Yaklaşık on yıl önce, mini beyinler nörobilim sahnesine büyük bir vaatle çıktı: gelişen beyni anlamak ve hasarlı beyinleri onarmak.

Beyin organoitleri olarak bilinen bu küçük beyin dokusu kümeleri (kabaca mercimek büyüklüğünde) hayatlarımıza yön veren bir kiloluk organa hiç benzemiyor. Ancak yüzeyin altında, ürkütücü bir şekilde beynine benzer şekilde davranıyorlar. bir insan fetüsü. Nöronları elektriksel aktiviteyle kıvılcımlanıyor. Kolayca entegre olurlar:ve daha sonra kontrol— kaslar, en azından bir tabakta. Tam gelişmiş beyinlere benzer şekilde yeni nöronlar doğururlar. Hatta bazıları insan korteksinin altı katmanlı yapısını bile geliştirir; bu, düşünceyi, akıl yürütmeyi, yargılamayı, konuşmayı ve düşünmeyi destekleyen beynin en dıştaki kırışık katmanıdır. belki bilinç bile.

Ancak sinir bilimcilerin aklını kurcalayan kritik bir soru var: Frankenstein'a ait bu beyin dokusu parçaları gerçekten de hasar görmüş 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 organoitlerini kullanarak mini beyinleri, görsel kortekslerinde (görmeyi destekleyen bölge) ciddi hasara sahip yetişkin farelere nakletti.

Sadece üç ay içinde mini beyinler farelerin beyinleriyle birleşti. Ekip hayvanlara yanıp sönen ışıklar tuttuğunda organoidlerde elektriksel aktivite arttı. Başka bir deyişle insanın mini beyni, farelerin gözlerinden sinyaller alıyordu.

Bu sadece rastgele bir gürültü değil. Görsel korteksimize benzer şekilde, mini beyindeki nöronlardan bazıları, yavaş yavaş belirli bir yönde parlayan ışık tercihini geliştirdi. Gözleriniz farklı hareketli şeritlere alışırken siyah beyaz bir yel değirmeni üfleme oyuncağına baktığınızı hayal edin. Kulağa basit geliyor ama gözlerinizin uyum sağlama yeteneği ("yönelim seçimi" olarak anılır), dünyayı nasıl algıladığımız açısından kritik önem taşıyan karmaşık bir görsel işleme düzeyidir.

Çalışma, mini beyin dokusunun yaralı yetişkin bir konakçıyla bütünleşebileceğini ve amaçlanan işlevini yerine getirebileceğini gösteren ilk çalışmalardan biri. Kök hücre nakline yönelik önceki girişimlerle karşılaştırıldığında, yapay dokular gelecekte beynin yaralı veya dejenere olmuş bir parçasının yerini alabilir; ancak birçok uyarı halen devam etmektedir.

"Nöral dokular, hasar gören beyin bölgelerini yeniden inşa etme potansiyeline sahip" şuraya Chen. "Her şeyi halletmedik ama bu çok sağlam bir ilk adım."

Mini Beynin Mini Hayatı

Beyin organoidleri çok iyi bir yolculuk geçirdi. İlk olarak 2014 yılında tasarlanan bu model, eşi benzeri görülmemiş bir beyin modeli olarak sinir bilimcilerin hemen ilgisini çekti.

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

Burada, hastanın cilt hücreleri kök hücre benzeri bir duruma geri dönüştürülüyor ve bu da beyninin 3 boyutlu dokusuna dönüştürülebiliyor. Kişi ve mini beyin aynı genleri paylaştığından, kişinin beynini gelişim sırasında kısmen kopyalamak ve potansiyel olarak yeni tedaviler bulmak mümkündür.

Doğumlarından bu yana mini beyinler artık boyut, yaş ve karmaşıklık açısından genişledi. Büyük bir sıçrama oldu tutarlı kan temini. Beynimiz kan damarlarıyla sıkı bir şekilde iç içe geçmiş durumda ve enerji sağlamak için nöronlarımızı ve sinir ağlarımızı oksijen ve besinlerle besliyor. Bu atılım 2017'de gerçekleşti; birkaç ekip, insan organoitlerinin kemirgen beyinlerine nakledilmesinin, konakçının kan damarlarını yapılandırılmış beyin dokusunu bütünleştirmesi ve "beslemesi" için tetiklediğini ve bunun, konakçının içindeki karmaşık beyin mimarisine daha da gelişmesine olanak sağladığını gösterdi. Çalışmalar bir ateş fırtınasını ateşledi Biyoetikçiler ve araştırmacılar, insan organoitlerinin bir kemirgenin algısını veya davranışını değiştirip değiştiremeyeceğini merak ederken, bu alandaki tartışmalar da sürüyor.

Chen'in daha zorlayıcı olsa da farklı bir fikri vardı. Önceki çalışmaların çoğunda mini beyin nakledildi yavru kemirgenlere organoidleri beslemek ve gelişen beyinle birleşmelerini kolaylaştırmak.

Yetişkin beyinleri ise aksine çok daha çıkıntılıdır. Son derece iç içe geçmiş sinir devreleri (sinyalleşmeleri ve işlevleri dahil) halihazırda kurulmuştur. Yaralandığında bile, beyin onarıma hazır olduğunda, yara bandı gibi fazladan insan organoid greft parçalarının yerleştirilmesi, bozuk sinir devrelerini destekleyebilir veya yerleşik olanlara müdahale edebilir.

