de gelişti.

Bu hücreler arasında von Economo nöronları da yer aldı. Bazı demans türlerine karşı hassas olduğu bilinen bu nöronlar, insan beyninin belirli bölgelerinde bulunan ve yüksek düzeyli bilişsel işlevlerle ilişkilendirilen hücreler arasında gösteriliyor. İnsan dokusunun fare beyninde varlığını sürdürmesi ve farklı hücre türleri üretmesi, modelin araştırma açısından taşıdığı değeri artırıyor.

Çalışmanın kıdemli yazarı nörobilimci Sergiu Pasca, ortaya çıkan canlıların “insanlaşmış fareler” veya “mini beyinli canlılar” olarak tanımlanmaması gerektiğini belirtti. Bu hayvanların temel sinir sistemi farelere ait olmaya devam ediyor. Farklı olan, beyinlerinde gelişen ve farelerin sinir ağına bağlanan daha büyük bir insan korteksi dokusunun bulunması. Araştırma ekibi bu nedenle model için “ksenokortikal fareler” ifadesini kullanıyor.

Oksijen yetersizliğinin etkileri izlenebilecek

Modelin kullanım alanlarından biri, anne karnında veya doğum sırasında yaşanan oksijen yetersizliğinin beyin üzerindeki etkilerini araştırmak olabilir. Standart laboratuvar fareleri, insan dokusuna zarar verebilecek bazı oksijensizlik seviyelerine karşı daha dayanıklı davranabiliyor. Ksenokortikal farelerde ise daha düşük oksijen seviyeleri, insan hücrelerinde ciddi hasara yol açtı.

Deneylerde bu hasarın motor koordinasyon sorunlarıyla birlikte görüldüğü aktarıldı. Hayvanlar dışarıdan bakıldığında sıradan laboratuvar farelerinden belirgin biçimde ayrılmasa da, hassas motor becerilerinde eksiklikler ve hafıza performansında farklılıklar gözlemlendi. Bu sonuç, insan dokusunun çevresel hasarlara verdiği tepkinin canlı bir sinir sistemi içinde takip edilebileceğini gösteriyor.

Araştırmacılar, modelin erken gelişim dönemleriyle bağlantılı otizm, epilepsi, serebral palsi ve şizofreni gibi nörolojik ve psikiyatrik rahatsızlıkların incelenmesinde kullanılabileceğini düşünüyor. İnsan hücrelerinin hastalık süreçlerinde nasıl değiştiğini gözlemlemek, bu rahatsızlıkların nedenlerini anlamaya yardımcı olabilir. Aynı model, insan dokusu üzerinde yeni tedavi yaklaşımlarını değerlendirmek için de kullanılabilir.

Çalışmanın bir başka yönü, insan sinir dokusunun hayvan beynine aktarılmasının yol açtığı etik sorular. Araştırmacılar, deneyleri hayvan refahını ve bu tür modellerin sınırlarını gözeterek yürüttüklerini ifade ediyor. Modelin amacı fareleri insanlaştırmak değil; insan beyninin gelişimini, oksijen yetersizliğine verdiği yanıtı ve hastalıklarla ilişkili süreçleri daha gerçekçi bir canlı ortamında incelemek.

Bu yaklaşım, hücre kültürleriyle hayvan deneyleri arasında farklı bir araştırma alanı oluşturuyor. İnsan dokusunun canlı bir sinir sistemine bağlanması, bilim insanlarına hem gelişimsel süreçleri hem de çevresel hasarların sonuçlarını aynı model üzerinde izleme imkânı sağlıyor. Bununla birlikte, modelin nörolojik hastalıkların tedavisinde doğrudan kullanılabilmesi için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.