Fareye İnsan Beyni Naklettiler Sonuçlar İlginç
Mühendisler ve sinirbilimcilerden oluşan bir ekip, farelere implante edilen insan beyni organoidlerinin hayvanların korteksiyle işlevsel bağlantı kurduğunu ve dış duyusal uyaranlara yanıt verdiğini ilk kez gösterdi. İmplante edilen organoidlerin görsel uyaranlara çevre dokularla aynı şekilde tepki verdiği, araştırmacıların şeffaf grafen mikroelektrot dizileri ve iki fotonlu görüntülemeyi birleştiren yenilikçi bir deneysel kurulum sayesinde birkaç ay boyunca gerçek zamanlı olarak yapabildikleri bir gözlem.
California San Diego Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Duygu Kuzum liderliğindeki ekip, bulgularını Nature Communications dergisinin 26 Aralık tarihli sayısında detaylandırıyor. Kuzum’un ekibi, Boston Üniversitesi’nden Anna Devor’un laboratuvarı; San Diego Üniversitesi’nden Alysson R. Muotri’nin laboratuvarı ve Salk Enstitüsü’nden Fred H. Gage’in laboratuvarından araştırmacılarla işbirliği yaptı.
İnsan kortikal organoidleri, genellikle deri hücrelerinden türetilen insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden elde edilir. Bu beyin organoidleri son zamanlarda insan beyninin gelişiminin yanı sıra bir dizi nörolojik durumu incelemek için umut verici modeller olarak ortaya çıkmıştır.
Ancak şimdiye kadar hiçbir araştırma ekibi, fare korteksine implante edilen insan beyin organoidlerinin aynı işlevsel özellikleri paylaşabildiğini ve uyaranlara aynı şekilde tepki verebildiğini gösterememişti. Bunun nedeni, beyin fonksiyonlarını kaydetmek için kullanılan teknolojilerin sınırlı olması ve genellikle sadece birkaç milisaniye süren aktiviteleri kaydedememesidir.
Fare korteksine yerleştirilen insan beyni organoidleri ilk kez görsel uyaranlara yanıt veriyor
UC San Diego liderliğindeki ekip, şeffaf grafenden yapılmış mikroelektrot dizilerini ve bir milimetre kalınlığa kadar canlı dokuyu görüntüleyebilen bir mikroskopi tekniği olan iki fotonlu görüntülemeyi birleştiren deneyler geliştirerek bu sorunu çözmeyi başardı.
Makalenin ilk yazarı ve Kuzum’un UC San Diego’daki araştırma grubunda doktora öğrencisi olan Madison Wilson, “Başka hiçbir çalışma aynı anda optik ve elektriksel kayıt yapamadı” dedi. “Deneylerimiz, görsel uyaranların organoidlerde elektrofizyolojik tepkiler uyandırdığını ve çevredeki korteksten gelen tepkilerle eşleştiğini ortaya koyuyor.”
Araştırmacılar, organoidleri incelemek için yenilikçi nöral kayıt teknolojilerinin bu kombinasyonunun, organoidleri beyin gelişimi ve hastalığı için modeller olarak kapsamlı bir şekilde değerlendirmek ve kayıp, dejenere veya hasarlı beyin bölgelerine işlev kazandırmak için nöral protez olarak kullanımlarını araştırmak için benzersiz bir platform olarak hizmet edeceğini umuyorlar.
Kuzum, “Bu deneysel kurulum, gelişimsel beyin hastalıklarının altında yatan insan sinir ağı düzeyindeki işlev bozukluklarının araştırılması için benzeri görülmemiş fırsatlar sunuyor” dedi.
Kuzum’un laboratuvarı şeffaf grafen elektrotları ilk olarak 2014 yılında geliştirdi ve o zamandan beri teknolojiyi ilerletiyor. Araştırmacılar, grafen elektrotların empedansını 100 kat düşürmek için platin nanopartiküller kullandılar ve aynı zamanda onları şeffaf tuttular. Düşük empedanslı grafen elektrotlar hem makro ölçekte hem de tek hücre düzeyinde nöronal aktiviteyi kaydedebiliyor ve görüntüleyebiliyor.
Araştırmacılar, nakledilen organoidlerin üzerine bu elektrotlardan bir dizi yerleştirerek, hem implante edilen organoidden hem de çevresindeki konak korteksten nöral aktiviteyi gerçek zamanlı olarak elektriksel olarak kaydedebildiler. İki fotonlu görüntüleme kullanarak, fare kan damarlarının organoidin içinde büyüdüğünü ve implanta gerekli besin ve oksijeni sağladığını da gözlemlediler.
Araştırmacılar, fareler iki foton mikroskobu altındayken, implante edilmiş organoidleri olan farelere görsel bir uyaran (optik beyaz ışık LED’i) uyguladı. Organoidlerin üzerindeki elektrot kanallarında, organoidlerin uyarana çevredeki dokuyla aynı şekilde tepki verdiğini gösteren elektriksel aktivite gözlemlediler. Elektriksel aktivite, implante edilen organoid alanındaki görsel kortekse en yakın bölgeden fonksiyonel bağlantılar yoluyla yayıldı. Buna ek olarak, düşük gürültülü şeffaf grafen elektrot teknolojisi, organoid ve çevresindeki fare korteksinden spiking aktivitesinin elektriksel kaydını mümkün kıldı.
Grafen kayıtları, gama salınımlarının gücünde ve organoidlerden gelen sivri uçların fare görsel korteksinden gelen yavaş salınımlara faz kilitlenmesinde artış gösterdi. Bu bulgular, organoidlerin implantasyondan üç hafta sonra çevredeki korteks dokusuyla sinaptik bağlantılar kurduğunu ve fare beyninden işlevsel girdi aldığını göstermektedir. Araştırmacılar bu kronik multimodal deneyleri on bir hafta boyunca sürdürmüş ve implante edilen insan beyni organoidlerinin ev sahibi fare korteksi ile işlevsel ve morfolojik entegrasyonunu göstermiştir.
Sonraki adımlar arasında nörolojik hastalık modellerini içeren daha uzun deneylerin yanı sıra organoid nöronlardaki spiking aktivitesini görselleştirmek için deneysel düzeneğe kalsiyum görüntülemenin dahil edilmesi yer alıyor. Organoid ve fare korteksi arasındaki aksonal projeksiyonları izlemek için başka yöntemler de kullanılabilir.
Kuzum, “Yolun ilerleyen aşamalarında, kök hücreler ve sinir kayıt teknolojilerinin bu kombinasyonunun, fizyolojik koşullar altında hastalığı modellemek; hastaya özgü organoidler üzerinde aday tedavileri incelemek ve organoidlerin belirli kayıp, dejenere veya hasarlı beyin bölgelerini restore etme potansiyelini değerlendirmek için kullanılacağını öngörüyoruz” dedi.
Çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Norveç Araştırma Konseyi’nin yanı sıra Ulusal Bilim Vakfı aracılığıyla finanse edildi.
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221229115657.htm
Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı sciencedaily.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.
