Biruni Üniversitesi'nden Dr. Öğr. Üyesi Büşra Aynekin ve ekibi, çocuklarda gelişimsel gecikme, mikrosefali ve tedaviye dirençli epilepsiye yol açabilen nadir genetik değişikliklerin sinir hücreleri üzerindeki etkilerini inceliyor. İnsan kök hücrelerinden geliştirilen ve "minyatür beyin" olarak adlandırılan üç boyutlu organoid modelleriyle yapılan çalışmalar, epilepsinin hücresel mekanizmalarını anlamayı ve yeni tedavi yöntemleri geliştirmeyi hedefliyor.
Hastalık mekanizmaları üç boyutlu modellerle aydınlanıyor
Dr. Aynekin, insan kök hücrelerinden geliştirilen üç boyutlu doku modellerinin nadir genetik hastalıkların neden olduğu nörolojik bozuklukları anlamada önemli fırsatlar sunduğunu belirtti. Aynekin, “Araştırma ekibimizle birlikte, NARS1 genindeki hastalıkla ilişkili değişikliklerin sinir hücrelerinin gelişimi ve işleyişi üzerindeki etkilerini inceliyoruz. Laboratuvar ortamında insan beyninin bazı özelliklerini taklit eden ve ‘minyatür beyin’ olarak adlandırılan üç boyutlu kortikal organoidler kullanıyoruz. Bu modeller sayesinde epilepsiyle ilişkili hücresel bozuklukları belirlemeyi ve hastalığın temelinde yatan moleküler mekanizmaları aydınlatmayı amaçlıyoruz” dedi.
NARS1 geni ve sinir sistemi üzerindeki etkileri
NARS1 geninin sinir sistemi gelişiminde kritik bir rol oynadığını vurgulayan Dr. Aynekin, bu gendeki mutasyonların çocuklarda ciddi nörolojik sorunlara yol açabildiğini söyledi. Aynekin, “NARS1 geni, hücrelerin protein üretiminde görev alan AsnRS adlı enzimin üretilmesini sağlıyor. Bu enzimin işlevinin bozulması, sinir hücrelerinin normal gelişimini ve faaliyetlerini olumsuz etkileyebiliyor. Özellikle çocukluk döneminde gelişimsel gecikme, mikrosefali ve tedaviye dirençli epilepsi nöbetleri ortaya çıkabiliyor. Biz de araştırmalarımızda genetik düzeyde başlayan bu değişikliklerin sinir hücrelerinde nasıl bir bozukluğa yol açtığını anlamaya çalışıyoruz” diye konuştu.
Gelişmiş teknolojilerle hücresel bozukluklar inceleniyor
Klasik laboratuvar yöntemlerinin insan beyninin karmaşık yapısını tam olarak yansıtmadığını belirten Aynekin, üç boyutlu organoid teknolojisinin bu alanda önemli avantajlar sağladığını ifade etti. Aynekin, “Klasik laboratuvar yöntemlerinde hücreler genellikle iki boyutlu ortamlarda yetiştiriliyor. Ancak insan beynindeki sinir hücreleri çok daha karmaşık bir yapı içerisinde gelişiyor ve birbirleriyle sürekli iletişim kuruyor. Biz hastalardan elde edilen ve farklı hücre türlerine dönüşebilme özelliği kazandırılan kök hücreleri kullanarak beyin dokusunun bazı özelliklerini taklit eden üç boyutlu modeller geliştiriyoruz. Halk arasında ‘minyatür beyin’ olarak bilinen bu organoidler sayesinde, hastalığa neden olan genetik değişikliklerin insan sinir hücreleri üzerindeki etkilerini daha ayrıntılı inceleyebiliyoruz” şeklinde konuştu. Dr. Aynekin önderliğinde University College London’da (UCL) indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPSC’ler) türetildi. Aynekin, UCL’de elde edilen bu hücreleri kullanarak Biruni Üniversitesi’nde üç boyutlu ‘minyatür beyin’ modelleri üretmeyi ve genetik değişikliklerin sinir hücrelerinin gelişimi ile işleyişi üzerindeki etkilerini araştırmayı hedefliyor.
