İnsan beyni, en karmaşık organ olmak için binlerce yıl boyunca şekillendirilmiş bir biyolojik mühendislik harikasıdır. Yine de, bir soru, bir yemekte gelişimini modellemeye çalışan bilim adamları için büyük görünür: olgunlaşmasını neyin körüklüyor? Beyin organoidleri – kök hücrelerden türetilen mirası 3D modeller – nörogelişim ve hastalık hakkında görülmemiş bilgiler sunar.
Olgunlaşma Arayışı: Öğle Yemeği Hipotezi
İnsan beyni gelişimi, birçoğu astrositler tarafından düzenlenen besin, büyüme faktörleri ve hücresel etkileşimlerin bir senfonisine dayanır. Bu yıldız şeklindeki hücreler, nöronlara metabolik destek, dayanıklı sinapslar ve fonksiyonel sinir ağları oluşturmak için kritik proteinleri salgılamaktadır. Yine de, organoidlerde astrositler geç ve seyrek olarak gelişir, nöronları yetersiz beslenir ve sınırlı fonksiyonel performansa sahip olgunlaşmamış bir durumda sıkışır.
Düzenli bir öğle yemeği tartışması sırasında, meslektaşlarım ve ben kendimizi beyin organoidlerinin olgunluğu hakkında ortak bir hayal kırıklığı hakkında bulurken bulduk: “Boyayı kuru izlemek gibi.” “Belki onları sadece bazı temel besinlerle beslemeliyiz.” 2D nöronal kültürlerde, bilim adamları uzun zamandır insan nöronlarının olgunluğunu hızlandırmak için kemirgen astrositleri kullandılar. Bu hücreler, sinaptik büyümeyi ve elektriksel aktiviteyi teşvik eden beslenme iskelesi, salgılayıcı faktörler olarak işlev görür. Ancak 3D organoidlerde, bu yaklaşım denenmemişti-özellikle organoidlerin kendi kendine yeterli olduğu varsayıldığı için.
Bu varsayımı sorguladık. Astrositler beynin şefleri ise, moleküler “gıda” nöronlarının olgunlaşması gerekirse, salgılarını destekleyebilir mi, organoidlerin olgunlaşmamışlığını atlayabilir mi? Fikir neredeyse çok basit hissetti. Ancak, sadelik, onun gücü olabileceğini düşündük. Bir çalışma, çapraz tür astrosit faktörlerinin (örneğin fare-insan) şaşırtıcı bir şekilde iyi çalıştığını bile kaydetti.
Doğanın tarifini hasat etmek: astrosit mutfağında denemeler
Fare astrositlerini hasat etme konusundaki ilk denememiz… eğiticiydi. Başlamaya istekli olarak, astrositleri korteksten izole etmeyi amaçlayan yenidoğan fare beyinlerini diseke ettik. Ancak hücreleri kültürlediğimizde, beklediğimiz gür astrositler gibi değil, düz, yayılan çarşaflarda büyüdüler. Deneyleri gerçekleştirmek yarım ay ve astrosit yerine meningeal hücreler aldığımızı anlamak için yarım ay sürdü. Görünen o ki, beynin yüzeyine yapışan hassas pia mater, kültürlerimizi kaçırmıştı. Bu tökezleme bize alçakgönüllülük ve hassas bir ders verdi. Diseksiyon protokolümüzü rafine ettik, zarları titizlikle soyduk ve kısa süre sonra iyi niyetli astrositlerin flakonları vardı. Bir hafta boyunca toplanan salgıları “olgunlaşma dozumuz” oldu.
Organoidleri bu astrosit koşullu ortamla dozlandırdığımızda, sonuçlar çarpıcıydı: doğal kaynaklardan türetilen astrosit salgılanan ipuçlarının, derin tabaka nöronlarının aşırı üretimi, genişlemiş nöron tabakası ve fonksiyonel nöral ağların yüksek olgunlaşmasıyla özellikli olgunlaşmayı teşvik ettiği bulundu. Doğa, görünüşe göre, bir olgunlaşma kokteyli tasarlamıştı – sadece ödünç almamız gerekiyordu.
