Geçtiğimiz hafta yayımladığımız haberimizde, Stanford Üniversitesi öncülüğündeki bilim insanlarının laboratuvarda yetiştirilen insan beyin dokularını genetik olarak düzenlenmiş farelere naklettiğini aktarmıştık. Özetle araştırmacılar, fare beyninde insan dokusunun gelişebileceği bir alan oluşturmuş ve buraya kök hücrelerden üretilen beyin organoidlerini yerleştirmişti.

İlk açıklamalar, nakledilen insan hücrelerinin fare beyninde hayatta kaldığını ve çevresindeki dokularla bağlantı kurmaya başladığını gösteriyordu. Şimdi ise araştırmanın yayımlanan ayrıntıları, deneyin ulaştığı boyutun daha önce gerçekleştirilen benzer çalışmalardan neden farklı olduğunu ortaya koyuyor: İnsan hücrelerinden oluşan doku, fare beynindeki boşluğun büyük bölümüne yayıldı, kan dolaşımına bağlandı ve işlevsel sinir ağları meydana getirdi.

Bilim insanları böylece insan beyninin gelişimini ve nörolojik hastalıkları canlı bir organizma içinde incelemek amacıyla şimdiye kadarki en kapsamlı modellerden birini oluşturdu. Stanford Üniversitesi ve farklı araştırma kuruluşlarından uzmanların yer aldığı ekip, insan hücrelerinden geliştirilen beyin dokusunun fare kafatasında önceki deneylere kıyasla çok daha geniş bir alana yayılmasını sağladı.

Araştırmanın dikkat çeken yanı, nakledilen dokunun yalnızca büyümesi değildi. İnsan hücreleri, fare beyninin kan damarları ve sinir sistemiyle bütünleşerek elektriksel faaliyet gösterebilen sinir ağları kurmaya başladı. Bu gelişme, insan beynine ait bazı hücresel süreçlerin yaşayan bir organizma içinde daha ayrıntılı biçimde izlenebilmesine imkân tanıyabilir.

“Gelişimsel ksenokortikasyon” adı verilen yöntemle yürütülen çalışma, hakemli bilimsel dergi Nature’da yayımlandı. Araştırmacılar yöntemin nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların incelenmesinde yeni bir model sağlayabileceğini savunurken, insan beyin dokusunun başka bir canlının sinir sistemiyle ne ölçüde bütünleştirilebileceği sorusu bilimsel tartışmanın ötesine geçerek etik bir meseleye dönüşüyor.

İnsan beyin organoidi nedir?

Beyin organoidleri, insan deri veya kan hücrelerinin yeniden programlanmasıyla elde edilen kök hücrelerden laboratuvarda yetiştirilen üç boyutlu yapılardır. Halk arasında zaman zaman “mini beyin” olarak adlandırılsalar da bunlar tam anlamıyla bir insan beyni değildir.

Organoidlerin düşünme, kişilik geliştirme ya da insan benzeri bir zihne sahip olma yeteneği bulunmuyor. Ancak farklı beyin hücrelerini barındırmaları ve bazı sinirsel faaliyetleri taklit edebilmeleri nedeniyle beynin gelişimini, hastalıklarını ve ilaçlara verdiği tepkileri incelemek için önemli modeller olarak görülüyor.

Bu yapıların laboratuvar ortamındaki en büyük sorunu ise yeterince gelişememeleri. Kan dolaşımı bulunmadığı için organoidlerin büyümesi sınırlı kalıyor; hücrelerin bir bölümü oksijen ve besin yetersizliği nedeniyle yaşamını kaybedebiliyor. Organoidler fare beynine nakledildiğinde bu sorun kısmen aşılabiliyor ancak bu kez de hızla gelişen fare beyni insan dokusuna yeterli alan bırakmıyor.

İnsan dokusuna yer açmak için fare beyni değiştirildi

Araştırmacılar bu engeli aşmak amacıyla fareleri, beynin dış katmanını meydana getiren neokorteks ile öğrenme ve hafızada önemli görevler üstlenen hipokampusun büyük bölümü gelişmeyecek şekilde genetik olarak düzenledi.

Yeni doğan farelerde oluşan boşluğa, her biri yaklaşık 100 bin insan hücresi içeren beyin organoidleri nakledildi. Deneylerde farelerin yaklaşık 14 milyon beyin hücresinden yoksun olduğu, nakledilen insan dokusunun ise zaman içinde yaklaşık 4 milyon hücreye ulaştığı bildirildi.

Nakilden üç ay sonra insan dokusu farelerin kan dolaşımına bağlandı ve kafatasında bırakılan alanın neredeyse tamamına yayıldı. Bazı farelerde insan hücrelerinin oluşturduğu bölge, beynin toplam hacminin yaklaşık yarısına ulaştı. Ancak hücre sayısı bakımından bakıldığında fareye ait sinir hücreleri hâlâ çoğunluktaydı.

Bu nedenle deney sonucunu “yarı insan, yarı fare beyni” şeklinde tanımlamak yanıltıcı olabilir. Ortaya çıkan canlılar insan beynine sahip fareler değil; sinir sistemlerine insan korteksini taklit eden laboratuvar dokusu eklenmiş deney hayvanlarıydı.

