Yaklaşık on yıl önce, mini beyinler nörobilim sahnesine büyük bir vaatle çıktı: gelişen beyni anlamak ve yaralı beyinleri eski haline getirmek.

Beyin organoidleri olarak bilinen bu küçük beyin dokusu kümeleri - kabaca bir mercimek büyüklüğünde - hayatımızı yönlendiren üç kiloluk organa hiç benzemiyor. Yine de yüzeyin altında, ürkütücü bir şekilde bir insanın beynine benzer şekilde davranırlar. bir insan fetüsü. Nöronları elektriksel aktivite ile kıvılcım çıkarır. Şunlarla kolayca bütünleşirler:ve ardından kontrol—kaslar, en azından bir tabakta. Tamamen gelişmiş beyinlere benzer şekilde, yeni nöronlar doğururlar. Hatta bazıları insan korteksinin altı katmanlı yapısını -beynin düşünceyi, muhakemeyi, muhakemeyi, konuşmayı ve konuşmayı destekleyen buruşuk, en dış tabakasını- geliştirir. belki de bilinç.

Yine de sinirbilimcileri rahatsız eden kritik bir soru var: Bu Frankenstein beyin dokusu parçaları gerçekten de yaralı bir beyni onarabilir mi?

A ders çalışma yayınlanan Hücre Kök Hücresi bu ay yapabilecekleri sonucuna vardılar. Pensilvanya Üniversitesi'nden Dr. Han-Chiao Isaac Chen liderliğindeki bir ekip, insan hücrelerinden yapılan beyin organoidlerini kullanarak, mini beyinleri yetişkin farelere nakletti ve onların görsel kortekslerine, yani görmeyi destekleyen alana ciddi zarar verdi.

Sadece üç ay içinde, mini beyinler farelerin beyinleriyle birleşti. Ekip hayvanlar için yanıp sönen ışıklar yaktığında, organoidlerde elektriksel aktivite arttı. Başka bir deyişle, insan mini beyni farelerin gözlerinden sinyaller aldı.

Bu sadece rastgele bir gürültü değil. Görsel korteksimize benzer şekilde, mini beynin bazı nöronları yavaş yavaş belirli bir yönelimde parlayan ışık için bir tercih geliştirdi. Gözleriniz farklı hareketli şeritlere uyum sağlarken siyah beyaz bir yel değirmeni üfleme oyuncağına baktığınızı hayal edin. Kulağa basit geliyor, ancak gözlerinizin uyum sağlama yeteneği ("yön seçimi" olarak adlandırılır), dünyayı nasıl algıladığımız için kritik önem taşıyan karmaşık bir görsel işleme düzeyidir.

Çalışma, mini beyin dokusunun yaralı bir yetişkin konakçı ile bütünleşebileceğini ve amaçlanan işlevini yerine getirebileceğini gösteren ilk çalışmalardan biridir. Daha önceki kök hücre nakli girişimleriyle karşılaştırıldığında, yapay dokular gelecekte beynin yaralı veya dejenere olan bir parçasının yerini alabilir - ancak birçok uyarı devam ediyor.

"Sinir dokuları, yaralı beynin alanlarını yeniden oluşturma potansiyeline sahiptir" şuraya Chen. "Her şeyi hallettik ama bu çok sağlam bir ilk adım."

Bir Mini Beynin Mini Hayatı

Beyin organoidleri harika bir yolculuk geçirdi. İlk olarak 2014'te tasarlandılar ve benzeri görülmemiş bir beyin modeli olarak sinirbilimcilerin ilgisini hemen çektiler.

Yarı beyinler, beynin farklı alanlarını taklit etmek için birden fazla kaynaktan yapılır. Acil kullanımlardan biri, şizofreni veya otizm gibi nörogelişimsel bozuklukları incelemek için teknolojiyi iPSC'lerle (indüklenmiş pluripotent kök hücreler) birleştirmekti.

Burada, bir hastanın cilt hücreleri, beyninin 3 boyutlu bir dokusuna daha da büyütülebilen kök hücre benzeri bir duruma geri dönüştürülür. Kişi ve mini beyin aynı genleri paylaştığı için, gelişim sırasında kişinin beynini kısmen kopyalamak ve potansiyel olarak yeni tedaviler bulmak mümkündür.

Doğumlarından bu yana, mini beyinler artık boyut, yaş ve karmaşıklık açısından genişledi. Bir büyük sıçrama oldu tutarlı kan temini. Beyinlerimiz kan damarlarıyla iç içe geçmiş durumda, nöronlarımızı ve sinir ağlarımızı enerji sağlamak için oksijen ve besinlerle besliyor. Atılım, 2017'de, birkaç ekibin insan organoidlerini kemirgen beyinlerine nakletmenin, konağın kan damarlarını, yapılandırılmış beyin dokusunu entegre etmek ve "beslemek" için tetiklediğini ve bunun, konağın içindeki karmaşık beyin mimarisine daha da gelişmesine izin verdiğini gösterdiğinde geldi. Çalışmalar bir ateş fırtınasına yol açtı biyoetikçiler ve araştırmacılar insan organoidlerinin bir kemirgenin algısını veya davranışını değiştirip değiştiremeyeceğini merak ediyor.

Chen'in daha zorlayıcı olsa da farklı bir fikri vardı. Önceki çalışmaların çoğunda mini beyinler nakledildi bebek kemirgenlere organoidleri beslemek ve gelişmekte olan beyinle birleşmelerini kolaylaştırmak.

