Nöroteknoloji

Hibrit Beyinler: Sıçan Nöronlarına Sahip Fareler Kokuları Algılıyor

Özet: Araştırmacılar, fare nöronları içeren hibrit beyinlere sahip fareler geliştirerek çığır açıcı bir ilerleme kaydettiler ve farelerin kokuları fareler gibi algılamasını sağladılar. Bu yenilik, beynin farklı türlerden hücreleri entegre etme ve kullanma konusundaki dikkate değer esnekliğinin altını çizerek, insan-makine arayüzlerine ve hücre nakli tedavilerine yönelik yaklaşımlarda devrim yaratma potansiyeli taşıyor.

Hibrit fareler, sıçandan türetilmiş koku alma duyularını kullanarak kurabiyelerin yerini bulma yeteneğini gösterdi; bu da sıçan nöronlarının başarılı işlevsel entegrasyonunu ortaya koydu. Umut verici olmakla birlikte, bu araştırma aynı zamanda nöron değişiminin karmaşıklığını da vurguluyor ve nörodejeneratif ve nörogelişimsel bozukluklarda etkili tedavi için işlevsiz nöronları ortadan kaldırmaya yönelik hedefli stratejilere ihtiyaç olduğunu öne sürüyor.

Ana unsurlar:

  1. Hibrit Beyin İşlevselliği: Sıçan nöronlarına sahip fareler, görevleri yerine getirmek için sıçan benzeri koku alma yeteneklerini etkili bir şekilde kullandı; bu, yabancı nöronların başka bir türün beynine tamamen entegre olabileceğini ve çalışabileceğini kanıtladı.
  2. İnsan Sağlığına Etkileri: Bu araştırma, hücre işlevselliği ve entegrasyonuna yönelik modelleri geliştirerek nörolojik durumların anlaşılmasını ve tedavisini hızlandırabilir ve potansiyel olarak Parkinson ve epilepsi gibi durumlara yardımcı olabilir.
  3. Gelecekteki yönlendirmeler: Farelerde sıçan nöronları ile elde edilen başarı, primat nöronları ile deneyler yapılmasına olanak tanıyor ve potansiyel olarak araştırmacıları insan nörolojik bozukluklarını anlamaya daha da yaklaştırıyor.

Kaynak: Kolombiya Üniversitesi

Eğer fareler dünyayı bir fare olarak deneyimlemenin nasıl bir şey olduğunu merak ediyorsa, bazıları artık en azından koku alma duyusu söz konusu olduğunda bu rüyayı yaşayabiliyor.

Columbia Üniversitesi’nden Kristin Baldwin liderliğindeki araştırmacılar, fare nöronlarıyla dünyanın kokularını algılayan, kısmen fare, kısmen sıçan olmak üzere hibrit beyinlere sahip fareler yarattı.

İlk kez bir hayvan, bir başkasının duyu aygıtını dünyayı algılamak ve ona doğru tepki vermek için kullanabiliyor ve bu, beynin dış beyin hücrelerini entegre etme konusunda ne kadar esnek olabileceğinin bir göstergesi.

Columbia Üniversitesi Vagelos’ta genetik ve gelişim profesörü Baldwin, “Bu araştırma bize, beynin esnekliğini, insan-makine arayüzlerinden veya nakledilen kök hücrelerden gelen diğer türdeki girdileri barındırabilecek şekilde nasıl genişletebileceğimizi göstermeye başlıyor” diyor. Hekimler ve Cerrahlar Koleji.

Hibrit hedefler

İnsan beyninin hastalıklarını anlama ve tedavi etme konusundaki en büyük zorluklardan biri, bu bozuklukların mevcut araştırma yöntemleriyle tam olarak anlaşılmasının imkansız olmasıdır.

Baldwin, “Organoid adı verilen tabaklarda ve 3 boyutlu kültürlerde güzel hücre modellerimiz var ve her ikisinin de avantajları var” diyor.