İnsan hücreleri sinir ağları oluşturdu

İncelemeler, nakledilen hücrelerin olgunlaşarak birbirleriyle ve fareye ait sinir sistemiyle bağlantılar kurduğunu gösterdi. İnsan hücrelerinin yalnızca kafatasındaki boşluğu doldurmadığı, işlevsel sinir ağları meydana getirdiği ve fare beyninden gelen sinyallere tepki verdiği belirlendi.

Deneyde kullanılan fareler, korteks ve hipokampus eksikliği nedeniyle normal farelere kıyasla daha temkinli hareket ediyor ve bazı hafıza testlerinde daha düşük performans gösteriyordu. İnsan dokusunun nakledilmesinin bu sorunlardan bazılarını hafiflettiğine ilişkin bulgular elde edildi. Bununla birlikte araştırmacılar, organoidlerin fare beynindeki eksik bölgelerin bütün görevlerini devraldığını söylemek için henüz yeterli kanıt bulunmadığını vurguluyor.

Çalışmanın kıdemli yazarı Stanford Üniversitesi’nden nörobilimci Sergiu Pașca, yöntemin insan sinir dokusunu genlerden hücrelere, sinir devrelerinden davranışsal sonuçlara kadar farklı düzeylerde inceleme olanağı sağlayabileceğini belirtti. Araştırmanın ayrıntıları Reuters ve Gizmodo tarafından da aktarıldı.

Hangi hastalıkların araştırılmasında kullanılabilir?

Bilim insanlarına göre bu yöntem, yaşayan insan beyninden doku alınmasının mümkün olmadığı durumlarda önemli bir araştırma modeli sunabilir. Hastalardan alınan hücrelerin organoide dönüştürülerek farelere nakledilmesi, belirli genetik değişikliklerin insan sinir hücrelerini nasıl etkilediğinin izlenmesini sağlayabilir.

Modelin gelecekte şu hastalıkların araştırılmasında kullanılması hedefleniyor:

• Epilepsi
• Şizofreni
• Otizmle bağlantılı ağır gelişim bozuklukları
• Serebral palsi
• Zihinsel gelişim bozuklukları
• Frontotemporal demans gibi nadir nörodejeneratif hastalıklar

Araştırmacılar ayrıca fareleri düşük oksijen koşullarına maruz bırakarak insan sinir hücrelerinin tepkisini inceledi. İnsan dokusunun oksijen eksikliğine fare hücrelerinden farklı tepki vermesi, doğum sırasında yaşanabilen oksijen yetersizliğinin insan beynindeki etkilerini araştırmak açısından yöntemin yararlı olabileceğini gösterdi.

Bununla birlikte bu deneyin söz konusu hastalıklar için doğrudan bir tedavi geliştirdiği anlamına gelmediğinin altı çiziliyor. İnsan hücrelerinin fare beyninde bulunması, insan beyninin doğal gelişimini eksiksiz biçimde yeniden oluşturmuyor.

Fareler insan benzeri bir bilince sahip olabilir mi?

Araştırmanın en tartışmalı tarafını etik sorular oluşturuyor. Beyin organoidlerinin giderek büyümesi ve karmaşık sinir ağları kurması, bu dokuların bir gün acı, duyum veya ilkel bir bilinç biçimi geliştirip geliştiremeyeceği sorusunu gündeme getiriyor.

Mevcut çalışmada farelerin insan benzeri bir bilince, zekâya veya kişiliğe sahip olduğuna ilişkin herhangi bir kanıt bulunmuyor. İnsan hücreleri, fare beyninin doğal yapısı ve duyusal sistemi içinde gelişiyor. Yine de bilim insanları, bu tür deneylerde yalnızca hayvanların fiziksel sağlığının değil, davranışlarında ortaya çıkabilecek beklenmedik değişimlerin de yakından takip edilmesi gerektiğini kabul ediyor.

Araştırma ekibi, deneylerin etikçiler, hukukçular, hasta temsilcileri ve nörobilimcilerden oluşan bağımsız bir kurul tarafından düzenli olarak değerlendirildiğini açıkladı. Farelerde olağan dışı saldırganlık, korku, ağrı veya insan benzeri davranış belirtileri gözlenip gözlenmediği de özellikle incelendi.

Çalışmaya katılmayan New York Üniversitesi biyoetik uzmanı Arthur Caplan ise yöntemin değerli görünmesine rağmen sağlayacağı faydalar konusunda aşırı iyimser davranılmaması gerektiğini belirtti. Caplan’a göre insan hücrelerinin bir fareye nakledilmesi, otizm veya şizofreni gibi karmaşık hastalıkların doğrudan anlaşılabileceği anlamına gelmiyor. Bunun için yöntemin güvenilirliğinin uzun süreli çalışmalarla gösterilmesi ve kamuoyunun sürece şeffaf biçimde dahil edilmesi gerekiyor.

Araştırma, insan beynini anlamak için güçlü bir deneysel araç sunuyor. Ancak insan sinir dokusunun başka canlıların beynine giderek daha kapsamlı biçimde eklenebilmesi, bilimin teknik sınırları kadar etik sınırlarının da yeniden tanımlanmasını gerektirebilir.

Derleyen: Yağmur Saatcı