Çapraz türler sürpriz: Fare astrositleri neden çalışıyor
Makalemizi hazırlarken, bir eleştiri büyük göründü: Neden insan yerine fare astrositleri kullanıyorsunuz? Gözden geçirenler, türler arası faktörlerin insan nöronal davranışını bozabileceğinden endişe ediyorlar. Bu zorluk projemizin en aydınlatıcı dolambaçlı dolambaçlı dolambaçlı dolambaçlı dolambaçlı dolambaçlı dolambaçlı dolambaçı oldu.
Literatürü tekrar ziyaret ettik ve karma tür kültürlerinin in vitro çalışmalar için teknik olarak daha uygun göründüğünü gördük. Sonra daha deneysel ve mekanik doğrulamalar gerçekleştirdik. Bu araştırma, nöral kültürler içindeki astrositik faktörlerin koruyucu etkilerinin açıklanmasında lipit damlacık (LD) birikiminin önemli rolünü açıkladı. Bu metabolik yeniden kablolama, LDS'nin nöroprotektif bir aracı olarak hizmet ettiği, hücresel stresi tamponladığı ve sürekli nöronal olgunlaşmayı sağlayan bir farklılaşma nişi yarattı.
Özellikle, fare astrosit koşullu ortam, daha derin LD birikimini uyararak ve daha yüksek oranda olgun nöronlar üreten üstün etkileri indükledi. Bu, nöral olgunlaşmayı yöneten lipit aracılı mekanizmalarda ilginç türler arası sinerjizm olduğunu düşündürmektedir.
Daha büyük resim: yeni bir beyin beslenmesi dönemi
Bu bulgularımızdaki türler arası sinerji, başlangıçta tartışmalı olsa da, hikayemizin temel taşı haline geldi. Astrosit sinyalinin evrensel bir “dilini” ima etti – organoidlerde insan astrosit gelişiminin yavaş temposunu atlamak için kullanılabilir. Diğer türlerin beyin bileşenleri daha iyi insan modellerini tasarlamamıza yardımcı olabilir mi? “Beyin yapmak için beyin kullanma” fikri neredeyse şiirsel hissediyor. Organoid olgunlaşmasını hızlandırmak için model organizmaların hızlı gelişim programlarına (zebra balığı rejenerasyonu, şarkı kuşu nöroplastisitesi) dokunduğunuzu düşünün. Veya evrimsel anlayışlardan yararlanmak: Fare astrositleri insan nöronlarını olgunluğa doğru itebilirse, primat ve hatta kuş glia ne sunabilir?
Şekil 1: Daha iyi tasarlanmış insan modelleri için beyin inşa etmek için beyinler kullanma
Serendipite ve azimlik bir yolculuk
Geriye dönüp baktığımızda, yinelemeli bilimsel keşif yolculuğu zorluklarla doludur, ancak olasılıklarla da zengindir. Öğle yemeği olarak başlayan şey “ne olursa olsun” diseksiyon hatalarından, tür tartışmalarını ve aylarca optimizasyondan kurtuldu. Biyolojinin mevcut bilgeliğine yaslanarak ve beklenmedik geri bildirimlere açık kalarak, bir kafeterya konuşmasını potansiyel olarak organoid araştırmaları besleyebilecek bir araca dönüştürdük.
Bunu okuyan erken kariyer bilim adamlarına: Bu gayri resmi laboratuvar sohbetlerini besleyin. Ve bir deney ters gittiğinde (benim bu meningeal hücrelerde olduğu gibi) unutmayın: Hatalar sadece doğanın sizi daha iyi sorulara yönlendirme yoludur.
Bir yanıt yazın