Hibrit fare beyni araştırmasında çığır açan gelişme

Stanford Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, farelerin beyinlerinde insan hücrelerine yer açmak için genetik bir yöntem geliştirdi. Fare beyninin bir bölümü insan dokusuyla değiştirildi. Bu yöntem, nörolojik hastalıkların canlı bir organizmada incelenmesine olanak tanıyor.

İnsan beyin dokusunu canlı bir organizmadan almak zor olduğu için bilim insanları son on yılda hastaların kök hücrelerinden üç boyutlu beyin modelleri (organoidler) üretiyor. Bu mini beyinler özel kaplarda canlı tutuluyor; ancak laboratuvar ortamında gelişimleri sınırlı kalıyor. Yapay ortamda doğal kan dolaşımı ve duyu organlarından gelen sinyaller bulunmuyor. Daha önce yapılan denemelerde küçük organoidler kemirgenlerin beynine nakledilmişti. Fakat hayvanın kendi sinir ağı, yavaş büyüyen insan dokusunu geride bırakıyordu.

Fare beyninde boşluk açıldı

Stanford ekibi, fare beyninde insan hücreleri için kelimenin tam anlamıyla yer açtı. Genetik bir anahtar kullanılarak hayvanın kendi beyin kabuğu ve hipokampus gelişimi durduruldu. Bu bölgeler memelilerde algı ve karmaşık hareketlerden sorumlu. Böylece fare kafatasında büyük bir boşluk oluştu; konuşma ve hareket merkezleri gibi üst beyin bölgeleri neredeyse hücresiz kaldı. Araştırmacılar bu boşluğa insan beyin kabuğundan alınan dört organoidi yerleştirdi. İnsan dokusu yeni ve geniş ortamda beklenildiği gibi büyümeye başladı.

Birkaç ay içinde nakledilen doku, farenin eksik beyin kabuğu hacminin yaklaşık yüzde 90'ını doldurdu. İnsan hücreleri anatomik olarak ayrı kalmadı; uzantılarını hayvanın kalan beyin bölgelerine gönderdi. Bazı sinir lifleri farenin boyun bölgesindeki omuriliğine kadar ulaştı. Ekip lideri Sergiu Paşca'ya göre hayvanda senkronize elektriksel aktiviteye sahip bir sinir ağı oluştu. İnsan dokusu, farenin yüz bölgesindeki hareketlere tepki verdi. Bu, nakledilen hücrelerin konakçının sinir sistemiyle başarıyla bütünleştiğini gösterdi.

Nadir hücreler ve davranış testleri

Genişleyen ortam başka bir biyolojik gelişmeyi de beraberinde getirdi. Nakledilen dokuda, büyük memelilere özgü von Economo nöronlarını andıran nadir derin katman nöronları oluşmaya başladı. Normal laboratuvar kaplarında bu karmaşık hücre tipleri hayatta kalamıyor. Bu nadir hücrelerin ortaya çıkması, psikiyatrik hastalıkların araştırılması için yeni kapılar açıyor. İnsanlarda sosyal algı bozukluklarının çoğu bu tür beyin hücrelerinin işleyişiyle ilişkili.

Deney hayvanlarının beyin anatomisi büyük ölçüde değiştirilse de hayati fonksiyonları korundu. Yapay zekâ yardımıyla analiz edilen video görüntüleri, farelerin normal şekilde hareket ettiğini ve çevreyi incelediğini doğruladı. Araştırmacılar yalnızca ince motor becerilerde ve pati yerleşiminde hafif farklılıklar gözlemledi; genel aktivite normal sınırlardaydı. Farelerin hareket yeteneğini koruması, yeni modele büyük pratik avantaj sağlıyor. Hayvanlarda ciddi hareket bozukluğu olmadığı için araştırmacılar, belirli insan doku hasarlarının davranışı nasıl değiştirdiğini hassas şekilde ölçebilecek.

Ekip modelin pratik değerini de test etti. Doğum travmasına bağlı oksijen yetersizliğini taklit etmek için fareler birkaç saat boyunca oksijen seviyesi yüzde beşe düşürülmüş bir odada tutuldu. Fareler aşırı koşullardan çıktıktan sonra yürüyüşleri ayrıntılı incelendi. Oksijen yetersizliği insan dokusunda biyolojik hasar izleri bıraktı ve iltihaplanmaya yol açtı. Hücre düzeyindeki değişimler davranışa doğrudan yansıdı: farelerin yürüyüşü daha stabil hale geldi, çünkü her adımda daha fazla patiye aynı anda yükleniyorlardı.

Yeni modelin biyolojik sınırlamaları da var. İnsan ve fare beyninin doğal gelişim hızı çok farklı. Ayrıca nakledilen dokuda henüz ayırt edilebilir anatomik yapı yok; örneğin yetişkin insan beyin kabuğuna özgü belirgin katman düzeni oluşmadı. Ekip, modelin geliştirilmesi için deneylerden doğan etik soruların sürekli ve açık şekilde tartışılması gerektiğini vurguluyor. Gelecek araştırmalar, insan sinir ağının hayvan beynine aktarılmasıyla ilgili riskleri değerlendirmeli. İnsan dokusu laboratuvar ortamında daha da olgunlaştırılıp karmaşıklaştırılırsa etik sorular daha da keskinleşecek.