BEYNİN SIRLARI AÇIĞA ÇIKIYOR

BEYNİN SIRLARI Laboratuvarda yetiştirilen mini beyinler otizmden şizofreniye ve Alzheimer’a varıncaya dek insan gelişiminin ve hastalıklarının en büyük sırlarını çözmek üzere olabilir.

Laboratuvardaki bir inkübatörde, her bi­rinin içinde ufacık bir parça insan beyni duran dizi dizi plastik kaplar hayal edin. Dosdoğru bilimkurgu filmlerinden fırla­mış gibi dursa da bu, hayal gücünün gele­ceğe ilişkin bir tahmini değil. Adına beyin organoidi denen bu tuhaf yaratımlar daha şimdiden dünyanın dört bir köşesindeki laboratuvarlaıda geliştiriliyor ve araştır­macılar bu mini beyinlerin, beynimizin gelişimi ve kusurlarıyla ilgili en karanlık sırları bile su yüzüne çıkarabileceğine inanıyor.

Cambridge’de MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarında sinirbilimci olarak ça­lışan Madeline Lancaster “Hiçbirimizin kapta beyin yetiştirmek için yola çıktığını sanmıyorum” diyor. “Bu proje üstünde çalışmaya başlamamdan birkaç ay önce gelip bana sorsaydınız, hadi canım, öyle şey olur mu derdim. Benim durumum ta­mamen tesadüf eseriydi” diye de ekliyor.

Lancaster’ın organoidler üzerinde ka­zara yaptığı bu deneyler, kendisinin Vi- yana’da moleküler biyolog Jürgen Knob- lich’le çalıştığı sırada başladı. Lancaster o günlerde doktora sonrası araştırmacı ola­rak rahimde gelişim sırasında beynin na­sıl oluştuğunu araştırıyordu. İşe bir kapta düz katmanlar halinde beyin kök hücreleri yetiştirerek başlamış ama çok geçmeden bunların gerçek bir beyindeki sinir hücrelerinin birçok karakteristiğini içermediğini görmüştü. Daha iyi bir yöntem ararken, sinir­sel “rozet’Mer yetiştirmek için yeni bir teknik denedi. Bunlar daha gerçekçi olmakla birlikte hâlâ iki boyutlu olan, düz ve çiçeği andıran, hücrelerden oluşmuş dairelerdi.

“Hücreleri kültür kabına koyduğumda kul­landığım ayıraçlarla (reaktif) ilgili bir tuhaflık olduğunu fark ettim” diyor Lancaster. “Düzgün biçimli yassı rozetler yerine, kabımda sıvıda yü­zen tuhaf küreler oluşuyordu. İlginç göründük­lerini düşündüm ve onları öylece büyütmeye devam ettim.”

Kendi alanında çalışan diğer araştırmacılarla konuşan Lancaster, onların bazılarının bu tuhaf kürecikleri gördüğünü ama doğru görünme­dikleri için attıklarını öğrendi. Bu minik beyin kürecikleri dışarıdan merakını cezbetseler de Lancaster asıl onların içini açtığında büyü­lendi. Her biri, tıpkı gerçek bir beyinde serebral korteksin yarıkürelerini birbirine bağlayan, içi sıvı dolu ventrikiilleri andıran boşluklarla bir­birine bağlanmış şişkin hücre katmanlarından oluşuyordu. Dahası hücre katmanları bile nor­mal beyin dokusundaki dizilimi takip ediyordu. Kök hücreler ventriküllerin iç yüzeyini kaplı­yor, katmanlar halinde daha özelleşmiş hücre­ler ve nöronlar da dış kısmını oluşturuyordu.

Bir beyin inşa etmek

“Mini beyin” lakabı takılsa da bu organoidler aslında gerçek büyüklükteki insan organların­dan çok uzak. Her birinin çapı yaklaşık bir san­timetre kadar. Kurşunkalemlerin ucundaki silgi şeklinde ve büyüklüğünde olan bu beyincikler, kan damarları gibi kilit yapılar içermediği için daha fazla büyüyemiyoı*. Organoidler, temiz bir ortamda yetiştirildikleri sürece şaşılacak kadar dayanıklı ve bir yıldan uzun süre yaşayabiliyor.

Lancaster’ın mini beyinleri onun insan beyin gelişiminin “kara kutusunu” aralamasına izin veriyor. Büyümekte olan bir insan beynindeki hücre türlerini ve organizasyonunu yansıttık­ları için, organoidler, yaşamın daha önce bilim tarafından gözlemlenemeyen bir dönemine ışık tutuyor.

