Laboratuvar ortamında üretilen yeni tip ‘minik beyin’
İndüklenmiş pluripotent kök hücre kültürlerinden üretilen ve insan beyin dokusunun çalışan, 3 boyutlu bir modeli olan yapı, sağlıklı ve anormal beyin hücreleri arasındaki etkileşimleri araştırma yönünden araştırmacılara çok daha iyi fırsatlar sunuyor.
Sadece insan beyni değil, aynı zamanda nesli tükenmiş akraba türlerin beyinlerini de temsil eden ‘mini-beyinler’, laboratuvarlarda yıllardır yetiştiriliyor. Fakat bahsi geçen bu yöntem, daha doğru, üç boyutlu ve işlevsel bir sinir dokusu iskeleti geliştirmek bakımından biraz farklı bir yaklaşım sergiliyor.
Massachusetts’da yer alan Tufts Üniversitesi’ndeki sinirbilimcilerin önderlik ettiği bu çalışmada, indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iPKH) faydalanılarak, insan vücudu dışında küçük beyinler üretilebilmesi amacıyla yeni bir yaklaşım kullanılmış. (İndüklenmiş pluripotent kök hücreler, vücuttan alınan hücrelerin eski haline getirilmesi, yani boş birer sayfa gibi oldukları hallerine geri döndürülmesidir.)
Tufts Üniversitesi’nde biyomedikal mühendisi olan David L. Kaplan şöyle söylüyor: “iPKH’ları farklı alt tür sinir hücrelerine dönüştürebilmek yönünden uygun ve doğru şartlar bulduk, ayrıca bu hücrelere, sinirsel ağların gelişimini destekleyen astrositler de dâhil.”
Kök hücreler kullanılarak sinir dokusunun organoitlerini üretmek, aslında yeni bir şey değil. İnsan beyninin modellerini geliştirilmek için bu tekniği kullanıyorduk ve bu çalışmaları sadece cam tüpte değil, hayvan modelleri üzerinde de gerçekleştiriyorduk.
Fakat bu doku parçalarının geliştirilmesinde hâlâ birçok zorluk mevcut. Hücrelerin birçoğu, aşırı bir şekilde kalabalıklaşıp oksijen dolaşımını zorlaştırıyor ve bu yüzden de, işlevini doğru şekilde gerçekleştiren ve 3 boyutlu yapısını sürdüren bireysel hücreleri seçmek daha da zorlaşıyor.
Sinir dokularını, doğru bir beyin hücresini temsil edecek ve üzerinde kolay şekilde çalışma yapılabilecek şekilde büyütmek, hücrelerin tutunabileceği mükemmel bir iskelet ve bu hücrelerin doğru hücre türlerine dönüşebilmeleri için uygun bir ortam gerektiriyor.
Bazı yaklaşımlarda, doku benzeri hidrojel kullanılıyor fakat gözenekli polistiren (strafor) yapıların kullanıldığı yaklaşımlar da mevcut. Her birinin kendi avantajları olmakla birlikte, bazı dezavantajları da var.
Bu yeni yöntemde işler biraz daha karıştırılıp, hücrelere yer sağlamak amacıyla ipeksi protein olan Fibroin’den örümcek ağına benzer yapı oluşturuluyor ve daha sonra gerçek bir destek iskeleti oluşturmak adına bu yapı, kolajen hidrojeline batırılıyor.
Kaplan, “Bu ipeksi kolajen iskeleti, genetik imzaları ve doğal sinir dokularında bulunan elektriksel sinyalleri içinde barındıran hücreler üretmek adına uygun bir ortam sağlıyor” diyor.
Böylesine dengeli bir iskelet, kök hücrelerin faaliyetlerine gölge düşürmeden onların arasında boşluk bırakarak, bulundukları yere yerleşmeleri ve yetişkin insan beyninde bulunan birçok hücre türüne dönüşebilmeleri için ideal bir ortam sağlıyor.
Daha da iyisi, hücrelerin alana yayılmasıyla birlikte, besinlerin ve oksijenin dokularda daha iyi yayılması sağlanıyor.
Araştırmacılar, iskelet için ‘halka’ şeklinde bir yapı oluşturarak, gelişen dokulara açılan merkezi bir pencere kullanmış ve bunların gelişimlerini eş zamanlı şekilde izleyebilmişler. Gelecekte farklı yapılar kullanılarak, hücrelerin gelişimleri birçok farklı şekilde izlenebilir.
Hem sağlıklı hem de hastalıklı insan sinir ağlarının büyümesi ve gelişmesi üzerinde yapılan çalışmalara yönelik zorluklar ve etik engelleri düşündüğümüzde, olabildiğince doğal bir ortamda büyüyen beyin hücrelerini çözümleme konusunda daha iyi yöntemler bulmak, araştırmalar için çok önem taşıyor.
Bu organoitler, doğru yolda atılan, ümit verici bir adım gibi görünüyor.
Tufts Üniversitesi’nde araştırmacı olan William Cantley, “İster sağlıklı bireylerden, ister Alzheimer ya da Parkinson hastalarından alınan hücreleri kullanalım, bu sinir ağlarının büyümesi devam etti ve 3 boyutlu doku modellerinde istikrarlı bir yol çizdiler” diyor.
“Bu durum bize, farklı hastalıklar üzerinde çalışabilmek adına güvenilir bir ortam sağlarken, aynı zamanda hücrelerde uzun vadeli olarak gerçekleşen değişimleri izlememizi sağlıyor.”
Gelecekteki gelişmeler, çok daha fazla hücre türünü içerecek ve bu sayede çok daha karmaşık yapıda organoitler oluşturularak, bunların hem isabetli bir temsil görevi görmesi, hem de üzerinde çalışma yapılmasının kolay olması sağlanacak.
ScienceAlert
