Laboratuvarda Beyin Üretmek: Serebral Organoidler

Kulağa Dr.Frankenstein’nın bile kıskanacağı bir şey gibi gelebilir ama bilim insanları artık bir kap içerisinde “beyin” üretebiliyor.

Bu teknik, bulgularını Nature dergisinde yayınlayan Madaline Lancaster ve arkadaşları tarafından 2013 yılında geliştirildi. Araştırmacılar diğer hücre tiplerine dönüşme kapasitesi olan insan kök hücresi ile işe başladı. Bu hücreler kendilerini yenileyebilir, bu aynı zamanda onların farklı bir hücre tipine dönüşmeden bölünebildikleri anlamına geliyor. Bu özellik araştırmacıların kök hücre kültürlerini petri kabında üretebilmesine olanak sağlıyor.

Bilim insanları bu hücrelerin nöronlara dönüşmesini uyarmak için tam da doğru olan besin kokteylini ilave ediyorlar. Bu moleküller hücrenin nörona dönüşmesini uyaran hücre içi sinyal iletim yollarını etkinleştiriyor. Daha sonra bir iskelet içerisindeki bu hücreleri dönen bir hazneye inkube ediyorlar. Bu haznenin işlevi besin emilimini kolaylaştırmak. Bu hücreler 8-10 güne kadar, nöral hücreler formuna geliyor ve 1-2 aya kadar neredeyse bir bezelye tanesi büyüklüğündeki serebral organoidlere dönüşüyor.

Serebral organoidler, kültürde üretilmiş sıradan hücrelerin aksine kendilerini “deney kabındaki beyinler” olarak adlandırabileceğimiz noktaya getiren birçok özellik sergiliyor. Gerçek bir insan beyni gibi, serebral organoidlerdeki nöronlar da kendilerini beynin spesifik özelliklerine sahip farklı bölgeleri olarak organize eder. Bu bölgeler ön beyin, arka beyin, retina ve diğer nöral doku tiplerinin yapısını kazanabilir. Gerçek dokuda olduğu gibi, farklı nöron tipleri kendi bölgesini oluşturabilir ve farklı bölgedeki bu nöronlar birbiriyle iletişim kurmak için bağlantı oluşturabilirler.

Cerebral organoid üretiminin temel adımları
Serebral organoid üretiminin temel adımları
“Ancak, organoidler giderek daha karmaşık hale geliyor ve bu bazı endişelere neden oluyor”

Bu tekniğin insan hastalıklarını araştırmada yararlı olup olmadığını test etmek için araştırmacılar, mikrosefalisi olan bir hastadan serebral organoid üretti. Bu bozuklukta beyin anormal derecede küçük olur ve tipik olarak bilişsel sorunlar eşlik eder. Bu hastadan üretilen organoidin aynı yaştaki kontrol grubundan üretilen organoidden daha küçük bulunması araştırmacıları memnun etti. Bu iki “mini beynin” karşılaştırılmasında hastadan üretilen organoidin kontrol grubundan alınandan daha az organize olduğu ve nöral kök hücrelerin hücre döngüsünden çok daha erken çıktıkları -bunun anlamı artık sayısını arttırmak için bölünemeyecek olmasıdır- gözlendi. Başka bilim insanları da artık insan sağlığını tehdit eden diğer hastalıklara çözüm bulmak için serebral organoidleri kullanıyor, Zika virüsünün neden olduğu mikrosefali gibi.

Bir farenin korteksine yerleştirilmiş insan beyni organoidi
Bir farenin korteksine yerleştirilmiş insan beyni organoidi

“Deney kabındaki beyinler” durumu biyoetik ile uğraşan insanlar arasında bir tartışmanın başlamasına neden oldu. Şu anda organoidler, insan beyninin çok basit modelleri ve neredeyse 9 haftalık bir fetüsünkiyle aynı. Ancak, organoidler giderek daha karmaşık hale geliyor ve bu bazı endişelere neden oluyor. Geçtiğimiz Nisan ayında, 17 önemli sinirbilimci Nature’da gelecekte sorun olabilecek konular hakkında bir tenkit yayınladı. Eleştiriler arasında kültürde üretilmiş beyinlerin ne kadar “hissedebilir” olduklarının incelenmesi gerektiği ve çok daha fazla insana benzeyecek hayvan-insan kimeralarının¹ yapılmasının riski gibi konular var. Bu konular kulağa bilim kurgusal şeyler gibi gelse de, bilim insanları insanlardan üretilmiş serebral organoidlerin kemirgen beynine yerleştirildiğinde başarılı olduğunu gösterdi. Etik sorunlar dikiz aynasında göründüklerinden daha yakın olabilir.

Chimera, kimera¹: iki veya daha fazla canlının birleşerek oluşturduğu organizma.

***

Yazı ilk olarak 27 Haziran 2018 tarihinde Knowing Neurons sitesinde İngilizce olarak yayınlanmış olup NöroBlog’un Knowing Neurons ile gerçekleştirdiği işbirliği ile Türkçe diline çevrilmiş ve yayınlanmıştır.

***

Anasayfamızdan daha fazla sinirbilim yazısına ulaşabilir, podcast ve videolarımıza erişebilirsiniz.

***

Kaynaklar ve ileri okuma:

Görsel Serebral organoid üretiminin temel adımları

Görsel Fare korteksindeki insan beyni organoidi

Makale Nature

Kapak Görseli Freepik.com