Çip Üzerindeki Beyin-Kan Bariyeri ‘Sessiz Katile’ Yeni Bir Işık Tutuyor

Özet: Araştırmacılar, nöroinflamasyon çalışmalarında, yeni bir çip sistemi üzerindeki kan-beyin bariyerinin kullanıldığını bildiyorlar.

Kaynak: Vanderbilt Üniversitesi.

Kan-beyin bariyeri, beyindeki arterleri ve damarları çevreleyen özelleşmiş hücrelerden oluşan bir ağdır. Beyin hücrelerine hem ihtiyaç duydukları besin maddelerini veren hem de potansiyel olarak zararlı bileşenlerden koruyan benzersiz bir ağ geçidi oluşturur.

Gordon A.Cain Üniversitesi Profesörü John Wikswo’nun başkanlığını yaptığı Vanderbilt Bütünleştirici Biyolojik Sistemler Araştırma ve Eğitim Enstitüsü’nden (VIIBRE) bir ekip, bu kilit sistemin önceki modellerinin engellerini aşan bir mikroakışkan aygıt geliştirdiklerini ve bunu beyin iltihabı üzerine çalışmak için kullandıklarını bildirdi. Bu rahatsızlık “sessiz katil” olarak adlandırılıyor. Çünkü ağrıya neden olmuyor fakat Alzheimer ve Parkinson hastalıkları gibi nörodejeneratif koşullara katkıda bulunuyor. Son zamanlarda yapılan araştırmalar bunun, zihinsel bozukluktan depresyona ve hatta şizofreniye kadar geniş bir problem yelpazesinin altanda yattığını önermektedir.

Proje, Ulusal Sağlık Enstitülerinde Translasyonel Bilimleri Geliştirme Ulusal Merkezi tarafından finanse edilen 70 milyon dolarlık “İlaç Testi için Doku Çipi Programı’nın” bir parçasıdır. Amacı, yeni ilaçların güvenliğini ve etkinliğini daha hızlı, daha ucuz, daha etkili ve daha güvenilir bir şekilde değerlendirmek için çip üzerinde insan organı teknolojisini geliştirmektir.

Tıbbî araştırmacılar, bu kritik yapının, felç, Alzheimer, Parkinson, kesici olmayan cisimle kafaya alınan darbe ve beyin iltihabına kadar uzanan geniş bir aralıktaki beyin rahatsızlıkları ile ilişkili olduğunu bulduklarından, kan-beyin bariyerinin nasıl çalıştığını anlamanın önemi son yıllarda arttı.

Beyni koruyacak kompleks biyolojik sistemlerin güvenilir laboratuvar modellerini oluşturmanın önemine rağmen, bunu oluşturmada bilim insanları ciddi problemler yaşadılar. Önceki modeller ya statik oldu ve bundan dolayı kritik olan kan akımı etkilerini tekrar üretemediler ya da insan kan-beyin bariyerinde bulunan tüm hücre tiplerini destekleyemediler.

Çip üzerinde bir kan-beyin bariyeri yaratmak

Araştırmacıların çip üzerindeki NöroVasküler Ünite (NVU) dediği yeni cihaz, bu problemlerin üstesinden geliyor. Uzunluğu 0.5 cm, eni 0.25 cm ve kalınlığı 0.0084 cm olan bir girinti(kavite)’den oluşmaktadır. Bu ölçülere göre hacmi, insan beyni hacminin yaklaşık milyonda birine denk gelmektedir. Girinti, ince, geçirgen bir zarla ikiye bölünmüştür.  Üst bölme beyin kısmı gibi işlev görür. Alt bölme ise kan veya damar kısmı gibi işlev görür. Her iki bölme, bağımsız olarak perfüze edilmek ve örneklenmek üzere, ayrı ayrı mikro pompalara bağlanmış mikrokanallara bağlıdır.

Yapay bir kan-beyin bariyeri oluşturmak için, araştırmacılar öncelikle cihazı damarlı bölme üste gelecek şekilde çeviriyorlar ve özelleştirilmiş insan endotel hücreleri enjekte ediyorlar. Araştırmacılar, bu süre zarfında hücreden istikrarlı bir sıvı akışı sağlayabilirlerse, biçimsiz damla şekline bürünen endotel hücrelerinin, akış yönüne paralel olarak kendilerini yönlendirdiklerini buldular. İnsan kan-beyin bariyeri içindeki endotel hücrelerinin bir özelliği olan bu yönelim önceki birçok modelde eksiktir.

Bir veya iki gün sonra endotel hücreleri kendilerini zara bağladığında, araştırmacılar cihazı kapatıp, bariyeri düzenleyen uyarıcı nöronların yanı sıra bariyeri oluşturan diğer iki insan hücre tipini enjekte ederler – endotel hücrelerini saran yıldız şeklinde astrositler ve perisitler. Bunların hepsi şuan üstte olan beyin bölmesine girmektedirler. Geçirgen zar, yeni hücrelerin tıpkı beyindeki olduğu gibi endotel hücreleriyle fiziksel ve kimyasal temas etmelerine izin vermektedir.

