Beyin organoidleri insanları gerçekten benzersiz kılan şeyleri nasıl ortaya koyuyor

Madeline Lancaster, beynin nasıl çalıştığı konusundaki anlayışımızda devrim yaratan ilk beyin organoidlerini yarattı – ama aynı zamanda etik soruları da gündeme getirdi

Madeline Lancaster ilk olarak 2013 yılında beyin organoidlerini yarattığından, dünyanın dört bir yanındaki beyin araştırmaları için yaygın olarak kullanıldılar. Ama tam olarak ne? Yemeklerde etkili bir şekilde minyatür beyinler mi? Hayvanlara implante etmek süper akıllı fareler yaratabilir mi? Etik çizgileri geçmeye ne kadar yaklaşıyoruz? Michael Le Page, öğrenmek için Cambridge, İngiltere’deki MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndaki Lancaster’ı ziyaret etti.

Michael Le Page: Bir beyin organoidinin ne olduğunu açıklayabilir misiniz? Mini beyin mi?

Madeline Lancaster: Gerçekten minyatür beyin değiller. Ve birçok farklı organoid türü var. İnsan beyninin çok fazla parçası var ve bir parça ya da belki bir çift organoid yapıyoruz. Çok küçükler ve aynı zamanda olgunlaşmamışlar. Anıları olan tamamen işleyen bir insan beyni gibi değiller. Boyut açısından, organoidler bir böcek beynine benzer. Ancak bir böcek beyninin sahip olduğu organizasyondan yoksundurlar. Muhtemelen onları böceklerin altına yerleştirirdim.

İlk beyin organoidlerini büyütmeye nasıl geldiniz?

Fare embriyonik beyin hücreleri ile çalışmaya başladım, büyümelerine izin vermek için bir petri tabağına kaplandım. Bazı hücreler, kastedildiği gibi yemeğe yapışmadı. Çıktılar ve birbirlerine bağlanmaya başladılar, beyin dokusunun geliştirilmesinin ilk aşamalarına benzeyen bu güzel, kendi kendini organize eden hücre toplarını oluşturdular. Daha sonra, aynı şeyi insan embriyonik kök hücreleriyle yapabildik.

Beyin organoidlerinin yaratılması neden bu kadar büyük bir atılımdı?

İnsan beyni özeldir, bizi biz kim olduğumuzu yapar. Çok uzun bir süre kara bir kutu kaldı. Bir fareye bakarsak, insan beyninin sahip olduğu tüm karmaşıklığı yakalayamayız. Beyin organoidleri aniden o kara kutuya bir pencere açtı.

Bir örnek verebilir misin?

Beyin organoidleri ile yaptığımız ilk şeylerden biri, beynin çok küçük olduğu mikrosefali adı verilen bir hastalığı modellemekti. Farelerde, aynı mutasyonu verirseniz, beyin büyüklüğü üzerinde hiçbir etkisi yoktur. İnsan beyni organoidlerinde bir boyut azalması görüp göremeyeceğimizi görmeye karar verdik. Yapabiliriz – ve hastalık hakkında da bir şeyler öğrenebiliriz.

Beyin organoidlerinden şimdiye kadar öğrendiğimiz en önemli şeyler nelerdir?

İnsan beynini benzersiz kılan şey hakkında fikir edinmeye başladık. Nöronlara yol açan insan kök hücrelerinin bir fareden veya hatta bir şempanzeden farklı davrandığı için gerçekten heyecanlıyım. Bizi benzersiz kılan şey, çok daha yavaş gelişmemiz. Kök hücrelerin daha fazla kök hücre genişletmek ve üretmek için daha uzun bir süresi vardır ve bu nedenle daha fazla nöron ile sonuçlanırız.

Bu tür bir iş pratik uygulaması olacak mı?

Yaptığımız temel biyolojinin çoğunun hastalık tedavisi için önemli etkileri vardır. Laboratuarım esas olarak evrimsel sorulara, insanlar ve şempanzeler arasındaki genetik farklılıklara odaklanıyor. Ancak ortaya çıkan genler insan bozukluklarında yer alır, bu mantıklıdır, çünkü eğer insan beyni gelişimi için bir şey önemliyse, o zaman mutasyona uğrarsa, muhtemelen bir beyin bozukluğuna neden olacaktır.

Bundan ne tür tedaviler çıkacak?

Hemen dönemde, beyin organoidlerinin ilaç taraması için kullanıldığını göreceğiz. Özellikle yeni tedavilerimiz olmayan akıl sağlığı bozuklukları veya nörodejeneratif hastalıklar için heyecanlıyım. Demek istediğim, şizofreni hala 50 yaşındaki ilaçlarla tedavi ediyoruz. Beyin organoid modelleri umarım bize yeni yollar verebilir. Uzun vadede, organoidlerin kendileri bir terapi olabilir. Belki tüm beyin bölgeleri için değil, hipokampus veya frontal lobumuz için değil, beynin anılarımızı saklayan ve bizi olduğumuzu yapan kısımları. Ancak Parkinson hastalığında kaybolan substantia nigra’daki dopaminerjik nöronlar gibi şeylerle organoid yapabilir ve daha sonra bunlara nakledebiliriz.

İnsan beyni organoidlerinin zaten hayvanların beyinlerine implante edildiğini anlıyorum.

