Kendini yenileme ve organlara dönüşebilme yeteneğine sahip olan kök hücreler kullanılarak geliştirilen mini beyinler, bilim insanları tarafından çeşitli araştırmalar için kullanılıyor. Peki mini beyinler neden yaratılıyor?

Beyin organoidleri veya mini beyinler, insan dokularını içerir. Bu yapılar; temel araştırma, ilaç geliştirme ve bilgisayar bilimlerinde potansiyel kullanımlara sahipler.

Bilimsel olarak beyin organoidleri olarak bilinen ancak haberlerde genellikle “mini beyinler” olarak adlandırılan bu yapılar, tam boyutlu insan beyninin minyatür ve basitleştirilmiş modelleri olarak işlev görürler. Bununla birlikte, bilim insanları bu modelleri daha karmaşık hâle getirdikçe bunların insan beynine daha çok benzeyip benzeyemeyecekleri ve böylece bir şekilde bilinç kazanıp kazanamayacakları konusunda bazı soru işaretleri var.  

Bilim insanları; kan, deri, bağırsak veya beyin fark etmeksizin herhangi bir hücre tipine dönüşebilen bir tür olgunlaşmamış hücre olan kök hücrelerden beyin organoidleri yetiştiriyor. Journal of Biomedical Science dergisinde 2021 yılında yapılan bir incelemeye göre organoidleri büyütmek için kullanılan kök hücreler yetişkin insan hücrelerinden veya daha nadir de olsa insan embriyonik dokusundan alınabilir. İlk durumda, yetişkin hücreler toplanır ve daha sonra onları kök hücre benzeri bir duruma geri döndürmek için kimyasallara maruz bırakılır. Ortaya çıkan kök hücreler, herhangi bir dokuya dönüşebilecek şekilde büyütülebilen “indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSC)” olarak adlandırılır.

Kök hücrelerden farklı dokular oluşturabilmek için gelişimlerinin belirli noktalarında hücre büyümesini teşvik eden özel moleküller hücre kültürü sistemine ilave edilir. Buna ek olarak kök hücrelerden mini beyinler oluşturulurken genellikle bu hücreler dönen biyoreaktörlere yerleştirilir. Bu cihazlar, büyüyen organoidleri düz bir yüzeye çarpmak yerine asılı tutar. Bu da organoidlerin, etraflarını saran iyi karıştırılmış çözeltiden besinleri ve oksijeni emmesine yardımcı olur.

Beyin organoidleri, tıpkı insan embriyolarının rahimde giderek daha karmaşık hale gelmesi gibi geliştikçe daha karmaşık hale gelir. Zaman geçtikçe organoidler, tam boyutlu insan beyninde bulunan çok sayıda hücre türünü içermeye başlar. İncelemelere göre hem yapıları hem de işlevleri gerçek bir insan beynininkinden daha basit olmasına rağmen bu yapılar beyin dokusunun belirli işlevlerini taklit edebilirler.

Mini beyinler çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Örneğin, bilim insanları erken insan gelişimini incelemek için doku örneklerini kullanıyorlar. Bu amaçla “optik kaplar” adı verilen bir dizi göz benzeri yapıyla beyin organoidleri geliştirildi.

Başka bir grup, erken doğmuş bebeklerde görülenlere benzer beyin dalgaları üreten organoidler oluşturdular.

Bazı araştırmacılar ise yaygın bir ilacın hamilelik sırasında alındığında doğum kusurlarına ve gelişimsel bozukluklara neden olabileceğini açıklamaya yardımcı olmak için mini beyinler kullandılar.

Bunun gibi modeller, araştırmacıların hem zorluk hem de etik kaygısını ortadan kaldırarak insan beynini hamileliğin erken döneminde ortaya çıktığı şekliyle görmelerine olanak tanıyor.

Tıbbın ve insan gelişimi çalışmalarının ötesinde mini beyinler insan evrimini incelemek için de kullanılabilir. Son zamanlarda, bilim insanlarının bir kısmı beyin organoidlerini hangi genlerin insan beyninin bu kadar büyümesini sağladığını incelemek için kullanırken diğerleri, organoidleri insan beyninin maymun ve Neandertal beyinlerinden nasıl ayrıldığını incelemek için kullandılar.

Bazı araştırmacılar ise bilgisayar sistemlerine güç sağlamak için beyin organoidlerini kullanmak istiyor. Bu teknolojinin ilk testlerinden birinde, insan ve fare beyin hücrelerinden oluşturulmuş mini beyinler bilgisayar kontrollü bir elektrot dizisine bağlandıktan sonra “Pong” oynayabildi.

Frontiers of Science dergisinde yayımlanan güncel bir yazıda bilim insanları, beyin organoidlerini büyütmek istediklerini ve gelecekteki biyobilgisayarların temelini oluşturabilecek karmaşık ağlar yaratmak için bunları birbirine bağlamayı hedeflediklerini duyurdu.

Bazen “mini beyinler” olarak adlandırılsa da beyin organoidleri gerçekten küçültülmüş insan beyinleri değiller. Aksine, tam boyutlu insan beyninin bazı özelliklerini taklit eden küresel beyin dokusu yapılarıdır. Uzmanlar, “Beyin organoidleri, tam boyutlu bir beyinde görülene benzer kimyasal mesajlar ve beyin dalgaları üretebilir ancak bu onların ‘düşünebilecekleri’ anlamına gelmez.” diyor.

2020 yılında Nature dergisinin de raporladığı üzere bilim insanlarının bilinç hakkında anlaşmaya vardığı bir tanım veya standart bir ölçüm olmadığı için tartışma burada tıkanıyor.

Derleyen: Nazlıcan Vatansever