Northwestern Üniversitesi ve Shirley Ryan AbilityLab araştırmacıları, laboratuvarda üretilen insan beyni benzeri dokuların elektriksel faaliyetini neredeyse bütünüyle izleyebilen yeni bir biyoelektronik sistem geliştirdi. Çalışma, 18 Şubat 20206’da Nature Biomedical Engineering dergisinde yayınlandı.
Araştırmanın odağında “insan nöral organoidleri” yer alıyor. Kamuoyunda zaman zaman “mini beyin” olarak anılan bu yapılar, insan kök hücrelerinden üç boyutlu (3D) olarak laboratuvarda büyütülüyor. Organoidler, gerçek bir beynin tüm özelliklerine sahip olmasa da, sinir hücreleri arasında elektriksel iletişim kurabilen canlı dokular olarak beyin gelişimini ve bazı nörolojik hastalıkları modellemek için kullanılıyor. Ancak bugüne kadar kullanılan kayıt cihazları, düz hücre tabakaları için tasarlandığından küresel ve üç boyutlu organoidlerle tam uyum sağlayamıyordu. Bu nedenle araştırmacılar, yalnızca sınırlı sayıda noktadan sinyal alabiliyor ve tüm sinir ağına yayılan eş zamanlı aktiviteleri kaçırabiliyordu.
Yeni geliştirilen sistem bu sorunu aşmayı hedefliyor. Başlangıçta düz ve esnek bir yapıya sahip olan gözenekli elektronik kafes, kontrollü bir mekanik bükülme sayesinde üç boyutlu forma dönüşüyor. Pop-up kitaplardaki kağıt mekanizmasına benzer bu dönüşüm sonrası cihaz, organoidin etrafını nazikçe sarıyor. Yumuşak ve nefes alabilen yapısı sayesinde oksijen ve besin girişini engellemiyor.
Organoidlerde tüm sinir ağı ilk kez bütüncül olarak izleniyor
Sistem, çapı yalnızca 10 mikrometre olan, yani yaklaşık bir hücre büyüklüğündeki 240 mikroelektrotla organoid yüzeyinin yüzde 90’dan fazlasını kaplayabiliyor. Bu sayede araştırmacılar, sinyallerin bir bölgeden başlayıp tüm ağa nasıl yayıldığını üç boyutlu olarak haritalayabiliyor. Ayrıca cihaz yalnızca kayıt yapmakla kalmıyor; belirli noktalara küçük elektrik uyarıları vererek sinir ağını etkileyebiliyor.
Deneylerde, multipl skleroz tedavisinde kullanılan 4-aminopiridin maddesinin sinirsel etkinliği artırdığı, botulinum toksinin ise hücreler arası iletişimi bozduğu gözlemlendi. Bulgular, sistemin ilaç etkilerini canlı insan sinir dokusu üzerinde izlemek için kullanılabileceğini gösteriyor.
Araştırmacılar, bu teknolojinin gelecekte hasta özelinde hastalık modelleme, ilaç testleri ve rejeneratif tedavilerin değerlendirilmesinde önemli rol oynayabileceğini belirtiyor. Organoidlerin tüm ağ düzeyindeki aktivitesini izleyebilmek, beyin hastalıklarını anlamada yeni bir aşama olarak görülüyor.
Kaynak: Nature Biomedical Engineering