Evet, bir terapi olarak değil, insan organoidlerini iyileştirmek için. Organoidler vaskülatürden yoksundur ve beynin dışından, özellikle de beynin bağışıklık hücreleri olan mikroglia dışından gelen diğer hücre tiplerinden yoksundur. Bu nedenle, bu diğer hücrelerin insan beyin dokusu ile nasıl etkileşime girdiğine bakmak için, diğer gruplar organoidleri farelere aktarmaya başlamıştır.

İnsan organoidlerini bir hayvana koymaktan endişe etmeli miyiz?

Bir nöronun işlevi diğer nöronlarla bağlantı kurmaktır. Ve böylece, bir insan beyni organoidini bir fare beynine koyarsanız, bu hücrelerin fare ile bağlandığını görmeye başlarsınız. Ama sadece organize değiller. Transplantasyondan sonra, bu fareler bilişsel ölçümlerde daha kötü performans gösterir. Sanki beynini kısa devre geçirmişsiniz gibi. Yani süper akıllı bir fare yapmıyorsunuz.

Bilişin geliştirdiği noktaya gelebilir miyiz?

Oldukça uzaktayız. Üst düzey düşüncemiz, beynin farklı kısımlarının nasıl bağlandığı, bireysel nöronların birbirleriyle nasıl bağlandığı ve daha sonra nöron gruplarının diğer gruplarla nasıl bağlandığıyla ve daha sonra tüm beyin bölgelerinin diğer beyin bölgelerine nasıl bağlanmasıyla ilgilidir. Bu tüm yapı ile ilgili. Dolayısıyla, bu şekilde düzenlenen bir şey üretmek mümkün olursa, belki. Ama yine de zamanlama gibi sorunlarla karşılaşıyorsunuz. Bir fare sadece yaklaşık iki yıl yaşıyor, ancak insanların çok zeki varlıklar olması iki yıldan uzun sürüyor. Ve diğer bir şey boyut. İnsan beyni çok şaşırtıcı çünkü çok büyük. İnsan boyutlu bir beyni bir fareye sığdırmanın hiçbir yolu yoktur. Yani bu tür soruların birçoğu için, muhtemelen yakın gelecekte onlar için endişelenmemize gerek yok.

Boyut söz konusu olduğunda, büyük sınır kan damarlarının eksikliğidir, yani organoidler sadece birkaç milimetre olduklarında ölmeye başlar. Bu sınırın üstesinden gelme konusunda ne kadar ilerleme kaydediliyor?

Yaptıklarımızı küçümsemek istemiyorum, ancak beyin dokusunun yapılması gerçekten kolay olduğu ortaya çıkıyor. Kendini geliştirir. Vaskülatür çok daha karmaşıktır. İnsanlar vasküler hücreleri tanıtmakla ilerlemeye başladı. Ancak kanın gerçek fonksiyonel perfüzyonu elde etmek hala çok uzaktır.

Uzakta dediğinde …

Onlarca yıl diyebilirim. Görünüşe göre çok zor olmamalı, değil mi? Vücut harika yapar. Ama birlikte çalışan tüm vücut, bu yüzden gerçekten bir organoid vaskülarize etmek istiyorsanız, bir vücuda ihtiyacı var. Yakında bir yemeğe bütün bir vücut üretmeyeceğiz.

Bunu başarmayı başarırsak, tam boy beyinler yaratılabilir mi?

Bir tabakta gelişen, tamamen şekillendirilmiş, vaskülarize büyük bir insan beyniniz olsa bile, girdi veya çıktı yoksa, düşünülecek hiçbir şeyi yoktur. Bir hayvanın gözü gelişim sırasında kapatılırsa ve daha sonra açılırsa, gözlerin hala iyi çalıştığını, ancak beynin görsel girdiyi yorumlayamadığını ve hayvanın fonksiyonel olarak kör olduğunu biliyoruz. Bu, tüm duyular ve dünyada etkileşime girdiğimiz her şey için geçerlidir. Bilinçli olmak için gelişiminizin bir noktasında bir vücuda ihtiyacınız olduğunu söyleyebilirim. Duyusal girdiyi kaybeden ve kilitli sendromu deneyimleyen hastalar var ve bu korkunç. Ama bunlar bir vücudu olan, sevdiklerinizle bağlantılar geliştiren insanlar. Beyin hiç bir şey yaşamadıysa, düşünülecek hiçbir şey yoktur.

Beyin organoidleri daha gelişmiş hale geldikçe, çizginin nereden geçmememiz gerektiğini nasıl söyleriz?

Alan, bilinci nasıl tanımladığınız ve ölçtüğünüze oldukça asılabilir. Bu konuda anlaşmaya varacağımızdan emin değilim çünkü bilinçli olup olmadığınızı bile bilmiyorum – tek bildiğim. Ancak yapabileceğimiz şey, örgüt, girdi ve çıktı, olgunluk ve boyut gibi bilinç için gerekli olan ölçebileceğimiz başka şeyler de var. Bir fare bu kriterlerin çoğunu tatmin edebilir, ancak bunun bir insanla aynı bilinç seviyesine sahip olduğuna inanmıyoruz ve bunun büyük bir kısmı boyut. Dolayısıyla, tamamen bağlanmış insan organoidleri yapsak bile, küçük oldukları sürece, insan düzeyinde bilincine sahip olmayacaklar. Bu tür kriterler, bilinci ölçmeye çalışmaktan daha pratik bir yoldur.