“İnsanlar beyin bağlantılarının nasıl değiş­tiğini gözlemlemek için çocuklar ve hatta be­bekler üzerinde MR taramaları yaptılar ama daha erken aşamalarla ilgili soruları (nöronlar nasıl, kaç adet, hangi türler halinde ve nerede oluşuyor?) MR görüntüleme makinelerimiz ne kadar gelişmiş olursa olsun yanıtlayamıyoruz. Fakat ben bu kaplarda olup bitenlerin gerçek bir embriyoda olanları yansıttığını düşünüyorum. Bunu biliyoruz çünkü nihai ürün gerçek beyne çok benziyor. Yani beyin gelişimiyle ilgili temel sorularımızı sormaya başlamak için kul­lanabileceğimiz, geriye doğru takip ede­bileceğimiz bir sistem var elimizde.” Lancaster mini beyinleri daha da de­rin bir soruya yanıt bulmak için kullanı­yor. İnsan beynini insan yapan nedir? En yakın primat akrabalarımızla, örneğin şempanzelerle DNA’mızın %95’inden fazlasını paylaşıyoruz ama beyinlerimiz onlarınkinden çok daha büyük ve şüphesiz çok da farklı. Şempanze kök hücrelerinden yetiştirilmiş beyin organoidlerini insandan elde edilenlerle karşılaştıran Lancaster ve ekibi, bu farkların daha gelişimin ilk aşamalarından itibaren nasıl oluştuğunu inceliyor. Hatta yeni genetik mühen­dislik tekniklerini kullanarak mini beyinlerde insan ve şempanze genlerini değiştirmek ve böylece insan beynini bu denli özel kılan hassas moleküler yapıları saptamak mümkün. Böyle bir şeyin canlı hayvanlarda yapılması olanaksız.

Mini beyinler düşünebiliyor mu?

Bu organoidlerin beyni andıran dış görünümü yalnızca bilimsel değil etik sorular da uyandırı­yor. Organoidler düşünebiliyor mu? Bilinçli mi? Lancaster’a sorarsanız yanıt neredeyse yüzde yüz hayır. “Onları daha çok beyin tümörlerine benzetiyorum” diyor. “Tümörler, kapta yetiştir­diğimiz mini beyinlerden çok daha fazla nöron içeriyor ama hiç kimse beynindeki tümörün bi­lincinin ya da düşünme yetisinin olup olmadı­ğını merak etmiyor. Beynindeki tümör çıkarıldı diye üzülen kimseyi de görmedim. Bizim kar­şımızdaki de öyle bir şey. Organize bir ağ değil ve işlevsel bir düşünme devresi oluşturamıyor. Sadece beyin dokusundan oluşan bir küre. Sırf nöronlarınızın olması düşünebileceğiniz anla­mına gelmiyor.”

Bugün o ve ekibi insan embriyonik kök hücre­leri (insan embriyosunun çok erken aşamasında bulunan ama artık laboratuvarda yetiştirilen çok amaçlı hücreleri) kullanarak mini beyinler ge­liştiriyor. Lancaster aynı zamanda İndüklenmiş Pluripotent Kök Hücre (IPS) hücreler kullanıyor. Bunlar ilk defa Nobel ödüllü Japon bilim insanı Shinya Yamanaka tarafından geliştirilen bir mo­lekül kokteyli tarafından embriyonik haline geri döndürülmüş yetişkin hücreler. Lancaster, orga- noidlerini her türden hücre geliştirmeye yönlen- direbiliyor. Gerçek bir beyinde kan damarlarına bağlanan şişkin koroid pleksustan tutun da ge­nelde gözün arka kısmındaki retinada bulunan, ışığa duyarlı pigmentli hücrelere kadar.

“Araştırılması gereken o kadar çok hücre türü var ki ” diyor. “Ama kullandığımız yönteme göre, var olması gerektiğini bildiğimiz her şeyi, eli­mizle koymuş gibi buluyoruz.”

Beyin bağlantıları

Mini beyinler araştırmacıların sadece normal gelişimsel süreçleri incelemesine izin vermekle kalmıyor. California’daki Stanfoıd Üniversite­sinde Psikiyatri ve Davranış Bilimleri bölümünde Yardımcı Doçent olan Sergiu Pasça, onları otizm, şizofreni, epilepsi ve diğer nöropsikiyat- rik bozukluklarda neyin yolunda gitmediğini anlamak için kullanıyor.

