DEMET İLCE /MUHABİR
Son yıllarda bilim insanları, canlı dokular yaratmak için 3 boyutlu yazıcılara hücreler ve diğer yapı iskelesi malzemelerinin nasıl yükleneceğini öğrendiler, ancak gerçekçi beyin benzeri yapılar oluşturmak zor bir işti. Şimdi bir ekip, baskı tekniklerini değiştirerek, insan beynindeki sinyalleri daha iyi taklit eden birden fazla hücre alt tipini basabildiğini ve birleştirebildiğini gösterdi.
Utrecht Üniversitesi'nde rejeneratif tıp araştırmacısı olan ve araştırmaya dahil olmayan Riccardo Levato, "Araştırmacıların beyin hücrelerinin çalışma şeklini kopyalayabilmesi dikkate değer. Bu, hücrelerin basit bir organizasyonuyla bazı ilginç işlevsel yanıtlar almaya başlayabileceğinizin ilk gösterimi." dedi.
Hücre Kök Hücresi'nde açıklanan yeni teknoloji, sinir bilimcilerin laboratuvarda 3 boyutlu beyin dokuları oluşturmak için kullandıkları mevcut tekniklere göre avantajlar sunabilir. Yaygın bir yaklaşım, organoidler adı verilen minyatür beyin benzeri damlacıkları büyütmek için kök hücrelerin kullanılmasını içerir. Ancak araştırmacılar hücre türlerini veya bu yapılardaki kesin konumlarını kontrol edemiyor. Yeni çalışmanın yazarı, Wisconsin-Madison Üniversitesi'nden sinir bilimci Su-Chun Zhang, her organoidin "benzersiz" olduğunu ve araştırma sonuçlarının yeniden üretilmesini zorlaştırdığını söylüyor. Ancak Oxford Üniversitesi'nden gelişim biyoloğu Francis Szele, doğru türde 3 boyutlu baskıyla "farklı hücre türlerinin nereye yerleştirileceğini kontrol edebilirsiniz" diyor.
Geçmiş çalışmalarda, araştırmacıların hücrelerin nasıl olgunlaştığını ve bağlantılar kurduğunu incelemelerine ve hatta basılı dokuyu fare beyinlerine entegre etmelerine olanak tanıyan beyin dokuları oluşturmak için 3 boyutlu yazıcılar kullanıldı. Ancak bu yapıların işlevselliği sınırlıydı. Ve daha işlevsel basılı doku üretme çabalarında insan hücreleri değil, sıçan hücreleri kullanıldı.
Yeni çalışmada Zhang'ın ekibi, birden fazla beyin hücresi tipine dönüşebilen insan sinir ve glial progenitör hücrelerinin ayrı yatay çizgilerini bastı. Ayrıca hücreler arasında yapıştırıcı görevi gören hidrojel adı verilen "mürekkebin" bileşimi üzerinde de değişiklikler yaptılar. Yeni hidrojel tarifi dokuya destek sağladı ancak gerçek bir beyinde olduğu gibi hücrelerin hareket etmesini veya bağlantı kurmasını engelleyecek kadar sert değildi. Ortaya çıkan 3 boyutlu yapılar, hücrelerin kendi bantlarındaki hücrelerle bağlantı kurmasının yanı sıra diğer bantlara doğru uzanan bağlantılar ile gelişmekte olan beyinleri taklit etti. Bu aktivite, araştırmacıların progenitör hücrelerin nasıl olgunlaştığını ve bağlandığını gözlemlemesine olanak sağladı.
Ekip daha sonra her birinin belirli oranlarına sahip çeşitli hücreleri basarak farklı yapılar oluşturdu. Örneğin bir yapı, nörotransmiterler adı verilen farklı türdeki sinyal moleküllerini kullanarak iletişim kuran inhibitör ve uyarıcı nöronları birleştirdi. Araştırmacılar daha sonra önemli bir destek hücresi türü olan astrositleri eklediler. Çoğu durumda, nöronlar elektrik sinyalleri üretiyordu ve astrositler, nörotransmitter glutamatı emerek işlerini yapıyorlardı; bu da beyindekilere benzer işlevsel bağlantılar kurduklarını gösteriyordu. Araştırmacılar beynin dış korteksinde ve daha derindeki striatumda görülen iki hücre tipini birleştirdiğinde, kortikal hücrelerin striatal hücrelere doğru uzanan projeksiyonları olduğunu ancak insan beyninde görüldüğü gibi tam tersinin olmadığını buldular. Bu, araştırmacılara yapıların beynin organize edilme şeklini taklit edebileceğini söyledi.
Szele, "Yapıların basitliğine rağmen uygun bağlantıya sahip olmaları gerçekten harika" diyor. Ve Levato, beyin dokusunun 3 boyutlu baskısını içeren önceki çalışmalarda bazı işlevsellik gözlemlenmiş olsa da, bunların "burada elde edilen doku kalitesine yakın olmayan" yapıları kapsadığını söylüyor.
Ancak bazı uzmanlar, yazdırılan dokuların hala nispeten ince (yaklaşık 50 mikron veya insan saçı çapı) olduğunu, dolayısıyla gerçek bir beynin 3 boyutlu karmaşıklığını tam olarak taklit etmediklerini belirtiyor. Çalışmada yer almayan Oxford biyomühendis ve kimya biyoloğu Linna Zhou, "Dezavantajı, yalnızca tek bir katman yazdırıp bunları bir araya istifleyebilmeleri, yani daha çok 2.5D'ye benziyor" diyor.
Yine de araştırmacılar, teknolojinin beyin gelişimi ve hastalıklarıyla ilgili çalışmaları geliştirebileceğini söylüyor. Örneğin, Zhang ve grubu, Alexander hastalığı adı verilen nörodejeneratif bir durumla ilişkili mutasyona sahip hücreleri bastıklarında, hücrelerin daha az bağlantı oluşturduğunu gördüler, bu da insanlardaki gözlemleri yansıtıyordu. Zhou, bunun gibi baskı tekniklerinin " biyomühendislik ürünü dokuyu hastalık modellemeyle daha uyumlu hale getirebileceğini" söylüyor. Sonunda araştırmacılar felç, nörodejenerasyon veya travmatik beyin hasarı nedeniyle beyin dokusunu kaybetmiş hastalara nakledilmeye uygun doku basmayı hayal ediyorlar.
Zhang ve ekibi, etkileşimlerini taklit etmek ve daha iyi anlamak için daha fazla hücre türü eklemek gibi teknolojiyi geliştirmek için hâlâ çok fazla alan olduğunu düşünüyor. Sonunda, " Tasarım gereği doku", "insan beynimizin kodunu çözmeye yardımcı olabilir" diyor.
