Cambridge Üniversitesi’nde görev yapan bilim insanları, insan beyninin ve omuriliğinin hareket sinyallerini nasıl ilettiğini taklit eden minyatür laboratuvar ortamında yetiştirilmiş beyin ve omurilik sistemleri geliştirdi. Bu benzersiz model sayesinde, daha önce kalıcı olduğu düşünülen sinir hasarlarının belirli koşullar altında tersine çevrilebileceği keşfedildi. Araştırmanın sonuçları, sinir sistemindeki rejenerasyonun önündeki engelleri aşmak için yeni kapılar aralıyor.
İnsan vücudu embriyodan fetus ve sonra bebeğe dönüşürken, sinir hücreleri yani nöronlar beyin ile omurilik arasında karmaşık iletişim ağları oluşturuyor. Bu ağlar, uzun sinir lifleri olan aksonlar aracılığıyla hareket sinyallerini ileterek kasların kontrolünü sağlıyor. Ancak, merkezi sinir sistemi hasar gördüğünde, özellikle aksonlar zarar gördüğünde, zamanla kendini yenileme kapasitesi önemli ölçüde azalıyor. Beyin veya omurilik yaralanmaları genellikle kalıcı hasara yol açıyor ve felç gibi ciddi fonksiyon kayıplarına neden oluyor. Aynı zamanda bu durum motor nöron hastalığı ve multipl skleroz gibi nörolojik hastalıklara da bağlı.
2021 yılında Dr. András Lakatos liderliğindeki ekip, hastalardan elde edilen kök hücreler kullanarak küçük insan beyin modelleri geliştirmişti. Bu bezelye büyüklüğündeki “beyin organoidleri”, serebral korteksin bir bölümüne benzeyerek motor nöron hastalığına ilişkin moleküler değişimleri inceleme imkanı sağladı. Yeni çalışmada ise, araştırmacılar beyin ve omuriliğin bağlı minyatür bir versiyonunu oluşturdu. Laboratuvarda organoidler fiziksel olarak ayrı tutulurken, beyin dokusundan çıkartılan aksonlar iki doku arasında büyüyerek omurilik dokusuna bağlandı. Ortaya çıkan sinir devresi, küçük kas hücresi gruplarında kasılmayı tetikleyebilecek kadar işlevsel hale geldi.
Araştırma sırasında organoid sistemleri bir yıldan fazla süre boyunca gözlemlendi. Bilim insanları, gelişimin yaklaşık 150. gününe kadar yani gebeliğin orta evresine karşılık gelen döneme kadar hasar gören aksonların yeniden büyüme yeteneğine sahip olduğunu tespit etti. Ancak, bu dönemin sonrasında nöronlar arasında tekrar büyüme ciddi şekilde azalmaya başladı. Cambridge Üniversitesi Klinik Sinirbilimleri Bölümü’nden George Gibbons, daha az olgunlaşmış organoidlerden alınan nöronların uzun aksonlar üretme kapasitesinin yüksek olduğunu, daha olgun organoidlerde ise bu yetinin keskin biçimde düştüğünü ifade etti. Bu da insan sinir hücrelerinin olgunlaştıkça yenilenme kapasitelerinin doğuştan kısıtlanmış olduğunu gösteriyor.
Araştırmacılar, beyin ve omurilik arasındaki bağlantıyı sağlayan nöronlarda gen aktivitesini inceledi. Sonuçlar, olgunlaşma sürecinde akson büyümesini sınırlandıran genetik bir anahtar mekanizmanın varlığını ortaya koydu. İlginçtir ki, bu gen ağındaki bazı anahtar düzenleyiciler bloke edildiğinde, sinir hücreleri aksonlarını tekrar büyütebileceği yeteneğini kazandı.
Ekip, bu gen ağını hedefleyen mevcut ilaçları taradı ve olumlu sonuç verebilecek bir aday buldu: Lynestrenol. Bu hormon bazlı ilaç, hâlihazırda bazı adet düzensizlikleri ve doğum kontrolü için onaylanmış durumda. Hasar görmüş nöronlarda uygulandığında lynestrenol, akson yenilenmesini anlamlı ölçüde artırdı. Araştırmacılar, sinir iyileşmesini engelleyen yara dokusu ve iltihaplanmanın da önemli rol oynadığını ancak nöronların yenilenme yetisini sınırlayan biyolojik süreçlerin anlaşılmasının kritik olduğunu vurguladı. Daha genç nöronların, normalde hasar bölgesindeki engelleyici ortamdan geçebildiğine dair önceki bulgular da bunu destekliyor.
Dr. Lakatos, beyin ve omurilik zarar gördüğünde hareket sinyallerini taşıyan aksonların nadiren yenilendiğini ve neden felç durumlarının genellikle kalıcı olduğunu açıkladı. Yeni model, akson yenilenme kapasitesinin gelişim sürecinde kısıtlandığını ve bu kısıtlamanın belli şartlarda geri döndürülebileceğini gösterdi. Lynestrenol doğrudan omurilik onarımında çözüm olmayabilir, ancak insan nöronlarının doğrudan hedeflenerek aksonlarının yenilenebileceğini ortaya koydu. Henüz beyin ve omurilik hücreleri arasındaki uygun bağlantıların yeniden kurulup kurulamayacağı konusunda belirsizlikler olsa da, bu çalışma tedavisi mümkün olmayan hastalıkların ileride tedavi edilebileceği umutlarını güçlendiriyor.
İnsan organoidleri teknolojisi, insan biyolojisi ve hastalıklarını anlamada giderek daha fazla önem kazanıyor. Fare ve sıçan gibi hayvan modelleri araştırmalar için değerli olsa da, biyolojik farklılıklar insan sinir sistemi işlevlerinin tam olarak ortaya konmasını sınırlıyor. Kök hücrelerden elde edilen insan organoidleri, insan biyolojisini daha doğru yansıtarak hayvan deneyleri ile gerçek hasta sonuçları arasındaki boşluğu kapatmaya yardımcı oluyor.
Dr. Lakatos, sinir yenilenme alanındaki mevcut bilgilerin çoğunun kemirgenlerden geldiğini ve insan nöronlarının farklı davrandığını belirtti. Gelecekte organoidler, hayvan deneylerinin azaltılması çabalarına katkı sağlamanın yanı sıra klinik uygulamalarda daha güvenilir model olarak önemini artıracak. Cambridge Üniversitesi’nde organoid modelleri, karaciğer hasarının onarımı, çocuklarda Crohn hastalığı çalışmaları ve gebeliğin erken evrelerine dair araştırmalar da dahil olmak üzere pek çok tıbbi alanda kullanılıyor.
📎 Kaynak: sciencedaily.com