Chen'in yeni çalışması teoriyi teste tabi tuttu.

Beklenmedik Birleşme

Ekip, başlangıç ​​olarak yenilenebilir insan kök hücre dizisiyle beyin organoitleri geliştirdi. Daha önce onaylanmış bir kimyasal tarif kullanılarak hücreler, korteksin ön kısımlarını (alın çevresi) taklit eden mini beyinlere dönüştürüldü.

80. güne gelindiğinde ekip, organoidde gelişmemiş bir beyine benzeyen hücrelerin yanı sıra gelişmemiş kortikal katmanlar da gördü. Daha sonra organoidleri genç yetişkin sıçanların hasarlı görsel korteksine naklettiler.

Nakilden sadece bir ay sonra, konağın kan damarları insan dokusuyla birleşerek ona çok ihtiyaç duyulan oksijeni ve besinleri sağladı ve daha da büyümesine ve olgunlaşmasına olanak sağladı. Mini beyinler sayısız farklı beyin hücresi geliştirdi; sadece nöronlar değil, aynı zamanda astrositler gibi "destekleyici" beyin hücreleri ve mikroglia adı verilen özel bağışıklık hücreleri de. Son ikisi vazgeçilemez olmaktan uzaktır: beyin yaşlanmasında, Alzheimer hastalığında, iltihapta ve bilişte rol oynamışlardır.

Peki nakledilen insan mini beyni bir farenin içinde çalışabilir mi?

İlk testte ekip, organoid ile hayvanın gözü arasındaki bağlantıların haritasını çıkarmak için popüler bir izleyici kullandı. Boyaya benzer şekilde izleyici, sinaps adı verilen sinir bağlantıları arasında zıplayan ve floresan mikroskobu altında parlak yeşil renkte parlayan bir protein taşıyan bir virüstür. Google Haritalar'da vurgulanan bir rota gibi, ışık akışı da nakledilen mini beyne kadar açıkça bağlandı; bu da onun devrelerinin birden fazla sinaps yoluyla farelerin gözlerine bağlandığı anlamına geliyor.

İkinci soru: Nakledilen doku farenin "görmesine" yardımcı olabilir mi? Sekiz hayvandan altısında ışıkları açmak veya kapatmak elektriksel bir tepkiyi tetikledi; bu da insan nöronlarının dış uyaranlara tepki verdiğini gösteriyor. Yazarlar, elektriksel aktivitenin modelinin görsel kortekste görülen doğal desenlere benzediğini, "organoid nöronların görsel korteks nöronuna karşı ışığa tepki verme konusunda karşılaştırılabilir bir potansiyele sahip olduğunu öne sürdüğünü" söyledi.

Başka bir testte, aşılar, ışık için belirli bir yönelim seçiciliğini tercih eden "seçici" nöronlar geliştirdi; bu, dünyayı algılama yeteneğimize gömülü bir tuhaflıktı. Siyahtan beyaza titreşen farklı ışık ızgaralarıyla test edildiğinde aşılanmış nöronların genel tercihi normal, sağlıklı nöronların tercihini taklit etti.

"Organoid içindeki çok sayıda nöronun belirli ışık yönelimlerine tepki verdiğini gördük; bu da bize bu organoid nöronların yalnızca görsel sistemle bütünleşmekle kalmayıp görsel sistemin çok özel işlevlerini de benimseyebildiklerini gösteren kanıtlar sunuyor." korteks," dedi Chen.

Tak-Çalıştır Beyin Dokusu mu?

Çalışma, mini beyinlerin, tek tek kök hücrelerin nakledilmesinden çok daha hızlı bir oranda, konakçının beyni ile hızlı bir şekilde sinir ağları kurabildiğini gösteriyor. Bu, teknolojinin güçlü bir kullanımını öneriyor: Hasar görmüş beyinleri benzeri görülmemiş bir hızla onarmak.

Birçok soru kaldı. Birincisi, çalışma, reddi engellemek için bağışıklık sistemini baskılayan ilaçlar verilen farelerde gerçekleştirildi. Mini beyinler için umut, bunların hastanın kendi hücrelerinden kültürlenmesi ve böylece bağışıklık baskılayıcı ilaçlara olan ihtiyacın ortadan kaldırılmasıdır; bu umut henüz tam olarak test edilmemiştir. Diğer bir sorun da, kişinin içsel sinir sinyallerini bozmamak için mini beynin "yaşını" ev sahibinin yaşıyla en iyi şekilde nasıl eşleştireceğimizdir.

Ekibin bir sonraki adımı, özellikle yaş veya hastalıktan kaynaklanan dejenerasyon nedeniyle oluşan hasarlar olmak üzere, mini beyinleri kullanarak diğer hasarlı beyin bölgelerini desteklemektir. Nöromodülasyon veya nöronların görsel “rehabilitasyonu” gibi invaziv olmayan teknolojilerin eklenmesi, naklin konağın devresine entegre olmasına ve potansiyel olarak işlevlerini yükseltmesine yardımcı olabilir.

"Artık organoidlerin sadece görsel kortekste değil, korteksin diğer alanlarında da nasıl kullanılabileceğini anlamak istiyoruz ve organoid nöronların beyinle nasıl bütünleştiğini yönlendiren kuralları anlamak istiyoruz, böylece bu süreci daha iyi kontrol edebiliriz ve daha hızlı gerçekleşmesini sağlayın” 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/