“Günümüzde kullanmakta olduğumuz psi­kiyatri ilaçlarının büyük çoğunluğu şans eseri keşfedilmiştir. Bu bozuklukların kökenlerine ilişkin çok az şey biliyoruz. Neden mi? Çünkü tümörü çıkarıp bir cam kaba koyan ve tedavi yolları araştıran kanser biyologlarının aksine, zihinsel bozukluğu olan hastaların beyinlerine bunu yapamıyoruz” diyor.

Pasca’yla ekibi mini beyinleri üç yıldan uzun süredir yetiştiriyor (şu anki rekorları 800 gün gibi şaşırtıcı bir rakam) ve bu mini beyinlerin gerçek insan beyninde yer alan aynı hücre tür­lerinin ve yapılarının birçoğunu üretebildiğim kanıtladılar. Şimdi bu tekniği ciddi otizm ve epi­lepsi sendromlarının kökenini araştırmak için kullanıyorlar. Durumdan etkilenen çocukların deri örneklerinden elde edilen IPS hücrelerin­den organoid geliştiriyor ve bunu sağlıklı hüc­relerden yetiştirilen kültürle karşılaştırıyorlar.

“Elektrot kullanarak hücrelerin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu ölçebiliyor, mikros­kopla da hücrelerin nasıl hareket ettiğini, bir­birleriyle nasıl bağlantılar yaptığını izleyebili­yoruz” diye açıklıyor. “Bu bozukluklarla ilişkili genlerin birçoğu, sinir hücreleri arasındaki bağlantılarda rol oynuyor. Böylece bu hasta­lardaki gen değişikliklerinin beynin içindeki iletişimi nasıl kesintiye uğrattığını, beyne zarar vermeden gözlemleyebiliyoruz.”

Pasça şimdi bir adım daha ileri giderek bey­nin farklı bölgelerini taklit eden organoidleri birbirine yapıştırıyor ve etkileşimlerini inceli­yor. Bu tekniğe “Beyin Lego’su” diyor. Ekip bu melez yapıları kullanarak beynin bağlantıları nasıl oluşturduğunu gözlemliyor ve normalde beyin etkinliğini azaltan ancak epilepsi ve otizm hastalarında hatalı çalışan inhibitör nöronlara odaklanıyor.

“İnhibitör nöronlar beynin yü­zeyindeki kortekste değil ön beynin çok derinliklerindeki bir bölgede oluşur ve do­ğumdan sonraki aylar boyunca milimetrelerce yol alarak göç eder” diyor Pasça. “Geliştirdiği­miz kültürlerde bu nöronların bir araya gelip sekerek yol almalarını izlemek insanı büyülü­yor” diyor Pasça.

Fakat Pasça ile meslektaşları, epilepsiyle iliş­kili bir tür otizme sahip olan bir hastanın hücre­lerinden yetiştirilen organoidlere baktıklarında çok farklı bir manzarayla karşılaştılar. İnhibitör hücreler çok tuhaf biçimde hareket ediyor, daha fazla ama daha beceriksiz biçimde zıplı­yor, bu yüzden de geride kalıyorlardı. Çok etki­leyici biçimde, araştırmacılar geride kalan bu hücrelerin imdadına koşan, bağlantı hatasını gideren ve gelecekte aynı durumdan mustarip çocuklar için tedavi ışığı yakan bir ilaç buldular.

İlerleyen yaşlarda

University College London’dan sinirbilimci Selina Wray ise beyin organoidlerini yaşa­mın başında değil sonuna doğru ortaya çı­kan nörodejeneratif durumları (Alzheimer ve frontotemporal demans dâhil) incelemek için kullanıyor.

“Normalde hastalardan ölüm sonrasında alınmış beyin dokularıyla çalışmamız gerekiyor ama sadece son safhaları görüyorsunuz” diyor Wray. Suçlu kaçtıktan sonra suç mahalline ge­lip delileri toplamaya ve verdiği zarara bakarak olayları birbiriyle ilişkilendirmeye benziyor. Oysa ben laboratuvarda hastalığın en başına bakmamıza izin verecek modeller geliştirmek istiyorum. Çünkü sorunun ilk nerede ortaya çıktığını anlarsak tedavi daha etkili olur.”

BEYNİN SIRLARI AÇIĞA ÇIKIYOR” için bir yorum

  • 25 Eylül 2018 tarihinde, saat 16:40
    Permalink

    Konuyla ilgili beynin şifresi kitabını öğrenebilirim. Ayrıca teşekkürler.

    Yanıtla

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Güvenlik Kodu * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.