Bilim İnsanları Canlı Beyni Dondurup Geri Döndürmeyi Nasıl Başardı?
Bilim insanları, buz kristallerinin normalde neden olduğu mikroskobik hasarı önleyerek beyin dokusunu güvenli bir şekilde dondurup yeniden canlandırma yolunda önemli bir adım attılar.
Ya canlı doku yıllarca, hatta on yıllarca dondurulup daha sonra işlevini kaybetmeden yeniden canlandırılabilseydi? Bunu mümkün kılmanın yollarını arayan bilim insanları, beklenmedik bir ilham kaynağına yöneldiler: Dünyanın en sert soğuklarından bazılarına dayanabilen minik bir amfibi olan Sibirya semenderi.
Bazı raporlara göre, Sibirya semenderi donma noktasının 50 derece altına yaklaşan sıcaklıklarda kış uykusunda kalabilir ve donmuş toprakta onlarca yıl hapsolmuş halde hayatta kalabilir. Koşullar ısındığında, normal aktivitesine geri döner. Araştırmacılar, sırrın hayvanın olağanüstü doğal “antifriz” sisteminde yattığını söylüyor.
Semenderin karaciğeri, vücudunun içindeki donma noktasını düşüren ve donma ve çözülme sırasında hücreleri ve dokuları korumaya yardımcı olan bir alkol olan gliserol üretir. Bu tür bir koruma olmadan, aşırı soğuk genellikle canlı organizmalar için yıkıcıdır çünkü dokuların içinde buz kristalleri oluşur.
Uniklinikum Erlangen Moleküler Nöroloji Bölümü’nden Dr. Alexander German, “Buz kristallerinin oluşumu, aşırı soğuğun canlılar için genellikle bu kadar zararlı olmasının nedenidir,” diye açıklıyor. “Çünkü kristaller hücrelere mekanik olarak zarar vererek dokunun hassas nanoyapısını tahrip edebilir.”
Doku sıvısı cam benzeri bir hale dönüşüyor
İnsan embriyoları aşırı derin dondurma yoluyla da yıllarca saklanabiliyor. Bunun gerçekleşmesi için hücreler, gliserole benzer şekilde buz kristallerinin oluşmasını engelleyen kimyasallarla işleniyor. German, “Doku ayrıca -130 derecenin altına soğutulduğunda da katılaşıyor” diyor. “Ancak hücrelerin içindeki ve arasındaki su cam benzeri bir hale geçiyor.” Cam, buz gibi katıdır, ancak molekülleri kristallerde görülen düzenli düzen yerine rastgele bir şekilde düzenlenmiştir.
Bu işleme vitrifikasyon denir. Ancak şimdiye kadar araştırmacılar, sinir dokusunu veya hatta tüm beyin bölgelerini, çözüldükten sonra tekrar işlev görmelerini sağlayacak şekilde dondurmayı başaramadılar. En büyük engellerden biri, işlemde kullanılan antifriz maddelerinin hassas hücreler için toksik olabilmesidir. Beyin dokusu özellikle hassastır çünkü sayısız küçük temas noktası olan sinapslarla birbirine bağlı yüz milyonlarca sinir hücresi içerir. Nöronlar bu bağlantılar aracılığıyla iletişim kurar.
Optimize edilmiş koruyucular ve dondurma işlemi
Daha önceki vitrifikasyon teknikleri bu karmaşık ağı bozmuş ve sinapslara zarar vermişti. Hücrelerin kendileri hayatta kalsa bile, korunmuş yapı artık düzgün çalışamazdı. German, “Ancak, sinir dokusunun bozulmadan kalması için koruyucuların bileşimini ve soğutma işlemini optimize ettik” diye vurguluyor.
Stereomikroskopik görüntüler, -160 santigrat derecedeki beyin kesitlerini göstermektedir. Soldaki doku vitrifikasyon yoluyla korunmuşken, sağdaki doku kristalleşme ve çatlama nedeniyle tahrip olmuştur. (Kaynak: Alexander German)
Ekip, yöntemi beyin kesitleri üzerinde test etti. Araştırmacılar, yaklaşımlarını kullanarak, bir kemirgen beyninin hafıza depolamasında rol oynayan bir bölgesi olan hipokampüsü -130 santigrat dereceye kadar soğuttular. German, “Elektron mikroskopi görüntülerini kullanarak, dokunun nanoyapısının dondurma işlemiyle değişmediğini kanıtlayabildik,” diyor. “Çözülmenin ardından, hipokampüste elektriksel sinyaller kendiliğinden yeniden oluştu ve sinir ağları boyunca normal şekilde yayıldı.”
Sinir hücreleri sinyalleşmeyi yeniden başlatmaktan daha fazlasını yaptı. FAU’daki Fizyoloji ve Patofizyoloji Enstitüsü’nde (Direktör: Prof. Dr. Christian Alzheimer) beyin araştırmacısı olan Dr. Fang Zheng, uzun süreli potansiyasyonun sinir hücrelerinin sinapslarında da tetiklenebileceğini gösterdi. Bu, sık kullanılan sinapsların güçlenerek bilgiyi daha etkili bir şekilde iletmelerini sağlayan önemli bir hücresel süreçtir. German, “Bu mekanizma, öğrenme süreçleri ve yeni hafıza içeriğinin depolanması için merkezi öneme sahiptir” diyor.
Peki, tedavi edilemeyen hastalıkların tedavisi geleceğe ertelenebilir mi?
Çalışmada geliştirilen yöntem, beyin dokusunun uzun süre işlevsel bir durumda korunmasına ve daha sonra hala çalışıp çalışmadığının test edilmesi için incelenmesine olanak tanıyor gibi görünüyor. Örneğin, bazı epilepsi hastalarında cerrahlar ameliyat sırasında sinir hücrelerini çıkarırlar. Bu tür örnekler saklanabilir ve yıllar sonra ilaçları test etmek için kullanılabilir. Hastalıklı dokunun kriyoprezervasyonu, nörodejeneratif bozukluklar üzerine yapılan araştırmaları da destekleyebilir.
Alexander German ayrıca bir gün tüm organizmaları yapay bir kış uykusuna yatırıp uzun bir süre sonra yeniden canlandırmanın mümkün olabileceğini umuyor. “Bu, örneğin uzay yolculuğu için veya şu anda tedavisi mümkün olmayan bir hastalıktan muzdarip insanlar için bir seçenek olabilir,” diyor. “Çünkü daha sonra, etkilenen kişiye yardımcı olabilecek bir tedavi seçeneği olabilir.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Canlı İnsan Beyni Dokusunda Türünün İlk Örneği Deney Gerçekleştirildi