Kıbrıslı Türk bilim insanından üç boyutlu insan beyin modelleri

ABD'de laboratuvar çalışmalarını sürdüren Kıbrıslı Türk Bilim İnsanı Dr. Fikri Birey, geliştirdiği teknoloji ile otizm, şizofreni ve başka nörogelişimsel beyin bozukluklarında altında yatan temel nedeni araştırıyor. Yaptığı araştırma ile laboratuvar ortamında deri hücrelerinden üç boyutlu insan beyni hücrelerini üreterek, otizm ve epilepsiye yol açan beyin bozukluklarının kökenleri hakkında ipuçları buluyor.

Kıbrıslı Türk bilim insanından üç boyutlu insan beyin modelleri
  • 17 Kasım 2017, Cuma 18:02

CNN Türk'ten Esra ÖZ'ün haberine göre, ABD’de Stanford Üniversitesi Psikiyatri ve Davranış Bilimleri Fakültesi'ne bağlı Pasca Laboratuvarı’nda çalışan Kıbrıslı Türk Bilim İnsanı Dr. Fikri Birey, yaptığı araştırma ile laboratuvar ortamında deri hücrelerinden üç boyutlu insan beyni hücrelerini üreterek, otizm ve epilepsiye yol açan beyin bozukluklarının kökenleri hakkında ipuçları sağladı. Dünyanın en prestijli bilim dergilerinden olan Nature dergisinde yayınlanan makalenin başyazarı olan Dr. Fikri Birey, insanların ana rahmindeki beyin gelişim sürecini modelleyen bir teknoloji geliştirdi.

Otizm ve epilepsiye yol açan genetik bir bozukluk olan Timothy Sendromlu hastalardan alınan deri örneklerini önce kök hücrelerine, daha sonra da ön beyin kürelerine dönüştüren Dr. Birey ve ekip arkadaşları, bu yolla beyin kürelerini kullanarak, hastaların kişisel erken beyin gelişimlerindeki bazı kritik süreçleri mikroskop altına almayı başardılar.

İnsan derisinden alınarak üretilen beyin yapıları arasında gözlenen sinir hücrelerinin geçişleriyle ilgili bulgular bulan Birey, “Bu deneysel yaklaşım, hücre göçü ve devre oluşumu gibi beynin ana rahmindeki gelişiminde meydana gelen daha karmaşık fenomenleri gerçek zamanda modelleyip izlememize olanak sağladı. İnsan beyin fonksiyonunun temelinde yatan karmaşık gelişimsel süreçleri ve belirli hücresel ilişkileri incelemek için geliştirdiğimiz bu teknoloji, otizm, şizofreni ve başka nörogelişimsel beyin bozuklarının temelinde yatan çoğu sürece erişip bilgi sahibi olmamızı sağlayacaktır” dedi.

Bu teknoloji sayesinde nörolojik hastalıkların anne karnındaki beyin gelişim sürecindeki değişimleri gözlemleme fırsatının olacağını belirten Birey, bu çalışma sayesinde hayvan deney modellerinden farklı olarak hastalıkların insan beyin hücrelerindeki gelişimlerini de incelenebileceğini kaydetti.  İnsan hücresel modellerini kullanarak, nöropsikiyatrik bozuklukların gelişimsel bozuklukları üzerine çalışan Nörobilimci Dr. Fikri Birey ile bilim dünyasında büyük yankı uyandıran araştırması hakkında konuştuk.

Öncelikle çalışmanızdan kısaca söz edebilir misiniz?

Laboratuvar genelindeki çalışmalarımız, insan hücresel modellerini kullanarak nöropsikiyatrik bozukluklara katkı yapan mekanizmalar üzerine. İnsan beyninin erken gelişimi hakkında aslında çok az şey biliyoruz, erişimin kısıtlı olmasından kaynaklanan bir durum bu. Otopsiler ve fonksiyonel MRI incelemeleri yararlı olmakla birlikte, bunlar genellikle hücresel düzeyde canlı insan beyninin erken gelişimini ve işlevini anlamak için yeterli değil. Otizm, şizofreni ve epilepsi gibi nöropsikiyatrik bozuklukların bu erken gelişim süreciyle olan ilişkisi ayrıca büyük bir önem taşıyor. Bu sahadaki uzun süreli bir hedeflerden birisi de, insan hücresel modellerini kullanarak, bu tür bozuklukların temelinde yatan fenomenlere ilişkin kişiye özel ve güvenilir modeller geliştirmek.

