Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Bilim insanları beyinde bulunan küçük bir grup beyin hücresini manyetizma ile aktif hale getirdi. Aktif hale getirilen vücut hareketlerinde: koşmak da dâhil olmak üzere, el ve ayakları hareket ettirme ve kontrollerini kaybetmek de dâhil. Bu çalışmanın başarısı, nörolojik hastalıkların tedavisinde ve geliştirilecek çalışmalarda katkıda bulunabilir.  Buffalo Üniversitesi’nde araştırmayı yöneten Prof. Arnd Pralle: “ Şimdilik, davranış kontrolü ve duyguların nöronal haritasını çıkarmak için yapmamız gereken çok işimiz var. Aklımızın bilgisayarı nasıl çalışıyor? Geliştirdiğimiz teknik bu soru için gayretlerimizi gayet iyi bir şekilde destekleyebilecek nitelikte” dedi.

Beynin nasıl çalıştığını anlamamız içerisinde, farklı organlarımızın birbiriyle olan etkileşimi ve davranış kontrolü, hastalıklara anahtar tedaviler üretmemiz hatta belli nöron gruplarında hasar ya da işlev bozukluğu da var. Travmatik beyin hasarında, Parkinson hastalığı, distoni ve periferik felç gibi rahatsızlıkların hepsi bu kategoriye giriyor. Gelişmeler Pralle’in ekibi tarafından raporlandı ve ekip, depresyon ve epilepsi gibi beyinde direkt etkisi bulunan rahatsızlıkların tedavisinde de bilim insanlarına destek olmak istiyor.

Manyetik-termal uyarı, araştırmacıların ısıyı kullanarak manyetik nano parçacıklarla beyindeki nöronları uyarmasını sağlıyor. Nano parçacıklar harici manyetik alan tarafından ısıtıldığı zaman beyin hücreleri yanar bu da ısıya duyarlı iyon kanalların açılmasına neden olur. Farelerde Pralle’in ekibi, beyinde üç farklı bölgede başarılı bir şekilde belli motor fonksiyonları aktif hale getirdi. Farelerde yapılan çalışma 15 Ağustos’ta hakemli dergi eLife’ta açık kaynak olarak yayınlanmıştır. Motor korteksinde uyarılan nöronlar hayvanlarda koşmaya neden olurken striatumdaki nöronlar uyarıldığında kendi etraflarında dönmelerine neden oluyor. Beyindeki daha derin bölgeleri aktif hale getiren bilim insanları, farelerde el ve ayaklarını oynatamadığını donakaldıklarını gözlemlediler. Pralle: “Yöntemimizi kullanırken, çok küçük bir grup hücreyi hedefleyebiliyoruz, 100 micrometre genişliğinde, bu da insanların bir saç telinin genişliği kadar” dedi.

Manyetik-Termal Uyarı Nasıl Çalışıyor

Manyetik-termal uyarı, araştırmacıların ısıyı kullanarak manyetik nano parçacıkları beyindeki nöronları uyarmasını sağlar.

Öncelikle bilim insanları genetik mühendisliğini kullanarak, hedeflenen nöronlara özel bir DNA zincirini yerleştirerek bu hücrelere ısı aktive edilmiş bir iyon kanalı üretmelerini sağlıyor. Sonrasındaysa, araştırmacılar özel olarak hazırladıkları manyetik nano parçacıkları beynin aynı bölgesine enjekte ederler. Bu nano parçacıklar hedeflenen nöronların yüzeyine tutturularak sanki bir soğan zarıymış gibi kaplanır. 

Beyinde başka bir manyetik alan oluşturulduğunda, nano parçacıklar manyetizmasının sürekli hareket etmesine neden olur bu da hedeflenmiş olan nöronların ısınmasını sağlar. Bu olay ısıya duyarlı iyon kanallarının açılmasına ve böylelikle nöronların ısınmasına neden oluyor.  Pralle, neredeyse 10 yıldır manyetik-termal uyarıyı geliştirmek için çalışıyordu. Önceden tekniğin petri kabında aktif hale getirilmesinde işe yaradığını kanıtlayan Pralle sonrasında küçük bir nematod olan C. Elegans’ın davranışlarını kontrol edebildi. Pralle, manyetik-termal uyarının diğer yöntemlere göre daha avantajlı olduğunu söylüyor.

Pralle, en iyi ve en çok bilinen teknik optogenetik’in, hücreleri ısıtıp aktif hale getirmek için manyetizma yerine ışığı kullanıyor, ama optogenetik tipik olarak beyne küçük fiber optik kablolar yerleştirilmesini gerektirirken manyetik-termal uyarının uzaktan, beyne daha az müdahale ettiğini belirtiyor.  

Araştırmadaki bir sonraki adım, manyetik-termal uyarının farelerin beyninin birçok bölgesinde aynı anda aktif hale getirilmesi ve kapatılması işlemini yapmak üzerine olacak. Pralle Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde araştırmacı ve Harvard Tıp Fakültesi’nde PhD Polina Anikeeva ile birlikte proje üzerine çalışmalarda bulunuyor. Ekip Ulusal Sağlık Enstitüsü tarafından 3,5 milyon dolarlık bütçe ile çalışmalarına devam etmeleri için destekleniyor.

KAYNAK

Buffalo Üniversitesi Haberler, New York.