Stanford Üniversitesindeki araştırmacılar, farelerin beyin korteksini büyük ölçüde ortadan kaldırarak yerine insan beyin hücrelerinden oluşan dokular yerleştirdi. İnsanlaştırılmış kortekse sahip fareler, bazı beyin işlevlerinde sınırlı iyileşme gösterirken modelin epilepsi, otizm, demans ve diğer nörolojik hastalıkları araştırmada kullanılması hedefleniyor.
İnsan beyninin karmaşık yapısı, nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların araştırılmasını zorlaştırıyor. Laboratuvar ortamında geliştirilen insan beyin organoidleri, farklı hücre türlerini ve bazı doku yapılarını taklit edebiliyor. Ancak kan dolaşımı, bağışıklık sistemi ve beynin diğer bölgeleriyle bağlantılar gibi gerçek organ özelliklerini tam olarak sunamıyor.
Stanford Üniversitesinden Prof. Sergiu Pașca liderliğindeki ekip, bu sınırlamayı aşmak için insan beyin dokusunu canlı farelerin içinde geliştirmeyi denedi. Araştırmacılar, fareleri serebral korteksin büyük bölümünü geliştiremeyecek şekilde genetik olarak değiştirdi. Böylece insan dokusunun yerleşebileceği alan oluşturuldu.
Korteks, beynin dış katmanını oluştururken düşünme, hafıza ve duyusal işlemler gibi işlevlerde rol oynuyor. Hipokampus ise özellikle hafıza oluşumunda önemli görevler üstleniyor.
Araştırmacılar, insanlardan alınan deri hücrelerini yeniden programlayarak beyin organoidleri üretti. Yeni doğan farelere birden fazla enjeksiyonla insan beyin hücreleri nakledildi. Her enjeksiyonda yaklaşık 100 bin hücre kullanıldı. Çalışmada farelerin yaklaşık 14 milyon beyin hücresinden yoksun kaldığı ve yaklaşık 4 milyon insan hücresi taşıdığı aktarıldı. İnsan dokusu, fare beyninin hacim olarak yaklaşık yarısını doldurdu.
İnsan hücreleri, nakilden sonraki aylarda bölünerek eksik beyin dokusunun bulunduğu alanı doldurdu. Yaklaşık üç ay sonra insan dokusunun farelerin kan dolaşımına bağlandığı ve boşluğu büyük ölçüde kapattığı gözlemlendi.
Bazı insan nöronları, farelerin mevcut beyin hücreleriyle bağlantılar kurdu. İnsan hücrelerinden uzanan sinirsel yapılar omuriliğe kadar tespit edildi. Nöronlarda eş zamanlı aktivite artışları görülmesi, hücreler arasında belirli düzeyde koordinasyon bulunduğuna işaret etti.
Bununla birlikte, insanlaştırılmış korteks normal insan veya fare korteksiyle aynı yapıya sahip değildi. Normal kortekste hücrelerin belirgin katmanlar halinde organize olması beklenirken nakledilen dokuda bu katmanların oluşmadığı görüldü. Bazı hücre türleri birbirine yakın konumlanmış olsa da daha geniş ölçekteki beyin organizasyonu eksikti.
Araştırmacılar, insan hücrelerinin gelişim açısından olgunlaşmamış olduğunu ve yaklaşık olarak insan gebeliğinin ortasındaki beyin dokusuna karşılık geldiğini belirtti.
İnsanlaştırılmış kortekse sahip farelerin davranışları, normal ve korteksi bulunmayanlarla karşılaştırıldı. Video izleme ve makine öğrenmesi tabanlı davranış sınıflandırması kullanılarak üç grubun farklı davranış kalıpları sergilediği belirlendi.
Korteksi bulunmayan fareler, normal hayvanlara kıyasla daha düşük vücut ağırlığına sahipti. İnsanlaştırılmış korteks taşıyan farelerin ağırlığı ise iki grubun arasında kaldı.
Basit bir labirent testinde korteksi bulunmayan fareler, rastgele tahminle uyumlu sonuçlar elde etti. İnsan hücreleri taşıyan fareler ise kısmi düzeyde daha iyi performans gösterse de normal farelere ulaşamadı. İlişkisel hafıza testinde ise insanlaştırılmış kortekse sahip fareler, korteksi bulunmayan hayvanlardan daha iyi sonuç vermedi.
İnce motor koordinasyonunu ölçen testlerde de insan hücreleri taşıyan fareler, normal farelerle korteksi bulunmayan fareler arasında bir performans sergiledi.
Araştırma ekibi, insan hücrelerinin fareleri daha zeki hale getirdiğine veya insan benzeri düşünme yeteneği kazandırdığına dair bir bulgu bulunmadığını vurguladı.
Araştırmanın hedeflerinden biri, farelerde doğal olarak yeterince ortaya çıkmayan insan hastalıklarının biyolojisini incelemek. Şizofreni, epilepsi, serebral palsi, otizm, zihinsel yetersizlik ve nadir demans türleri araştırmacıların üzerinde durduğu hastalıklar arasında yer alıyor.
Bilim insanları, psikiyatri ve nöroloji alanlarında klinik araştırmaların başarısının diğer tıp dallarına kıyasla sınırlı kaldığını belirtti.
Araştırmacılar, insanlaştırılmış kortekse sahip farelerin bu eksikliği kısmen giderebileceğini düşünüyor. Hastalığı bulunan kişilerden alınan hücreler laboratuvarda beyin dokusuna dönüştürülebilir ve ardından canlı hayvanlarda incelenebilir. Böylece hastalığın insan hücrelerinde nasıl geliştiği ve ilaçların bu süreçleri nasıl etkilediği araştırılabilir.
Bunun ilk emareleri deneylerde de görüldü. Çalışmada bazı fareler beş saat boyunca düşük oksijen koşullarına maruz bırakıldı. Bu deney, insan beyin hücrelerinin oksijen yetersizliğine karşı hassasiyetini incelemek amacıyla gerçekleştirildi. Gebelik veya doğum sırasında yaşanan oksijen yetersizliği, serebral palsiyle ilişkilendirilebildiği için bulguların bu hastalığın biyolojisini araştırmada kullanılabileceği düşünülüyor.
Araştırmacılar, insanlaştırılmış kortekse sahip farelerin beyin dokusunda von Economo nöronları adı verilen nadir hücre türlerini de tespit etti. İnsan ve diğer primatların beyninde bulunan bu nöronlar, ön temporal demans vakalarında erken kaybedilen hücreler arasında yer alıyor. Araştırmacılar bu fare modelini kullanarak söz konusu nadir demans türünü incelemeyi planlıyor.
Güneş enerjisiyle şarj olabilen elektrikli traktör