(Salt Lake City) — Ne yaparsanız yapın, onlara “küçük beyinler” demeyin, diyor Utah Üniversitesi sağlık bilimciler. Ne olursa olsun, laboratuvarda insan hücrelerinden yetiştirilen tohum büyüklüğündeki organeller, beyne içgörü sağlar ve bazı insanlarda otizme katkıda bulunabilecek farklılıkları ortaya çıkarır.
“Beyindeki hücrelerin organizasyonunu modellemenin çok zor olacağını düşünürdük” diyor. Alex Shiglovitov, DoktoraU Health’de nörobilim yardımcı doçenti. Ancak bu üyelikler kendi kendini düzenler. Birkaç ay içinde, insan beynindeki serebral kortekse benzeyen hücre katmanları görüyoruz.”
Organelleri ve nörolojik hastalıkları anlama yeteneklerini tanımlayan araştırmalar, Doğa İletişimi 6 Ekim’de Shcheglovitov baş yazar ve Yueqi Wang, laboratuvarında eski bir yüksek lisans öğrencisi, baş yazar olarak. Araştırmayı doktora sonrası bilim adamı Simone Chiola, PhD ve Utah Üniversitesi, Harvard Üniversitesi, Milano Üniversitesi ve Montana Eyalet Üniversitesi’ndeki diğer işbirlikçilerle yürüttüler.
otizm araştırması
Beynin özelliklerini bu şekilde modelleme yeteneğine sahip olmak, bilim insanlarına, erişilmesi neredeyse imkansız olan canlı bir organın iç işleyişine bir bakış atma olanağı sağlar. Ve organeller bir tabakta büyüdüğü için, beynin yapamayacağı şekillerde deneysel olarak test edilebilirler.
Shcheglovitov’un ekibi, otizm spektrum bozukluğu ve insan beyni gelişimi ile ilişkili genetik anormalliklerin etkilerini araştırmak için yenilikçi bir süreç kullandı. SHANK3 adı verilen bir genin daha düşük seviyelerini içerecek şekilde tasarlanmış organellerin farklı özelliklere sahip olduğunu buldular.
Otizmin organoid modeli normal görünse de, bazı hücreler düzgün çalışmıyordu:
- Nöronlar hiperaktifti, uyaranlara tepki olarak daha sık ateşleniyordu.
- Diğer işaretler, nöronların sinyalleri diğer nöronlara verimli bir şekilde iletmeyebileceğini gösterir.
- Hücrelerin birbirine yapışmasını sağlayan spesifik moleküler yollar bozulur.
Yazarlar, bu bulguların otizmle ilgili semptomların hücresel ve moleküler nedenlerini ortaya çıkarmaya yardımcı olduğunu söylüyor. Ayrıca, bir laboratuvarda yetiştirilen organellerin, beynin nasıl geliştiğini ve hastalık sırasında neyin yanlış gittiğini daha iyi anlamak için değerli olacağını da gösteriyorlar.
Jan Kopanek, çalışmanın ortak yazarı ve ABD Teknoloji Üniversitesi’nde biyomedikal mühendisliği yardımcı doçenti.
Zihnin daha iyi bir modelini oluşturmak
Bilim adamları uzun zamandır insan beyninin uygun modellerini aradılar. Laboratuarda yetiştirilen organeller yeni değil, ancak önceki versiyonlar tekrarlanabilir bir şekilde gelişmedi ve bu da deneylerin yorumlanmasını zorlaştırdı.
Geliştirilmiş bir model oluşturmak için Shiglovitov’un ekibi, beynin normal şekilde nasıl geliştiğinden ipuçları aldı. Araştırmacılar, insan kök hücrelerini, bir tabakta nörit adı verilen kendi kendini organize eden yapılar oluşturan belirli bir kök hücre türü olan nöroepitelyal hücreler haline getirmeye itti. Aylar boyunca, bu yapılar toplar halinde kaynaştı ve gelişmekte olan fetüste gelişen beyne benzer bir oranda boyut ve karmaşıklık bakımından arttı.
Shiglovitov, laboratuvarda beş ay kaldıktan sonra, organellerin gebe kaldıktan 15 ila 19 hafta sonra “insan beyninin tek bir kırışıklığını” anımsattığını söylüyor. Yapılar, dil, duygu, akıl yürütme ve diğer üst düzey zihinsel süreçlerle ilgili beynin en dış tabakası olan serebral kortekste bulunan bir dizi nöron ve diğer hücre tiplerini içeriyordu.
İnsan fetüsü gibi, organeller de öngörülebilir bir şekilde kendi kendini organize eder, salınan elektriksel ritimlerde titreşen ve çeşitli farklı tipte olgun beyin hücrelerinin karakteristik özelliği olan çeşitli elektrik sinyalleri üreten sinir ağları oluşturur.
Bu organellerin, beyindeki gerçek aktiviteye benzeyen elektriksel aktivite kalıpları vardı. Kopanek, “Bunu beklemiyordum” diyor ve ekliyor: “Bu yeni yaklaşım, çoğu büyük hücre tipini ve anlamlı işlevsel yollarla modelliyor.”
Shcheglovitov, korteksteki karmaşık yapıları daha güvenilir bir şekilde yansıtan bu organellerin, bilim adamlarının beyinde belirli hücre türlerinin nasıl ortaya çıktığını incelemesine ve daha karmaşık işlevleri gerçekleştirmek için birlikte çalışmasına olanak sağlayacağını açıklıyor.
Wang, “İnsan beynindeki karmaşık nöral yapıların basit atalardan nasıl ortaya çıktığını anlamaya başlıyoruz” diyor. “Genetik mutasyonlar içeren kök hücrelerden elde edilen 3 boyutlu organoidleri kullanarak hastalıkla ilgili fenotipleri ölçebiliyoruz.”
Organelleri kullanarak, araştırmacıların nörolojik durumların erken evrelerinde semptomlar ortaya çıkmadan önce neler olduğunu daha iyi araştırabileceklerini ekliyor.