Nature Methods[1]'da yayınlanan araştırmanın bir diğer önemli özelliği de kan damarlarının büyümesini teşvik ederek, bu minik beyinlerin bir yıl kadar yaşayabiliyor.
Laboratuvarda yapılan küçük embriyo beyinlerine, beyin organoidi deniyor ve kültür ortamında yapay olarak büyütülmüş, beyne benzeyen minyatür bir organı tanımlanıyor.
Juergen Knoblich ve Madeline Lancester isimli bilim insanları tarafından ilk kez 2013 yılında beyin organidleri yapıldı. Bu mekanizmanın çalışması için, gelişen bir embriyonun henüz farklılaşmamış kök hücrelerini kullanarak üç boyutlu (3B) beyin organoidini oluşturdular ve aylarca geliştirebildiler.
Boğaziçi Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü’nden mezun olduktan sonra Koç Üniversitesi’nde Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Bölümü’nde master yapan Dr. Bilal Çakır, doktora çalışmalarını Washington Eyalet Üniversitesi’nde yaptı. Doktora sonrası çalışmalarını Yale Üniversitesi'nde sürdüren Çakır, şu anda kök hücreler ve onların sinir hücrelerine farklılaşması konuları üzerine araştırmalar yapıyor. Çakır’ın yaptığı bilimsel araştırmalar Nature Methods, Cell Stem Cell, Nature Communications ve Molekuler Cell gibi dünya çapında en önemli dergilerde yayınlandı.
“Bir beyin organoidi bir beyinle birebir aynı şey değil” diyen Çakır, “Ancak beynin hücresel bileşimi ve faaliyetinin bazı yönlerini taklit eden ve kendi neslinde olan indirgemeci bir hücresel sistem olarak düşünülebilir. Erken insan embriyonik beyin gelişiminin en azından bazı adımlarını izleyebiliyoruz. Bununla birlikte, beyin organoidleri alanı henüz emekleme aşamasındadır ve kullanımları, değişkenlikleri ve tekrarlanabilir anatomik organizasyonla 3B yapılara farklılaşamamaları nedeniyle sınırlandırılmıştır. Öncelikle, zardaki organoidler insan beyin zarına kıyasla boyut olarak çok daha küçük. Zardaki organoidlerin çapı en fazla 4 milimetre (mm)'ye kadar genişleyebilirken, insan beyin çapı yaklaşık 15 santimetre ve yalnızca gri maddenin kalınlığı 2-4 milimetredir. Özellikle, bir damar sisteminin olmadığı organoidlerde hücrelerin programlanmış bir şekilde ölümü gerçekleşir. Embriyodaki kök hücrelerin sağlıklı bir şekilde beyin hücrelerine farklılaşabilmesi için, damar sistemine ihtiyaç duyar” diyor.
“İlk defa kök hücrelerden damar ağı oluşturup, beyin organoidi oluşturduk”
Son zamanlarda, insan beyin organoidlerinde damar oluşumu için çalışmalar yapıldığını kaydeden Çakır, “Fare beyninin zarına nakledilen insan beyin organoidleri, fare damarlarının insan dokusunda büyümeyi başlattı, bu da hücrelerin hayatta kalmasını ve olgunlaşmasını arttırdı. Bunun ötesinde, beyin organoidlerinde sağlam damar oluşumu için sistematik bir yaklaşım yok, bu da laboratuvar ortamında normal veya patojenik gelişimin çalışılmasında uygulamalarını sınırlıyor. Burada, ilk defa kök hücrelerden damar ağı oluşturup, beyin organoidi oluşturduk.” diyor.
“Beyin gelişimi ve hastalık mekanizmalarını araştırmak için platform geliştirdik ”
Organoidlerin kan damarlarının iç yüzeyini döşeyen ve damar oluşumunda önemli rol alan endotel hücrelerinin, bir gen (ETV2) ile uyarılarak yeniden programlanabildiğini söyleyen Çakır, “İşlevsel bir damara benzer bir ağ oluşuyor ve bu yapı 3 Boyutlu (3B) organoidler oluşturmak için sağlam bir yöntem sağladığını belirtiyor. Çakır, “Böylece beyin gelişimi ve hastalık mekanizmalarını araştırmak için bir platform oluşturduk. Bu damarlanmış 3Boyutlu beyin modeli, sinir hücreleri ve endotel hücrelerinin etkileşimini sergiledi. Böylece damarı olmayan organoidlere zarar veren iç bölgedeki hücre ölümlerini azaltarak beynin daha doğru bir fizyolojik temsilini oluşturduk” şeklinde konuşuyor.
“18. günde damar sistemini oluşturmaya başladık”
Çakır, üretilen bu minik beyinlerle ilgili şunları söylüyor:
“Özel bir gen taşıyan bir virüs ile uyararak başlangıç kök hücre havuzunun yüzde 20'sinin fonksiyonel damar sistemi oluşturabileceğini düşündük. Organoidler oluşmaya başladığında kültürde 18 gün sonra ETV2 geninin aktif hale gelmesini başlattık. 1 aylık olduklarında, organoidler tüp şeklinde damarlar geliştirdiler. Bu damarlar, organoid boyunca kırmızı etiketli bir işaret taşıdı ve çalışan bir damar sistemi oluşturduklarını gördük.”
“Bu araştırma Alzheimer hastalığının altında yatan karmaşık biyolojiyi anlamayı kolaylaştırabilir”
Bu sistemle damar oluşturan organoidlerdeki nöronlar daha olgun görünüyor. Çakır, “Bu organoidlerdeki sinir hücreleri anne karnındaki 10-12. haftalardaki insan beynine denk geliyor. Buna kıyasla damarlanmış organoidlerdeki nöronlar için ise, 16-19. gebelik haftalarındaki fetüs sinir hücrelerine eşlendi. Buna uygun olarak, damar oluşmuş organoidlerdeki sinir hücreleri etkileşim olarak daha aktifti. Neredeyse yarısı kültürde üç ay geçirdikten sonra aktif etkileşim başlarken, kontrol organoidlerinde neredeyse tüm sinir hücrelerinin sessiz kaldığı gözlemlendi. Bu önemli, çünkü nörodejeneratif hastalığı modellemek için organoidlerin kullanılmasının önündeki en büyük engel, göreceli olarak olgunlaşmamış olmalarıydı. Bu makale, beyin zarı organoidlerin yeteneklerini geliştiren ve genişleten yeni bir yaklaşım sunuyor. Bu araştırma, Alzheimer hastalığının altında yatan karmaşık biyolojinin daha derinlemesine araştırılmasını vaat ediyor” şeklinde konuşuyor.
[1] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31591580/
© The Independentturkish