Epilepsiye yol açan elektriksel aktiviteler araştırılıyor
Epilepsinin sinir hücrelerindeki anormal elektriksel aktiviteyle ilişkili olduğunu belirten Aynekin, araştırmalarda hücrelerin elektriksel davranışlarını izleyebilen ileri teknolojilerden yararlandıklarını söyledi. Aynekin, “Sinir hücreleri birbirleriyle elektriksel ve kimyasal sinyaller aracılığıyla iletişim kuruyor. Bu iletişimde meydana gelen bozukluklar, nöronların aşırı uyarılabilir hale gelmesine ve epileptik aktivitenin oluşmasına katkıda bulunabiliyor. Araştırmalarımızda canlı hücre kalsiyum görüntüleme teknikleri ve çoklu elektrot dizilimleri kullanarak sinir hücrelerinin elektriksel aktivitesini inceliyoruz. Böylece genetik bozuklukların nöronal ağların işleyişini nasıl etkilediğini ve epilepsiyle ilişkili değişikliklerin hangi süreçlerde ortaya çıktığını anlamayı hedefliyoruz” ifadelerini kullandı.
Araştırmalar yeni tedavi yaklaşımlarına zemin hazırlıyor
Araştırmaların uzun vadede yeni tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini vurgulayan Aynekin, özellikle hücrelerdeki protein üretim dengesinin bozulmasıyla ortaya çıkan stres mekanizmalarına odaklandıklarını belirtti. Aynekin, “Hücreler protein üretiminde bir sorun yaşadığında kendilerini korumak amacıyla çeşitli stres yanıtları oluşturuyor. Ancak bu yanıtların uzun süre devam etmesi, sinir hücrelerinin gelişimini ve işlevlerini olumsuz etkileyebiliyor. ATF4 ve DDIT3 gibi moleküler belirteçler üzerinden bu süreçleri araştırıyoruz. Amacımız yalnızca epilepsi nöbetlerine neden olan elektriksel bozuklukları anlamak değil, bu bozuklukların ortaya çıkmasına yol açan hücresel mekanizmaları da belirlemek” dedi. Gelecekte hastalığın temelindeki bozuklukları hedefleyen tedavi yöntemleri geliştirilebileceğini ifade eden Aynekin, “Bugün epilepsi tedavisinde temel hedeflerden biri nöbetleri kontrol altına almak. Ancak bazı genetik hastalıklarda nöbetlerin kontrol edilmesi, hastalığın altında yatan biyolojik sorunların tamamen ortadan kalktığı anlamına gelmiyor. Biz hücrelerde bozulan protein üretim dengesini ve sinir hücreleri arasındaki iletişimi yeniden düzenleyebilecek yaklaşımları araştırmayı hedefliyoruz. Henüz deneysel aşamada olan bu çalışmaların, gelecekte yalnızca belirtileri değil, hastalığın ortaya çıkmasına neden olan mekanizmaları hedefleyen tedavilerin geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini düşünüyoruz” diye konuştu.
Beş yıllık araştırma süreci uluslararası ödüller getirdi
Nadir nörolojik ve nöromüsküler hastalıkların moleküler mekanizmaları üzerine yaklaşık beş yıldır araştırmalar yürüttüğünü belirten Aynekin, çalışmalarının uluslararası bilimsel platformlarda da ilgi gördüğünü söyledi. Nöromüsküler hastalıklar alanındaki çalışmalarının üç ayrı ödüle layık görüldüğünü belirten Aynekin, 9. Neuromuscular Kongresi’nde birincilik elde ettiklerini ifade etti. Bilimsel araştırmaların uzun soluklu bir süreç olduğunu vurgulayan Aynekin, “Beş yıl önce laboratuvar ortamında birkaç petri kabında gerçekleştirdiğimiz kök hücre çalışmalarıyla başlayan araştırma sürecimiz, bugün insan sinir sisteminin bazı özelliklerini taklit eden üç boyutlu modellerle devam ediyor. Elde ettiğimiz bilimsel sonuçların uluslararası platformlarda ödüllendirilmesi bizim için önemli bir motivasyon kaynağı. Ancak en büyük hedefimiz, bu çalışmaların ilerleyen yıllarda nadir genetik hastalıklarla mücadele eden çocukların ve ailelerinin yaşamına katkı sağlayabilecek yeni tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesine zemin hazırlaması” dedi.
