Bilim insanları son yazılarında mini beyinler için laboratuvar ortamında kök hücrelerden spontane bir şekilde gelişmiş olan göz yapılarıdır diyor.
Petri kaplarında minik, insan kökenli beyin benzeri yapılar görüldü, 2 bilateral simetrik optik çukur saptandı. Bunlar insan embriyosunun göz gelişim sürecinin aynısını geçiriyorlardı. Asıl inanılmaz olan ise bu sonucun, gözün farklılaşma ve gelişme sürecini, aynı zamanda göz hastalıklarını anlamamızı sağlayabilecek olmasıydı.
Almanya Düsseldorf Üniversite Hastanesi nörobilimcisi Jay Gopalakrishnan “Çalışmamızın önemli noktası, beyin organoidlerinin primitif sensör yapılar geliştirmesi noktasındaki dikkat çekici yeteneği ve insan vücudundakine yakın hücre tipleri bulundurmasıydı” ifadesini kullandı.
“Bu organidler embriyo gelişim sürecindeki beyin-göz etkileşimini, konjenital retinal hastalık modellerini çalışmamıza yardım edebilir, kişiye özel ilaç denemeleri ve transplantasyon terapilerinde hastaya spesifik retinal hücre tipleri oluşturmada yardımcı olabilir.”
Beyin organoidleri, belki şu ana kadar düşünmüş olduğunuz gibi gerçek beyin değil, indüklenmiş pluripotent kök hücreden gelişmiş küçük, 3 boyutlu yapılardır. İndüklenmiş pluripotent kök hücreler, yetişkin insanlardan toplanıp mühendislikle kök hücre yapısına çevrilmiştir ve birçok farklı dokuya dönüşme potansiyelleri vardır. Bu durumda, kök hücreler beyin dokusuna benzeyecek şekilde büyümek için uyarılmışlardır. Bu dokular herhangi bir düşünme, duygu veya bilinç aktivitesini sergilemezler. Bu ‘mini-beyinler’ gerçek canlı beyni kullanmanın mümkün olmadığı veya en azından etiksel süreçte sıkıntılı olacağı ilaç denemeleri veyahut da bazı ters koşullarda beyin gelişimini gözlemlemenin imkansız olacağı durumlarda kullanılmak üzere araştırma amacıyla oluşturulmuştur.
Bu araştırmada, Gopalakrishnan ve iş arkadaşları göz gelişimini gözlemlemeye çalışmışlardır.
Bir önceki araştırmada, bilim adamları neredeyse göz küresinin tamamına dönüşecek optik çukurlara dönüşme potansiyeli olan embriyonik kök hücreler kullanmışlardı. Farklı bir araştırmada ise indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden optik çukura benzer yapılar geliştirilmişti.
Gopalakrishnan’ın takımı bu yapıları direkt geliştirmek yerine beyin organoidlerinin entegre edilmiş bir parçası olarak geliştirebilip geliştiremeyeceklerini görmek istediler. Bu izole bir şekilde optik yapılar oluşturmaktansa iki farklı tipteki dokunun birlikte nasıl geliştiğini görme avantajını sağladı.
“Göz gelişimi karmaşık bir süreç ve bu süreci anlamak göz hastalıklarının moleküler temelini anlamada destek sağlayabilir.” dedi araştırmacılar makalelerinde.
“Bu nedenle ön beynin proksimal ucuna bağlı bulunan, normal göz gelişimi için önemli olan, göz primordiumu olarak bilinen optik kesecikleri çalışmak önem arz ediyor.”
Çalışmada organoidlerin gelişimine dair önce, retinal hücrelerin kanıtı bulundu fakat bunlar optik yapılara dönüşmedi. Buradan yola çıkan takım, çalışma protokolünü değiştirdi. Hücreleri nöral farklılaşma sürecindeki saf nöral hücrelerin gelişimi için zorlamadılar, bunun yerine kültür ortamına göz gelişim sürecine yardımcı olacak retinol asetat eklediler.
Özenle bakılmış bebek beyinler gelişimin 30. gününde optik çukurları oluşturdu. Çalışmanın 50. gününde ise bu yapılar gözle görülebilir hale gelmişti. Bu süreç, insan embriyosunun gelişim sürecindeki göz gelişiminin zamanlamasıyla tam olarak uyumluydu. Organoidlerin süreçteki karmaşıklıkları çalışmada faydalı olabilecekleri anlamına geliyordu.
Çalışmada birkaç önemli nokta daha vardı. Optik çukurlar farklı hücre tiplerini barındırıyordu ve bu hücreler ışığa tepki veren nöral ağ oluşturmak amacıyla organize olmuştu. Hatta lens ve korneal dokuya sahipti. Sonunda, yapılar beynin bölgeleriyle retinal bağlantı sergiledi.
“Memelilerin beyninde, retinal gangliyon hücrelerinin sinir fiberleri beyindeki hedeflerine bağlanmak üzere bağlantı oluşturur. Bu nokta daha önce hiçbir in vitro çalışma sisteminde görülmemişti.” diyor Gopalakrishnan.
Bu süreç tekrar tekrar üretilebilir bir organizasyon sergiliyordu. Takım, 314 beyin organoidinden yüzde 73’ünde optik çukur geliştirebildi ve büyük potansiyele sahip daha derin araştırmalar yapabilmek amacıyla daha uzun zaman dilimlerinde uygulanabilir olmasını sağlayan yeni stratejiler geliştirebilmeyi umduklarını söyledi.
Araştırma sonucu yazılan makalede “Optik kesecik barındıran beyin organoidlerinde yüksek oranda özelleşmiş nöral hücre tipleri geliştirilebiliyor. Bu durumun kişiye özel organoidler oluşturmada, transplantasyonda kullanılmak üzere ‘retinal pigment epithelial sheet’lere bir yol oluşturabilir.” İfadesi kullanıldı.
“Biz bu yeni jenerasyon organoidlerin erken nöral gelişim hastalıklarındaki nöropatileri modellemede yardımcı olacağını düşünüyoruz.”
Araştırma Cell dergisinin Stem Cell bölümünde yayınlandı.
Science Alert’de yayınlanan “Scientists Grew Stem Cell ‘Mini Brains’. Then, The Brains Sort-of Developed Eyes” başlıklı yazının çevirisidir. Yazının orijinaline https://www.sciencealert.com/scientists-used-stem-cells-to-make-mini-brains-they-grew-rudimentary-eyes?utm_campaign=skedlink&utm_medium=gallery&utm_source=skedlink adresinden ulaşabilirsiniz.