Araştırmacılar, ihtiyaç duydukları insan endotel hücrelerini, astrositleri ve perisitleri ticari kaynaklardan satın alabildiler. İhtiyaç duyulan uyarıcı nöronlar için Vanderbilt Üniversitesi Tıp Merkezi’nden pediatri araştırma doktoru M. Diana Neely ve pediatri, nöroloji ve biyokimya bölümlerinden doçent Aaron Bowman’a başvurdular. Direkt olarak yetişkin hücrelerinden üretilen insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerden başlayarak, projenin ihtiyaç duyduğu uzmanlaşmış nöronları üretebildiler.

Neely, “Bu, katıldığım en heyecan verici projelerden biri. Halâ bebeklik aşamasında olmasına rağmen, muazzam bir potansiyele sahip” dedi

Bowman’a göre, potansiyel bir uygulama ise, bireysel hastalardan alınan hücreleri içeren doku çipleri geliştirmek ve bireylerin farklı ilaçlara verdiği kişisel reaksiyonları öngörmeyi mümkün kılmaktır.

Cihaz testleri kolayca geçti

VIIBRE personelinden bilim insanı ve “Kan-beyin bariyeri fizyolojisini ve yapısını çip üzerinde yeniden yaratmak: Yeni bir nörovasküler mikroakışkan biyoreaktör” makalesinin ilk yazarı Jacquelyn Brown, “Yapay bariyeri bir kez başarıyla kurduktan sonra, onu bir dizi temel teste tabi tuttuk ve hepsini kolaylıkla geçti. Bu bize, insan kan-beyin bariyerinin tamamen işlevsel bir modelini geliştirdiğimizi söyleyebilme güvenini veriyor” diyor. Brown bu başarıyı Biomicrofluidics dergisinde açıkladı.

cipÇip üzerindeki nörovasküler ünitenin bir örneği.

Ekip üyesi Donna Webb, “NVU, farklı ilaçları ve bileşikleri test etmek için kullanımına başlayabileceğimiz noktaya ulaştı. Çeşitli maddelerin bilişsel süreçleri nasıl etkilediğini anlamaya dair acil bir gereksinim var. Bunu ne zaman yaparsak, bir takım sürprizler yaşayacağız” diyor.

Enflamasyona verilen tepkinin ilk kez devamlı resmi sağlanıyor

VIBRE ekibi NVU’yu beyin infalamasyonuna ait mevcut çalışmaların temel kısıtlarının üstesinden gelmek için hali hazırda kullanmaktadır. Bu kullanımda, prosesin sadece çeşitli aşamalardaki anlık fotoğrafını ürettiler. NVU sürekli olarak izlenebildiğinden, beyin ve kan-beyin bariyerinin sistemik inflamasyona nasıl tepki verdiğinin ilk dinamik görüntüsünü sağlamıştır.

Bu sonuçlar, “insan nörovasküler ünitesi, çip üzerinde organ modeline ait kan-beyin bariyerinin inflamatuar parçalanmasının metabolik sonuçları” başlıklı bir makalede özetlenmiştir ve Journal of Neuroinflammation dergisinde yayınlanması kabul edilmiştir.

Bilim insanları, NVU’yu beyin iltihabına neden olduğu bilinen iki farklı bileşene maruz bıraktı: Bazı bakterilerin yüzeyinde bulunan lipopolisakkarit adlı büyük bir molekül ve inflamasyona karşı bağışıklık müdahalesinde önemli rol oynayan sitokinler olarak adlandırılan küçük proteinlerden oluşan karışım.

Brown, “En büyük sürprizlerden biri, kan-beyin bariyerinin bu bileşenlere verdiği cevaptaki kritik bir bileşenin protein sentezini arttırmaya başlamasıydı” diyor. “Bir sonraki aşama hangi proteinlerin üretildiğini ve ne işlev gördüklerini bulmak olacak

Araştırmacılar, bariyerdeki kan damarlarının, metabolik hızlarını arttırarak inflamasyona tepki gösterdiğini, buna karşılık beyin hücrelerinin metabolizmasının yavaşladığını keşfettiler. Brown’a göre, “Beyin kendisini korumaya çalışırken damar düzeni tepki vermeye çalışıyor olabilir.”

Çeviren : Gültekin METİN
http://neurosciencenews.com/bbb-chip-neurology-5703/

Check Also

DünyaNız Neden Bir Halüsinasyon-Bir Hayâl?

Merak etmeyin- Soğuk sadece bir halisünasyondur. Beyniniz bilgiyi işlerken (proses ederken) ne yapmakta? “Kontrollü çevrimiçi ...