Çalışmamızın temelinde, 2012 yılında Nobel Ödülü'ne layık görülen, önemli bir buluş var. Bir bireyden alınan deri hücrelerinin, vücudun başka herhangi bir hücre türünü oluşturabilen, çok potansiyelli hücre türleri olan kök hücrelerine dönüştürülebildiği bir teknoloji.  Bunlara induced pluripotent stem cells (iPSC) deniyor. Bir kültür kabı içerisinde herhangi bir beyin hücre türünü veya ilgi bölgelerini üretmek için kullanılabiliyorlar. Biz bir süredir bu şekilde beyin hücreleri elde ediyoruz. Ancak son zamanlara kadar hastalık modelleme yaklaşımları çoğunlukla iki boyutlu modeller olmuş. İnsan beyin gelişiminin daha karmaşık yönlerinin benzerini kapta taklit edebilmek için, bu araştırmada üç boyutlu bir yaklaşım benimsedik.

Söz konusu yaklaşımda, hücreler kap içerisinde serbestçe yüzen gezen küreler olarak çoğaltıldılar, biz bunlara sferoidler diyoruz. Bu sferoidler beynin birçok hücre tipine barındırıyorlar ve bu hücreler sferoidlerin gelişim sürecinde sürekli olarak üç boyutlu ortamda birbirleriyle etkileşim içindeler. Bu deneysel yaklaşım, hücre göçü ve devre oluşumu gibi beynin ana rahmindeki gelişiminde meydana gelen daha karmaşık fenomenleri gerçek zamanda modelleyip izlememize olanak sağladı.

Bu fenomenlerden herhangi birinin maruz kalacağı genetik veya çevresel olumsuz faktörler beynin ileriki gelişiminde uzun süreli etkiler yaratırken, çok sayıda nöro-gelişimsel bozukluklarla da bağlantılı oldukları düşünülmektedir. Dolayısıyla bunların gerçeğe olabildiğince sadık modellerinin laboratuvar ortamında geliştirilmeleri büyük önem taşır.

Araştırmada, derin ön-beyindeki nöronların, beyin yüzeyine daha yakın olan uyarıcı nöronlara doğru (ki bu bölge daha sonra, beyin korteksine dönüşür ve düşünce, muhakeme, planlama ve diğer daha üst düzey fonksiyonları destekler) göçtüğü fetal beyin gelişiminin bir evresine baktık. Spesifik kimyasal sinyaller kullanarak, iki farklı sferoid üretmeyi başardık. Bunlardan bir tanesi nöronları barındıran derin ön-beyin bölgelerine, diğeri de üst ön beyin bölgelerine benzediğini gösterdik. Daha sonra, bu sferoidleri, ikinci ve üçüncü üç aylık dönemlerde ön beyinde meydana gelenleri modellemek için bir araya getirdik, buna da sferoid füzyonu diyoruz. İlerleyen günlerde, derin ön-beyin nöronların yüzey ön-beyine doğru göçtüklerini izleyebiliyorduk. En nihayetinde, derin ön-beyin nöronları hedeflerinin bulup duruyorlar, morfolojileri değişiyor ve etraflarındaki yüzey ön-beyin nöronlara bağlanıyorlar; bu halleriyle erken beyinde korteksin ilk devrelerinin oluşumunu andırıyorlar.

Bu çalışma sonucu ne gibi veriler elde edildi? Bilim camiasında bu kadar ses getirmesinin nedeni nedir?

Bu platformu geliştirdikten sonra, genetik nörogelişimsel bir bozukluk olan ve otizm ile epilepsiye neden olan Timothy Sendromu'nda (TS) derin ön-beyin nöron göçünün etkilenip etkilenmediğini incelemek için uyguladık. TS hastalarından elde ettiğimiz füzyonlarda, derin ön-beyin nöronlarının, olağandışı bir şekilde hareket ettiğini fark ettik. Daha sık hareket ediyorlardı, ama ''sıçramaları'' kontrol füzyonlarındaki gibi uzun değildi. Bunun bulgunun hastalıkla direkt olarak nasıl bir bağı olduğunu tam olarak bilmiyoruz, ama derin ön-beyin göçünün yetersiz kalması, TS hastalarında hatalı olarak oluşabilecek kortikal (beyin kabuğundaki) devrelere işaret ediyor. Heyecan verici olan bu yolda daha da ilerlemeye devam ediyoruz.