Buna karşın yetişkin beyinleri çok daha çıkıntılıdır. Yüksek düzeyde iç içe geçmiş sinir devreleri - sinyalizasyonları ve işlevleri dahil - zaten kuruludur. Yaralandığında bile, beyin tamire hazır olduğunda, Yara bandı gibi fazladan insan organoid greft parçaları sokmak, bozuk nöral devreleri destekleyebilir veya yerleşik olanlara müdahale edebilir.

Chen'in yeni çalışması teoriyi teste tabi tuttu.

Beklenmedik Bir Birleşme

Başlamak için ekip, beyin organoidlerini yenilenebilir bir insan kök hücre hattıyla geliştirdi. Daha önce doğrulanmış bir kimyasal tarif kullanılarak hücreler, korteksin ön kısımlarını (alın çevresinde) taklit eden mini beyinlere ikna edildi.

80. günde ekip, gelişmekte olan bir beyne benzeyen bir şekilde organize edilmiş hücrelerle birlikte organoidde ilkel kortikal katmanlar gördü. Daha sonra organoidleri genç yetişkin farelerin hasarlı görsel korteksine naklettiler.

Nakilden sadece bir ay sonra, konağın kan damarları insan dokusuyla birleşerek ona çok ihtiyaç duyduğu oksijen ve besinleri sağladı ve daha fazla büyümesine ve olgunlaşmasına izin verdi. Mini beyinler sayısız farklı beyin hücresi geliştirdi; sadece nöronlar değil, aynı zamanda astrositler ve mikroglia adı verilen özelleşmiş bağışıklık hücreleri gibi "destekleyici" beyin hücreleri de. Son ikisi vazgeçilebilir olmaktan uzaktır: beyin yaşlanması, Alzheimer hastalığı, iltihaplanma ve biliş ile ilişkilendirilmiştir.

Ancak nakledilen insan mini beyni bir farenin içinde çalışabilir mi?

İlk testte ekip, organoid ile hayvanın gözü arasındaki bağlantıları haritalamak için popüler bir izleyici kullandı. Bir boyaya benzer şekilde izleyici, floresan mikroskop altında parlak yeşil renkte parlayan bir proteini taşırken sinaps adı verilen sinirsel bağlantılar arasında zıplayan bir virüstür. Google Haritalar'da vurgulanan bir rota gibi, ışık akışı açıkça nakledilen mini beyne kadar bağlıydı, yani devreleri birden fazla sinaps yoluyla farelerin gözlerine bağlıydı.

İkinci soru: Nakledilen doku farenin "görmesine" yardımcı olabilir mi? Sekiz hayvandan altısında, ışıkları açıp kapamak bir elektriksel tepkiyi tetikledi, bu da insan nöronlarının dış uyarıma tepki verdiğini düşündürüyor. Yazarlar, elektriksel aktivitenin modelinin görsel kortekste görülen doğal olanlara benzediğini, "organoid nöronların görsel korteks nöronuna ışık tepkisi için karşılaştırılabilir bir potansiyele sahip olduğunu öne sürdüğünü" söyledi.

Başka bir testte, greftler, ışık için belirli bir yönelim seçiciliğini tercih eden "seçici" nöronlar geliştirdi - bu, dünyayı algılama yeteneğimizin içine gömülü bir tuhaflık. Siyahtan beyaza titreşen farklı ışık ızgaralarıyla test edildiğinde, aşılanmış nöronların genel tercihi normal, sağlıklı nöronlarınkini taklit etti.

"Organoid içindeki çok sayıda nöronun ışığın belirli yönelimlerine tepki verdiğini gördük, bu da bize bu organoid nöronların sadece görsel sistemle bütünleşmekle kalmayıp aynı zamanda çok özel görsel işlevleri de benimseyebildiklerini gösteriyor. korteks," dedi Chen.

Tak ve Çalıştır Beyin Dokusu?

Çalışma, mini beyinlerin, konakçının beyniyle, tek tek kök hücrelerin nakledilmesinden çok daha hızlı bir şekilde sinir ağları kurabildiğini gösteriyor. Teknoloji için güçlü bir kullanım öneriyor: hasar görmüş beyinleri benzeri görülmemiş bir hızda onarmak.

Birçok soru kaldı. Birincisi, çalışma, reddi önlemek için immünosupresanlar verilen sıçanlarda gerçekleştirildi. Mini beyinler için umut, hastanın kendi hücrelerinden kültürlenerek bağışıklık sistemini baskılayan ilaçlara olan ihtiyacı ortadan kaldırmasıdır - henüz tam olarak test edilmesi gereken bir umut. Diğer bir sorun da, kişinin içsel nöral sinyallerini bozmamak için mini beynin "yaşı" ile konakçının yaşının en iyi nasıl eşleştirileceğidir.

Ekibin bir sonraki adımı, özellikle yaş veya hastalıktan kaynaklanan dejenerasyona bağlı hasarlar olmak üzere, mini beyinleri kullanarak diğer hasarlı beyin bölgelerini desteklemektir. Nöromodülasyon veya nöronların görsel "rehabilitasyonu" gibi istilacı olmayan teknolojilerin eklenmesi, naklin konak devresine entegre olmasına ve potansiyel olarak işlevlerini yükseltmesine yardımcı olabilir.

"Şimdi, organoidlerin sadece görsel kortekste değil, korteksin diğer alanlarında nasıl kullanılabileceğini anlamak istiyoruz ve organoid nöronların beyinle nasıl bütünleştiğine rehberlik eden kuralları anlamak istiyoruz, böylece bu süreci daha iyi kontrol edebiliriz ve daha hızlı olmasını sağla,” dedi Chen.

Resim Kredi: Jgamadze ve ark.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/02/07/human-mini-brains-grafted-into-injured-rats-restored-their-sight/