Beyni Yeniden İnşa Etmek: Sinir Sistemi Araştırmalarında Hibrit Beyinler ve Etik Sorunlar!

İnsan beyni, kompleks ve dinamik bir sistemdir. Gelişiminin incelenmesi ve merkezi sinir sistemi odaklı hastalıkların mekanizmalarının aydınlatılması konusunda yapılan çalışmalar sonucu her geçen gün yeni veriler elde edilmekte. Vincenzo De Paola ve ekibi, Imperial College London'da, insan nöronlarını fare beynine aktararak elde ettikleri hibrit bir beynin gelişim sürecini yakından incelediler ve bu bağlamda insan beyninin gelişim mekanizmalarının aydınlatılmasına katkıda bulundular.^[1]

De Paola ve ekibinin geliştirdiği sistem, özelleşmiş bir "nöral kimera" tipi olarak sınıflandırılmaktadır. Kimeralar, temelde insan ve hayvan dokularının birleştirilmesiyle üretilmektedir. De Paola ve ekibinin araştırmada yararlandıkları nöral kimera sistemi ise insan kök hücrelerinden elde edilen nöronların fare beynine aktarılması ve gelişimlerinin izlenmesi esasına dayanıyor.^[1]

Nature

De Paola ve ekibi, kurdukları nöral kimera sisteminde; farenin kendi nöronlarının olgunlaşması için geçmesi gereken 5 haftanın yanında, insan kök hücrelerinden üretilen ve fare beynine nakledilen insan nöronlarının olgunlaşmak için 6 ila 12 ay arasında değişen bir süreye ihtiyaç duyduklarını fark ettiler. Tamamen başka bir organizmada bulunmalarına rağmen, insana özgü nöronların bu uzun süreli gelişim zamanlamalarının kendi içlerinde kodlandığı sonucuna vardılar.

Ekip, insan nöronlarının sistem bünyesinde normal şekilde geliştiğini, farenin görsel devresine entegre olduğunu ve içinde işlev gördüğünü, tıpkı fare hücrelerinin görsel uyaranlara yaptığı gibi yanıt verdiğini buldu. İnsan nöronlarının yabancı bir beyne yerleşmesi ve normal şekilde çalışması şaşırtıcıydı. Ve bu, gelecekte hasarlı beyin devrelerini onarmak için hücre nakillerinin kullanılabileceği anlamına gelebilir.

Hayvan Modellerinden Kimeralara...

İnsan biyolojisinin anlaşılması veya bazı hastalıkların gelişme mekanizmalarının aydınlatılması adına hayvan modellerinin kullanılması milattan önce 500 yıllarına kadar uzanmaktadır.^[2] Standart bir pratik yaklaşım haline gelen bu uygulama yıllar boyunca tıbbın gelişmesine katkı sağlamıştır. Günümüzde hâlâ çeşitli bilim dallarınca hayvan modellerinden yararlanılsa da bu konuda nispeten yeni uygulamalar da geliştirilmiştir.

İnsan organizmasının diğer hayvanlardan farklılığı, belirli testler söz konusu olduğunda o denli fazladır ki, söz konusu farklılık, deneyin gerçekleştirilmesinin veya anlamlı sonuç alınmasının önüne geçer. Bu durumda hibrit organlar/organizmaların (kimeraların) üretilmesi yoluna gidilir. Uygulamanın ana hedeflerinden biri, hayvan konakçısındaki doğal insan süreçlerini veya lokalize insan dokularını incelemek için hayvanları biyolojik olarak insancıllaştırmaktır.

Her ne kadar kulağa yeni bir kavrammış gibi gelse de biyolojinin tarihi kimera çalışmalarıyla doludur. 1900'lerin başlarından itibaren embriyologlar farklı hayvan türlerinin embriyolarını "kesip yapıştırdılar" ve hatta bir tavukla bir bıldırcını birbirine kaynaştırdılar. Araştırmacılar aynı zamanda organlar, hücreler ve genler gibi insana özgü elementleri hastalıkların daha iyi anlaşılması ve bu bağlamda tedavi yollarının keşfedilmesi gibi sebeplerle hayvanlara naklettiler. 1980'lerin sonlarından beri belli bağışıklık özelliklerine sahip fareler ve insan tümörleri nakledilmiş fareler hep eşit derecede ilgi çekici oldu.^[1]

Nöral Kimerizm

Geçtiğimiz 5 yılda nöral kimera çalışmaları daha net anlaşılır bir seviyeye ulaştığından dolayı bu sistemleri kurmak için farklı yollar da keşfedilmiştir. Tek bir insan nöronunun veya kültürlenmiş bir beyin dokusunun (organoid) nakledilmesinden, sıfırdan kimerik beyin dokusu üretmeye çalışmak için iki türden embriyoların birleştirilmesine kadar değişen yöntemlerle çalışılmaktadır. Bu konuda en kullanışlı yöntemin kök hücrelerden nöron üretilmesi olduğu düşünülüyor.