Bu araştırmanın özgün yönlerinden biri de, ilk defa, insan derin ön-beyin nöronlarının göçtüğünü ve uyarıcı muadilleriyle bağlandığını izleyebilmemizdi. Ayrıca, iki beyin bölgesinin ayrı ayrı üretildiği ve daha sonra gelişimleri sırasında spesifik bölgeler arası etkileşimlerini modelleme amacıyla bir araya getirildikleri bu modüler yaklaşımı ilk defa biz tanımladık. Araştırmaya yönelik duyulan heyecan, aslında vaadettiği potansiyelden kaynaklandığına inanıyorum: İleride, hastaların kişisel ve belirli beyin bölgelerini üç boyutlu kültürler olarak oluşturabileceğiz, kap içerisinde gelişimlerini izleyebileceğiz ve hastalığın daha önce bilinmeyen, kendine özgü özelliklerini keşfedebileceğiz.

Otizm ve epilepsiye yol açan genetik bir bozukluk olan Timothy Sendromu nedir? Neden bu hastaları seçtiniz?

Timothy Sendromu (TS) kalp, el ve ayak parmakları ve sinir sistemi de dahil, vücudun birçok bölgesini etkileyen bir genetik bozukluktur. Daha çok kalp sorunlarından dolayı erken yaşlarda ölüme neden olan, geç yaşlarda da nörogelişimsel sorunlara yol açan bir hastalıktır. Önemle vurgulamak gerekirse, hastaların yaklaşık yüzde sekseni otizmden muzdariptir. TS, kalsiyumu hücrelerin içine taşıyan bir proteinin oluşumunu düzenlemekten sorumlu bir gen olan CACNA1C’de meydana gelen mutasyonlar nedeniyle oluşmaktadır. Bu gen mutasyona uğradığı zaman, kanalın kapanması gecikmekte ve çok fazla kalsiyumun hücrelere girmesine neden olunmaktadır. Kalsiyum bir hücre için çok önemlidir ve aşırısı, gerekli fonksiyonlarının pek çoğunu raydan çıkarabilir.

TS’i hastalık modeli olarak seçmemizin birkaç nedeni var. Daha önce, daha farklı bir iPSC TS modelinde kortikal nöronlarla ilgi bazı kusurları yayınlamıştık bu yüzden TS hastalarında korteksin gelişimiyle alakalı bir yön çizmeyi iyi bir seçim olarak gördük. Ayrıca, genelde, ender genetik bozukluklar, iPSC hastalık modelleri ideal bir bozukluk. Bu gibi hastalıklar, tek bir genin veya tek bir biyolojik işlev bozukluğu temsil etmektedir ki bu da, söz konusu genetik bozukluğun belirli bir fizyolojik arızaya ve dolayışıyla hastalığın kendisine daha direkt olarak bağlı olduğu genelde ima eder. Bu da gen ve onun protein ürününün doğrudan hastalıkla ilintili biyolojik yollara ve fizyolojik süreçlere nasıl katkı sağladığıyla ilgili varsayımda bulunmayı daha kolay hale getirmektedir. Son olarak, özellikle bu bozukluğu araştırmak, bize başka bir nöropsikiyatrik hastalığın temelinde yatan daha genel bir biyolojik kapsam sağlayabilir. Örneğin, CACNA1C geni geniş ASD, bipolar bozukluklar, depresyon ve şizofreni kohortlarından oluşan genom çaplı araştırmalarda sıkça rastlanan bir gendir. Bu açıdan, TS hasatlarını araştırmak, insanda spesifik CACNA1C bozukluklarını araştırmak olarak da düşünülebilir.

Beyindeki mekanizması hakkında bilgi verir misiniz?