“Fakat bunların hiçbiri hücrelerin gerçekten en yüksek düzeyde çalışıp çalışmadığını belirlemenize izin vermiyor.”

Hibrit beyinler, araştırmacıların beyin hücrelerinin nasıl hastalandığını veya öldüğünü daha iyi anlamalarına ve beynin bazı kısımlarını onarma ve değiştirme kurallarını daha iyi anlamalarına olanak tanıyacak.

“Şu anda araştırmacılar Parkinson ve epilepsi hastalarına kök hücre ve nöron naklediyor. Ancak bunun ne kadar işe yarayacağını gerçekten anlamıyoruz” diye ekliyor.

“Hibrit beyin modelleriyle bazı yanıtları klinik denemelerden daha hızlı bir şekilde almaya başlayabiliriz.”

Hibrit beyinler yaratmak

Araştırmacılar daha önce nöronlar enjekte ederek veya bir türden bezelye büyüklüğündeki beyin organoidlerini gelişmekte olan bir beyne veya fare veya sıçan gibi tamamen oluşmuş bir beyne naklederek hibrit beyinler yaratmışlardı.

Baldwin, “Bu deneyler bize, beyin hücrelerini mevcut bir beyne ne zaman ve nasıl ekleyebileceğimiz konusunda bir şekilde sınırlı olduğumuzu gösterdi” diyor.

“Beyin belirli bir noktaya kadar gelişmişse, nakledilen hücrelerin birbirine uygun şekilde bağlanması gerekmez.”

Bunun yerine, Baldwin’in ekibi fare kök hücrelerini fare blastosistlerine yerleştirdi; bu, döllenmeden sadece birkaç saat sonra ortaya çıkan gelişimin erken bir aşamasıdır, böylece sıçan ve fare hücreleri birlikte büyüyüp kendi başlarına bütünleşebilsinler.

Blastosist tamamlama adı verilen teknik, güçlü araştırma araçları olduğu kanıtlanmış, insan bağışıklık sistemine sahip fareler yaratmak için kullanılan tekniğe benzer. Ancak bu çalışmaya kadar teknik, iki farklı türün hibrit beyinlerini oluşturma konusunda başarılı olmamıştı.

Baldwin, “Yaptığımız şey gerçekten son teknoloji” diyor.

Sıçan nöronları farelerde koku duyusunu geri kazandırıyor

Ekibin ilk hibrit deneylerinde, fare beyninin fare nöronlarının nerede ortaya çıktığını incelediler. Sıçanlar daha yavaş gelişir ve daha büyük beyinlere sahiptir, ancak farede, sıçan hücreleri farenin talimatlarını takip ederek gelişimlerini hızlandırdı ve fare benzerleriyle aynı türden bağlantılar kurdu.

Baldwin, “Fare beyninin neredeyse tamamında fare hücrelerini görebiliyordunuz, bu bizim için oldukça şaşırtıcıydı” diyor.

“Bize, yerleştirmenin önünde çok az engel olduğunu söylüyor, bu da birçok fare nöronunun benzer bir sıçan nöronuyla değiştirilebileceğini gösteriyor.”

Araştırmacılar daha sonra sıçan nöronlarının işlevsel bir sinir devresine (bu durumda fareler için yiyecek bulmak ve yırtıcı hayvanlardan kaçınmak için gerekli olan koku alma sisteminin bir parçası) entegre olup olmadığına baktılar.

Araştırmacılar, fare embriyosunu kendi koku alma nöronlarını öldürecek veya etkisiz hale getirecek şekilde tasarlayarak, sıçan nöronlarının hayvanların koku alma duyusunu geri kazandırıp kazandırmadığını kolayca belirleyebildiler.

Baldwin, “Her fare kafesine bir kurabiye sakladık ve bunu fare nöronlarıyla bulabildiklerini görünce çok şaşırdık” diyor.

Ancak bazı fareler kurabiyeyi bulma konusunda diğerlerinden daha başarılı oldu. Araştırmacılar, kendi susturulmuş koku nöronlarını koruyan farelerin, gizli kurabiye bulma konusunda, koku nöronları gelişim sırasında yok olacak şekilde tasarlanmış farelere göre daha az başarılı olduklarını buldu.