Kimera oluşturmak amacıyla geliştirilecek nöronlar için, iki tür insan kök hücresi kullanılır: orijinal olarak embriyolardan türetilen embriyonik kök hücreler ya da yeniden programlanmış yetişkin hücrelerden türetilen indüklenmiş (uyarılmış) pluripotent kök hücreler. Her iki tip de vücuttaki herhangi bir doku olma potansiyeline sahiptir ve nöronlara dönüşmeye yönlendirilebilir; ancak pluripotent kök hücrelerin embriyonik kök hücrelere göre avantajının, nörona dönüştüklerinde pluripotent kök hücrelerin daha "plastik" şekilde davranabilmesi olduğu fark edilmiştir. Bu esneklik nöral kimeranın daha fonksiyonel şekilde işlemesine olanak tanır.

Nature

Bu çalışmaların kısa vadede sonuçları muazzamdı; ancak uzun vadede hayatta kalan insan nöronlarının nakilleri yalnızca son on yılda gerçekleştirilebildi. 2013 yılında, Université Libre de Bruxelles'de bir sinirbilimci olan Pierre Vanderhaeghen ve ekibi, insan nöronlarının kök hücrelerden, nakledildiklerinde fare beyninde gelişecekleri - ancak kontrolsüz büyümeyecekleri - noktaya kadar hassas bir şekilde üretilmesini mükemmelleştirdiler. Ekip, ayrıca Alzheimer hastalığına genetik yatkınlığı olan farelerin beyinlerine sağlıklı insan nöronları da nakletti.

Çalışma, insan nöronlarının hastalıklı beyinde dejenere olduğunu, fare nöronlarının ise canlı kaldığını gösterdi. Bu, yalnızca insan nöronlarının Alzheimer hastalığına karşı özellikle savunmasız olduğunu doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda araştırmacılara, yaşayan hastalıklı bir beyindeki insan nöronlarına ne olduğunu izlemenin de bir yolunu göstermiş oldu.

Etik Tartışmalar

Bahsi geçen heyecan verici araştırma olanaklarıyla birlikte, özellikle insan hücrelerinin deney hayvanlarının beyinlerindeki potansiyel etkileri söz konusu olduğunda, hayvanların ahlaki insanlaştırılmasıyla ilgili ahlaki kaygılar ortaya çıkıyor. İnsan beyninin, benzersiz ahlaki ve bilişsel özelliklerin tek merkezi olduğuna, ve nöral kimerizm ile bu özelliklerin ilkel hayvanlara "transfer" edileceğine inananlara göre nöral kimerizm oldukça etik dışı bir uygulama olarak görünebilir.

Nöral organoidlerin, yani insan nöronlarından laboratuvar ortamında üretilmiş mini beyinlerin, insan beyninin bütünlüğünde bilinci sağlayan ana yapılardan yoksun olduğundan dolayı etik tartışmalara yol açmayacağı savunulmuştur.^[3] Fare beyninde geliştirilen nöral kimeraların da insan hücreleri ve fare hücreleri arasındaki oldukça büyük tür farklılığından dolayı fareye ani bir bilinç kazandırmaktan uzak olduğu konusunda açıklamalarda bulunulmuştur. Bilincin sinirsel bağıntılarının, tüm biçimleriyle serebral korteksin geniş ve çeşitli anatomik bölgelerine dağıldığına ve çoklu hücre tiplerini içerdiğine inanılmaktadır.

Nöral kimerizmin uygulandığı bölgesel alan, bu özelliklerin açığa çıkması için yeterli koşulları sağlamaktan uzaktır. Yakın tarihli bir bilimsel araştırma, bilincin minimal sinirsel bağıntılarının öncelikle duyusal alanları içeren posterior serebral kortikal bölgelere indirgendiğini öne sürmektedir. Bu bulguların, bilinçli deneyimlerinin varlığı hakkında konuşabilen ve eş zamanlı olarak nörogörüntüleme testleri uygulanan bireylerden elde edildiği düşünüldüğünde; konuşamayan ve herhangi bir bilinçli durum emaresi gösteremeyen ilkel canlılarda kimerizm sonucu bilincin ortaya çıktığını savunmak zor olurdu. ^[4]

Ancak NIH, bu konuda daha titiz olunması gerektiği ve insanlarla diğer hayvanlar arasındaki çizgiyi bulanıklaştırma veya bir hayvanda insan benzeri algı veya bilişi özetleme potansiyeli nedeniyle bu tür kimeraların etik bir gri bölgeyi temsil ettiği konusunda uyarıyor. Bazı araştırmacılar da bu tür kimeraların farklı bir deney yöntemi uygulanamıyor ise veya yalnızca başka hiçbir hücre veya hayvan modeli uygun olmazsa kullanılması gerektiğini savunuyor.