Laboratuvarda beyin üretmek: Embriyonik fikir | Bilim ve Gelecek
Ana sayfa 116. Sayı Laboratuvarda beyin üretmek: Embriyonik fikir
Laboratuvarda beyin üretmek: Embriyonik fikir
Organoitin bir kesiti.
Bir grup kök hücre biyoloğu beyne benzeyen bir “organoid” geliştirdiler.
Rejeneratif (onarıcı) tıp kök hücrelerden doku ve organ üretiminden dolayı hızla gelişen bir alan. Fakat geçtiğimiz ay, bu alanda beklenenden büyük bir sıçrama yaşandı. Viyana’daki Avusturya Bilimler Akademisi’nden Madeline Lancaster öncülüğündeki bir grup araştırmacı birçok önemli açıdan beyinle yakınlık gösteren organa benzeyen bir yapı geliştirdiklerini açıkladı.
Dr. Lancaster’in organoidi korku filmi yazarlarının kavanozlarındaki beyinlerden oldukça farklı. Fakat bu organoidler aynı zamanda gerçek beyne benzeyen anatomik özellikler ve değişik birçok sinir hücresi tipi de barındırıyor. Bu nedenle yaşayan insan beyninde ve hatta farelerde etik olmayan çalışmalarda kullanılabilirler, büyük bir önem taşıyan beyin gelişiminin erken dönem çalışmaları gibi. Aynı zamanda hücre kültürlerinde kullanılamayan test ilaçları için de kullanılabilirler. Ve gerektiğinde, yaşayan insanların hücrelerinden elde edildiklerinden, hasta insanların hastalıklarının belirli problemlerini de aydınlatabilirler.
Nature dergisindeki makalede anlattıkları gibi, Dr. Lancaster’in ekibi organoid yapmak için “embryoid body” olarak bilinenin ne olduğuyla başlar. Organoidlerin tamamen organ olmamakla birlikte, organların bazı özelliklerini taşıması gibi, “embryoid body” de embriyonun bazı benzer özelliklerini taşır.”Embryoid body” embriyodan alınmış doğal kök hücrelerden ya da biyokimyasal işlemlerle kimliğini unutan ve embriyonik hücre gibi davranmaya başlayan yetişkin hücrelerden elde edilen uyarılmış pluripotent hücrelerden sağlanır.
Embriyolar üç katmana sahiptirler: endoderm, mezoderm ve ektoderm. Bunların her biri organizmada vücut kısımlarına dönüşürler. Sinir sistemi ektodermden oluşur. Bu sebeple, ekip ektodermal hücreleri jel damlacıklarına çevirip, ne olacağını gözlemlemek için bu hücre sıvısını besin sıvısıyla dönen bir biyoreaktörde yüzdürdüler.
Bu alana yabancı bir insana göre sonuç pek de beyine benzememesine rağmen, bir uzman için benzerlik dikkat çekici. On gün sonra organoid, nöron geliştirdi. Otuz gün sonra gerçek beyindeki bazı bölgelere benzer bölgeleri oluştu. Gerçek bir beynin kan kaynağından yoksun olduklarından, organoidler 4 milimetreden daha fazla büyüyememiş olsalar da, uzunca süre canlı kalabilirler. Bazıları şimdi bir yıllık ve hala canlılar.
Gerçek bir beyin büyük miktardaki nöron katmanlarından oluşan korteksten oluşur. Korteks karıncık olarak bilinen sıvı dolu alanları çevreler. Bu aşağı yukarı bir organoidin anatomisi gibidir. Çoğu organoid koroid pleksusa benzeyen bölgelere de sahiptir. Bu bölge kandan besini alan ve atıkları kana ileten bölgedir. Aynı zamanda karıncıkları dolduran beyin omuriliği sıvısını da üretirler.
Organoidlerden diğer beyin yapılarının işaretleri de alınmaya başladı. Ekip retina, beyin zarı ve hipokampal hücrelerin(hipokampus beynin hafıza ile ilgili çok önemli bir bölümü) kanıtlarını buldu. Bu yüzden kullanılan yöntemin açıkça çalıştığı söylenebilir.
Bir sonraki soru ise bu ekibin organoidle faydalı bir şey yapıp yapamayacağıydı… Ve yaptılar. Ekip kök hücre biliminin bir eksiğini fark edip, mikrosefali (beynin küçük olma durumu) olan birinin şartlarını incelemeye başladı.
Mikrosefali beynin olması gerektiği kadar büyüyememesidir. Dolayısıyla mikrosefali hastalarının kafaları küçüktür ve çeşitli zayıflatıcı semptomlar nedeniyle acı çekerler.
Mikrosefali laboratuvarda çalışması zor bir hastalıktır; çünkü insanda hastalığa sebep olan genler farelerde hastalığın ciddi şartlarını ortaya çıkarmaz. Bu sebeple ekip mikrosefali hastasından elde edilen bir organoid geliştirdiler.
Bu ilk olarak uyarılmış hücrelerden de doğal hücrelerdeki gibi organoid elde etme yöntemlerinin işe yaradığını kanıtladı. İkinci olarak, mikrosefalide yanlış olanın gelişme sürecinin çok hızlı gerçekleşmesi olduğunu gösterdi. Bu hastalıkta nöronlar olması gerekenden daha hızlı farklılaşırlar ve bu olduktan sonra, beynin büyümesi yavaşlar.
Kimse mikrosefalinin geri döndürülebilir olduğunu düşünmüyor. Fakat hastalık daha iyi anlaşılsaydı, engellenebilirdi; tıpkı kökleri beynin erken gelişimde yatan diğer sinirsel sorunlar gibi. Mesela şizofreni ve otizmin erken embriyonik beyindeki sinir hücrelerinin gelişiminde meydana gelen hatalardan kaynaklı olabileceği yönünde şüpheler var. Dr. Lancaster gelecekte ekibin bu tür durumları da modelleyebileceğini umut ediyor.
Dr. Lancaster’in organoidlerinin, biliminsanlarının beynin çalışmasını ve çalışmadığında neyin yanlış gittiğini anlamasını sağlamakta parlak bir geleceği var gibi gözüküyor. Küçük olmalarına karşın, gerçekte büyük bir şeyin başlangıcı olabilirler.
Kaynak: The Economist, “An embryonic idea”, http://www.economist.com/news/science-and-technology/21584319-group-stem-cell-biologists-have-grown-organoid-resembles-brain
Önceki makaleMatematik evreni açıklamak için doğru bir yol mu?
Sonraki makaleZamana ve ölüme dirençli harici belleğimiz: yazı