TS hastalarında, bu kalsiyum kanalının işlev bozukluğundan en çok kalp etkileniyor. Hastaların hemen hemen hepsi ritim bozuklukları, düzensiz kalp atışı gibi sorunlardan muzdarip. Ancak, TS hastalarında beynin hücrelerarası kalsiyum dengesizliğinden nasıl etkilendiğiyle ilgili çok daha az şey bilinmektedir. Araştırma öncesinde, hücre içinde optimal kalsiyum düzeylerini idame ettirmenin derin ön-beyin göçü için önemli olduğunu zaten biliyorduk. Hocam Sergiu Pasca, daha önce, kortikal nöronlar kuşağındaki kusurları, iPSC’den alınan farklı bir hücresel TS modeli kullanarak tanımlamıştı, dolayısıyla biz, TS hastalarındaki kortikal sorun hipotezini derin ön-beyni de kapsayacak şekilde genişletmek istedik.

Bu yöntemi hastalarda kullanabilir miyiz?

Şu anda geliştirdiğimiz bu platform şimdilik temel biyoloji seviyesinde öncelikle bir keşif aracını teşkil ediyor. İnsan nörogelişimine ilişkin üç boyutlu modelleme, geçmişi yalnızca 2013 yılına uzanan yeni yeni filizlenmekte olan bir saha. Burada topladığımız bulguların klinikte ne kadar uygulanabilir olduğuyla ilgili olarak kestirmelerde bulunmak için zaman daha erken. Saha olgunlaştıkça ve metodolojiler laboratuvarlar arasındaki standartlar daha belirginleştikçe, daha fazla ve yeni insana özgü moleküler ve hücresel hastalık imzaları, ikincil doğrulama araştırmalarına paralel olarak ortaya çıkacaktır. Bu aslında kritik bir önem taşır, çünkü bu tür araştırmalarda, çok sayıda hücresel fenotipleri genelde ortaya çıkar. Gözlenen belli bir fenotipin hastalıkla direkt olarak ilgili mi, yoksa hastalıkla ilgisiz ama dengeleyici ya da yalnızca yapay bir olgu mu olduğunu teyit edebilmek için, elimizde geçerli sıkı kriterler olmalı. Bu aşamalar sonrasında genel gayemiz, kişiselleştirilmiş tedavilerde kullanılabilecek ve yeterli tekrarlanabilirlik ve rezolüsyonu olan üç boyutlu beyin model kültürleri üretmek. Sonuç olarak, elbette bu tür teknolojileri bir gün hastalara direkt olarak eriştirebilmek hedefindeyiz ama bunun için önümüzde uzun ve dikkatli yürümemiz gereken bir yol var. 

Beğendim 2 Muhteşem 2 Haha 0 İnanılmaz 0 Üzgün 0 Kızgın 0

SEN DE DÜŞÜNCELERİNİ PAYLAŞ!

Dikkat! Suç teşkil edecek, yasadışı, tehditkar, rahatsız edici, hakaret ve küfür içeren, aşağılayıcı, küçük düşürücü, kaba, pornografik, ahlaka aykırı, kişilik haklarına zarar verici ya da benzeri niteliklerde içeriklerden doğan her türlü mali, hukuki, cezai, idari sorumluluk içeriği gönderen Üye/Üyeler’e aittir.


yükleniyor

BU HABERİ OKUYANLAR BUNLARI DA OKUDU

YAZARLAR

tümü
    Takımlar O G B M Av P
1 YENİCAMİ AK 13 10 2 1 22 32
2 MAĞUSA TÜRK GÜCÜ 13 10 2 1 17 32
3 DOĞAN TÜRK BİRLİĞİ SK 13 8 0 5 11 24
4 BAF ÜLKÜ YURDU 13 6 3 4 11 21
5 ÇETİNKAYA TSK 13 6 3 4 1 21
6 CİHANGİR GSK 13 6 3 4 -1 21
7 TÜRK OCAĞI LİMASOL 13 6 2 5 7 20
8 GÖNYELİ SK 13 6 2 5 4 20
9 MERİT ALSANCAK YEŞİLOVA SK 13 6 2 5 -3 20
10 LEFKE TSK 13 5 4 4 0 19
11 GENÇLİK GÜCÜ TSK 13 3 4 6 -6 13
12 BİNATLI YSK 13 4 1 8 -9 13
13 KÜÇÜK KAYMAKLI TSK 13 2 7 4 -12 13
14 L. GENÇLER BİRLİĞİ SK 13 1 5 7 -16 8
15 GİRNE HALK EVİ 13 2 1 10 -10 7
16 ESENTEPE KKSK 13 2 1 10 -16 7
yukarı çık