Baldwin, “Bu, yedek nöronların eklenmesinin tak ve çalıştır olmadığını gösteriyor” diyor.

“İşlevsel bir değişim istiyorsanız, orada öylece duran işlevsiz nöronları boşaltmanız gerekebilir; bu, bazı nörodejeneratif hastalıklarda ve ayrıca otizm ve şizofreni gibi bazı nörogelişimsel bozukluklarda da geçerli olabilir.”

Baldwin’in ekibi tarafından oluşturulan hibrit beyin sistemi sayesinde araştırmacılar artık fareleri kullanarak farklı modellerde olanları dikkatli bir şekilde inceleyebilecek ve bu da sonunda insan hücre naklinin başarısını artırmaya yardımcı olabilecek.

Primat melezleri mi?

Yeni hibrit beyin sisteminin bir dezavantajı, sıçan hücrelerinin her farklı hayvanda rastgele dağılmış olmasıdır; bu, bu çalışmaların beyindeki diğer duyusal ve sinir sistemlerine genişletilmesinin önünde bir engeldir. Baldwin’in laboratuvarı şu anda eklenen hücrelerin tek bir hücre tipine dönüşmesini sağlamanın yollarını bulmaya çalışıyor, bu da daha kesin deneylere olanak sağlayabilir.

Eğer eklenen hücrelerin hibrit beyinlerdeki gelişimleri kısıtlanabilirse, bu aynı zamanda primat nöronlara sahip hibrit beyinler yaratmanın kapısını da açabilir. Baldwin, “Bu, insan hastalıklarını anlamaya daha da yaklaşmamıza yardımcı olacaktır” diyor.

Bu sinirbilim araştırma haberi hakkında

Soyut

İki türün nöronlarından oluşturulan fonksiyonel duyu devreleri

Öne Çıkanlar

  • Sıçan kök hücreleri, iki türün beyinlerini geniş ölçüde doldurmak için fare blastosistlerinde gelişir
  • Sıçan nöronları eşzamanlı olarak gelişir ve aynı kökenden gelen fare nöronlarıyla sinaps yapar
  • Devre kaybı veya susturmanın genetik modelleri, eksojen nöronların kurtarma kapasitesini ortaya koyuyor
  • Sıçan duyu nöronları, anozmik farelerde yiyecek arayan ilkel davranışı geri kazandırır

Özet

Rejeneratif sinir biliminin temel sorusu, iki türden oluşan sentetik sinir devrelerinin sağlam bir beyinde işleyip işleyemeyeceğidir.

Burada, türler arası sinir devrelerini seçici bir şekilde oluşturmak ve test etmek için blastosist tamamlamayı uyguluyoruz.

Yaklaşık 10-20 milyon yıllık evrime ve beyin boyutundaki belirgin tür farklılıklarına rağmen, fare blastosistlerine enjekte edilen sıçan pluripotent kök hücreleri, fare beyni boyunca gelişir ve varlığını sürdürür.

Beklenmedik bir şekilde fare nişi, korteks ve hipokampustaki sıçan nöronlarının doğum tarihlerini yeniden programlayarak sıçan-fare sinaptik aktivitesini destekler.

Fare koku nöronları genetik olarak susturulduğunda veya öldürüldüğünde, sıçan nöronları koku işleme devrelerine bilgi akışını yeniden sağlar. Üstelik, fare nöronlarından daha az başarılı olsa da, yiyecek aramanın temel davranışını kurtarıyorlar.

Bir farenin başka türden nöronları kullanarak dünyayı algılayabildiğini ortaya çıkararak, nöral blastokist tamamlayıcılığını, beyin gelişimi, plastisite ve onarımın korunmuş mekanizmalarını tanımlamak için güçlü bir araç olarak ortaya koyuyoruz.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/hybrid-brain-olfaction-neurons-25983/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu