Hasar Gören Sinir Hücreleri Taşınabilir Mitokondrilerle Onarılacak

Rockefeller Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, mitokondrilerin nöronal aksonlardaki taşınımı yükseltildiği takdirde, farelerin sinir hücelerinin yaralanma sonrası onarım becerilerinde artış olduğunu saptadı. Sonuçları Journal of Cell Biology dergisinde yayımlanan makale ile duyurulan çalışmanın, hastalık ya da yaralanma sonucu nöronları hasar gören insanlarda sinir hücrelerinin yeniden oluşumunu tetikleyecek stratejiler geliştirilmesine yardımcı olacağı ifade ediliyor.

Nöronların, vücutta uzun mesafelere yayılan aksonlarını genişletebilmeleri için büyük miktarda enerjiye gereksinimleri olur. Bu enerji mitokondriler tarafından ATP (adenozin trifosfat) biçiminde sağlanır. Mitokondriler, hücre içi enerji santralleridir. Gelişim sırasında mitokondriler aksonlarda ATP gereken yerlere taşınırlar. Ancak büyüme çağını geride bırakan yetişkinlerde, mitokondriler çok daha az hareketlidir, çünkü olgun nöronlar sintafilin (İng.syntaphilin) adı verilen bir protein üretirler. Sintafilin mitokondrileri bulundukları yere sabitler. Araştırmacı Zu-Hang Sheng ve çalışma arkadaşları, mitokondri taşınımındaki bu azalışın, yetişkinlerde yaralanma sonrası nöronların yenilenememesini açıklayıp açıklayamayacağını anlamaya karar verdi.

Sheng ve ekip arkadaşı Bing Zhou, olgun fare aksonları zarar gördüğünde yakında bulunan mitokondrilerin de hasarlandığını ve sinir yenilenmesi için gereken ATP desteğini veremediklerini saptadı. Bilimciler sintafilini sinir hücrelerinden genetik olarak kaldırdıklarında ise mitokondriyel taşınım arttı. Böylece hasar gören mitokondrilerin yerine ATP üretebilen sağlam mitokondriler gidebildi. Sintafilini olmayan olgun nöronların bu şekilde yaralanma sonrası yenilenebildikleri görüldü.

“Hücre içinde ve deney tüpünde gerçekleştirdiğimiz çalışmalar, mitokondriyel taşınımı arttırmak yoluyla enerji eksikliğinin giderilerek, nöronların yenilenmesinin sağlanabileceğini gösterdi. Bu yaklaşımdan yararlanarak merkezi ve çevresel sinir sistemi hasarlarının iyileştirilmesini sağlayacak stratejiler geliştirilebilir,” diyor Sheng.

Aşağıdaki videoda aksonlar hasar gördükten sonra, yakında bulunan mitokondrilerin ATP üretemez duruma geldikleri görülüyor. Bu mitokondrilerin rengi sarıdan (sağlıklı) yeşile (hasarlı) dönüyor (Telif: Zhou et al., 2016).


Kaynaklar:

  • Bilimfili,
  • Eurekalert, “Mobilizing mitochondria may be key to regenerating damaged neurons”
    < http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-06/rup-mmm060716.php >
  • Science Alert, “Scientists are using mobile mitochondria to repair damaged nerve cells”
    < http://www.sciencealert.com/damaged-neurons-could-be-fixed-with-mobile-mitochondria-scientists-say >

İlgili Makale: Bing Zhou, Panpan Yu, Mei-Yao Lin, Tao Sun, Yanmin Chen, and Zu-Hang Sheng Facilitation of axon regeneration by enhancing mitochondrial transport and rescuing energy deficits The Journal of Cell Biology Published June 7, 2016 The Rockefeller University Press, doi: 10.1083/jcb.201605101

Gerçek fonksiyonlu yapay nöron üretildi

Görünüşe göre, laboratuarda üretilen minyatür beyin modelleri sinirbilimciler için yeterli değildi çünkü şimdi bir araştırma grubu tarafından gerçek gibi çalışabilen ‘yapay nöron‘ üretildi. Asıl ilginç olan şey, bu yapay nöronların temel sinyal-iletim fonksiyonunu yerine getirmeleri ve gerçek insan hücreleri ile iletişime geçmeleri oldu, üstelik hiçbir canlı parça bulundurmadan..

Ekip araştırma dahilinde topladığı verilere dayanarak, gelecekte bu ‘yapay nöron – cihazların’ hastalıkların veya sakatlıkların tedavisinde, zarar görmüş nöronların yerine yerleştirerek kullanılabileceğini öne sürüyor. Bu cihazlar ayrıca protez endüstrisi içinde de kendisine bir yer bulabilir. Operatör doktorlar, hareket kontrolünü geliştirmek amacıyla; yapay nöronları bir insan dokusu ile yapay organı (protez) arasında köprü görevi görecek şekilde kullanabilir.

Nöronlar veya ‘sinir hücreleri’; bilgiyi işlemek ve/veya diğer hücrelere iletimini sağlamak üzere özelleşmiş hücre grubudur. Sinir hücreleri, iletişim kurabilmek için iki sinir arasında bulunan küçük hücrelerarası boşluklar olan “sinaps“lara kimyasal sinyaller yada diğer bir değişle nörotransmitter salınımı gerçekleştirirler. Bu kimyasallar daha sonra ardı sıra gelen sinir hücresi tarafından tutulup veya alınıp, elektrik sinyal üretimi gerçekleştirilir. Bu elektrik sinyal voltajına aksiyon potansiyeli denmektedir. Aksiyon potansiyeli, nöronun ince aksonu boyunca ilerlemeye devam eder ve hücrenin diğer ucuna ulaştığında yeniden bir kimyasal salınımını uyararak sıradaki sinapsa nörotransmitter salgılanmasını sağlar.

Bu devreyi taklit etmek üzere İsveç’teki Karolinska Institutet’ten bilim insanları, iletken moleküller (polimerler) kullanarak bir nöron inşa etti ve enzim-temelli biyosensörler, organik biyoelektroniklere bağlandı. Sensörler çevrelerinde oluşan ve araştırmacılar tarafından suni şekilde yaratılan kimyasal değişimi ayırt ederek, yüklü iyonların akışını kontrol eden ‘elektronik pompa‘lar sayesinde elektriksel sinyal üretimini sağlıyor. Benzer pompalar, nöronların zarlarının üzerinde de çokça bulunmaktadır. Sonuçta, elektrik sinyal tekrar kimyasal sinyale dönüşerek, nörotransmitter salınımı gerçekleşiyor ve bu sinyal ile insan hücreleri uyarılabiliyor.

Araştırmacılar, daha ileri gelişme ve minyatürizasyon ile bu yapay hücrelerin laboratuvar dışında da bir yere sahip olabileceğini hatta insan vücuduna yerleştirilebileceğini düşünüyorlar.

Baş araştırmacı Agneta Richter-Dahlfors konu ile ilgili; ” Gelecekte, kablosuz iletişim konsepti eklenerek biyosensörlerin vücudun bir parçasına yerleştirilebileceğini ve vücudun çok uzak noktalarında nörotransmitter salınımını uyarabileceğini görebiliyoruz. Kendi kendini düzenleyebilen bir algılama ve ulaştırma -belki uzaktan kontrol da edilebilecek – sistemini kullanmak, gelecek araştırmalar için, nörolojik hastalıkların yok edilmesi veya kontrol altına alınabilmesi için yeni ve heyecan verici fırsatlar yaratabilir” açıklamasını yaptı.

Kaynak:

Beyin Dalgaları Elektrik Alanla Mı Yayılıyor?

Case Western Reserve University’den bilim insanları beyin içerisinde iletişim (nöronlar veya beyin bölgeleri arası etkileşim kastediliyor) sağlayan yeni bir yolu keşfetmiş olabilir.

Araştırmacıların keşfi, beyin dalgalarını incelerken hafıza ve epilepsi ile ilintili olası yeni hedeflerin tanımlanmasını ve sağlıklı beyin koşullarının daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir.

Yapılan araştırmada, nöral uyarının beyinde izlediği yolun bilindiği bir takım mekanizmalarda, sinir uyarıları çok yavaş bir hızda kaydedildi. Araştırmacılar, bu dalganın yayılımının tek açıklamasının; tespit edilebilecek zayıf bir elektrik alan tarafından yayılıyor olacağını belirtti. Laboratuvar çalışmaları ve bilgisayar modelleri de bu savı destekliyor.

Bugüne kadar bu fenomen üzerine çalışılıyor olsa da, bu araştırmadaki bağıntı daha önce kurulamamış, net bir kanıt da bulunamamıştı. Burada yapılan bağıntının da sonucunda bu yönü belirlenebilir elektrik alanla; çeşitli beyin süreçlerinin kontrolü ve geliştirilmesi için kognitif ritime müdahale edilebileceği veya bir takım hastalık koşularının modülasyonu yapılabileceği çıkarımı kolaylıkla yapılabilir.

Araştırmacılar bulgularını ve araştırmanın detaylarını The Journal of Neuroscience’da yayımladılar.

Araştırmacılar bugüne kadar beyin içindeki elektrik dalgalarının, dalga geçişini sağlamak için (dalga ile bilgi aktarımı) fazla zayıf olduğunu düşünüyorlardı. Ancak öyle görünüyor ki; beyin belki de sinaptik transmisyon (nöronlar arası uyarının direkt iletilmesi), difüzyon veya açıklık bağlantıları (teknik olarak ‘gap junctions’ terimi kullanılır) olmadan elektrik dalgaları ile iletişimini sağlıyor olabilir.

Alanlar Nasıl Çalışıyor 

Bilgisayar modelleri ve fare hipokampusları (beynin uzamsal navigasyon ve hafıza ile ilgili olan bölgesi) üzerinde yapılan testler; alanın, bir hücrede veya bir grup hücrede başlıyor olabileceğini gösteriyor.

Elektrik alan düşük genlikte de olsa, bu alan hemen yakınlardaki hücre veya hücreleri uyararak aktive edebiliyor, ki bunun sonucunda da bu hücrelerin yakınlarında olan diğerleri uyarılıyor ve saniyede 10 santimetre gibi bir oranla beyin boyunca uzanabilecek bir iletişim başlamış oluyor.

Araştırmacılar, farelerin hipokampuslarında, beyin içinde üretilen doğal elektrik alanı blokladıklarında ve hem laboratuvar kaplarındaki sinirler üzerindeki incelemelerde hem de bilgisayar modelinde benzer etkiyi yaratmak için hücreler arasındaki mesafeyi artırdıklarında dalganın hızının yavaşladığını gözlemlediler.

Araştırmacılara göre bu sonuçlar aktivite süresince yayılma mekanizmasının, elektrik alanla tutarlılık gösterdiğini ve de yavaşlama miktarının bu aradaki fark kadar olduğunu açığa çıkarıyor.

Uyku dalgaları ve uyku süresince hafıza oluşumunun bir anlamda devam etmesini sağlayan teta dalgaları ve epilepsi nöbeti dalgaları saniyede bir metre ilerleyebiliyorlar. Bu bize frekansları hakkında direkt bir bilgi veriyor ve araştırmacılar şimdi de elektrik alanın hem fizyoloji (normal durumlar) hem de patoloji (epilepsi ve diğer benzer hastalık koşulları) için olası etkilerini araştırmaya devam edecekler.

Eğer bir ilgisi varsa bir sonraki aşama da elektrik alanın bu anlamda normal durumlar veya patolojilerle ilgili nasıl bilgiler taşıdığını öğrenmek ve bunun üzerine epilepsi veya başka bilişsel hastalıklar / anomalilerin tedavisinde yeni adımlar atmak üzerine olacaktır.


Kaynak : Bilimfili, C. Qiu, R. S. Shivacharan, M. Zhang, D. M. Durand. Can Neural Activity Propagate by Endogenous Electrical Field? Journal of Neuroscience, 2015; 35 (48): 15800 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1045-15.2015

Kenevir Nöral Gürültüyü Artırıyor

Kanabisin (kenevir) birincil aktif bileşeni yani etken maddesi delta-9-tetrahidrokanabinol (∆9-THC),sağlıklı insanlarda da şizofreni vakalarında çokça görülen geçici psikoz-benzeri etkiler yaratıyor. Bu etkilerin oluşmasının altında yatan moleküler mekanizmalar ve sebepler ise henüz netleşmiş değil.

Biological Psychiatry‘de yayımlanan yeni bir çalışmada, ∆9-THC’nin sağlıklı insanların beyninde nöronların rastgele aktive olmasına (nöral gürültü olarak bilinen süreç) sebep olduğu tespit edildi. Nöral gürültünün artması ise kenevirin psikoz benzeri etkilerinin olduğuna işaret ediyor.

Yale Tıp Fakültesi’nden Psikiyatri post doktora araştırmacısı Dr. Jose Cortes-Briones’e göre kenevirin psikoz benzeri etkilerinin temelinde ‘nöral gürültünün beynin normal bilgi işleme sistemine zarar veriyor olması’ yatıyor olabilir.

Araştırmacılar, ∆9-THC’nin beynin 24 saatlik elektriksel aktivitesi üzerindeki etkisini üç gün sürecek bu araştırmaya katılan insanlar üzerinde incelediler. Bu üç gün süresince katılımcılara damardan günlük ikişer doz ∆9-THC yada plasebo verildi. Bu enjeksiyonlar da katılımcılar arasında değişken dört biçimde gerçekleştirildi : iki dozu da plasebo olanlar, rastgele verilenler, çaprazlamalı ve iki miktarı denkleştirilmiş olanlar.

Eğer yapılacak devam deneyleri ile kesinleştirilirse nöral gürültü ile psikoz arasındaki bu bağ, şizofreni ile ilişkili semptomların biyolojisinin anlaşılmasına ışık tutacaktır.

Bu ilginç çalışma kenevirin temel etken maddesinin beyin üzerindeki etkileri ile şizofreninin ortaklıklarını gün yüzüne çıkartıyor. Kortikal (beyin kabuğu) aktivitedeki veya fonksiyonlardaki bozulmalara yol açan ∆9-THC maddesi bize kenevirin bilişsel zararlarını ve etkilerini de gösterebilir.

Çalışma yalnızca psikozun altında yatan sebepleri anlamamıza olanak sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda geçtiğimiz birkaç yılda Dünya genelinde yayılan biçimde medikal ve yasal kullanımı onaylanmakta olan bu uyuşturucu üzerindeki tartışmalara da yeni bir argüman öne sürüyor.

 


Kaynak :  Bilimfili, Jose A. Cortes-Briones, John D. Cahill, Patrick D. Skosnik, Daniel H. Mathalon, Ashley Williams, R. Andrew Sewell, Brian J. Roach, Judith M. Ford, Mohini Ranganathan, Deepak Cyril D’Souza. The Psychosis-like Effects of Δ9-Tetrahydrocannabinol Are Associated With Increased Cortical Noise in Healthy Humans. Biological Psychiatry, 2015; 78 (11): 805 DOI: 10.1016/j.biopsych.2015.03.023

Acı Hissetmemenin Moleküler Kökeni

Nadir görülen bir genetik mutasyon ile doğan insanlar acı hissedemiyorlar.. Uzun yıllardır bilinen bu durumu, ilaçlar ile yapay olarak elde etme çalışmaları ise çok da gözle görülür başarı gösteremedi. University of College London’dan araştırmacılarının yürüttüğü yeni bir çalışmada ise, aynı mutasyonu bulundurmak üzere genetik olarak modifiye edilmiş fareler ile acısız ağrısız bir hayatın reçetesi ortaya çıkarıldı.

Mesajların (kimyasal veya sinirsel iletinin) sinir hücreleri arasındaki aktarımını veya geçişini sağlayan ve hücre zarı üzerinde konuçlanan ‘kanallar’ sinir sistemi içerisinde elektriksel iletimin sağlanması için ciddi bir önem arz eder. 2006 yılında yayımlanan bir çalışmada bu kanallardan birisi olan Nav1.7 (bir sodyum kanalı) çoğunlukla ağrı/acı iletilen güzergahlarda bulunduğu ve bu kanalı sentezleyen geninde hasar ile doğan insanların acı hissedemedikleri gösterilmişti. Nav1.7 kanalını bloke eden veya çalışmasını durduran ilaçların ise şimdiye kadar ciddi bir etkisi gözlemlenmedi.

Nature Communications’da yayımlanan bu yeni çalışma Nav1.7’den yoksun olan hem insan hem de farelerin normalin üzerinde doğal opioid peptitler ürettiklerini ortaya koyuyor. Bu proteinler morfin veya kodein gibi sinir sistemi üzerinde analjezik etkiler gösteren proteinlerdir.

Acısızlık veya başka bir deyişle ağrı hissinden yoksun olma durumunun opioidlere bağlı olup olmadığını anlamak için araştırmacılar, Nav1.7 bulundurmayan farelere bir opioid inhibitörü (durdurucusu) olan ‘naloxene’ (naloksen) vererek, acı hissini tekrar kazandıklarını gözlemlediler. Bu deneyi takiben, aynı mutasyona sahip 39 yaşındaki bir kadına da naloksen verildi ve kadının hayatı boyunca ilk kez acı hissetmesi sağlandı.

Bugün birçok sodyum kanalı bloklayıcısı biliniyor ve bunlar lokal anestezide kullanılıyor. Ancak uzun süreli ağrı / acı kontrolünde kullanılamıyorlar çünkü bütün bir uyuşukluğa (hissizliğe) ve çeşitli cidid yan etkilere sebep olabiliyorlar. Buna karşılık Nav1.7 eksikliği ile doğan insanlar acı hissedemiyorlar ve bilinen tek yan etkisi ise koku alamamak.

Morfin gibi opioid ağrı kesiciler acı hissini düşürmekte son derece etkililer ancak uzun süreli kullanımları bağımlılık veyahut toleransın ortaya çıkmasına sebep olabilmektedir. Bunun sonucunda da artık vücudun bağışıklığı ve ilacın normal dozlarında işe yaramaması ve hatta çalışmasının tamamen durması gibi sonuçlar da oluşabilmektedir.

Profesör John Wood’un açıklamasına göre, Nav1.7 bloklayıcılarının içinde bu kanalı bloklamak için en düşük dozlarda ve miktarda ihtiyaç duyulan maddenin opioid olduğu görülüyor. Çalışmayan veya hatalı Nav1.7’ye sahip olan insanlar çok düşük seviyelerde opioidler üretiyorlar ve gözle görülür bir yan etki de tecrübe etmiyorlar veya bir tolerans geliştirmiyorlar.

Araştırmacılar ise şimdi 2017’de başlayacak insan deneyleri ile ilaç / kimyasal kombinasyonlarını ve/veya varyasyonlarını deneyerek milyonlarca acı çeken, ağrılı rahatsızlıklar duyan insana yardımcı olacak sonuçlara ulaşmayı bekliyorlar.

Araştırmanın fizyolojik deney kısmındaki bulgularından biri de modifiye farelerin sinir sistemlerinde modifiye olmayanlara nazaran  iki kat daha fazla doğal-opioidler bulundurması idi.

Transjenik (genetik olarak modifiye edilmiş) hayvan modellerinin insan hastalıkları ile ilgili olarak klinik önemlerini tekrar vurgulayan araştırma, bu durumun acısızlık için de geçerli olduğunu ömrü boyunca ağrı veya acı hissetmemiş bir insanın acıyı tecrübe setmesini sağlayacak kadar büyük uygulamalarının olabileceğini de göstermiş oldu.


Kaynak : Bilimfili, Michael S. Minett, Vanessa Pereira, Shafaq Sikandar, Ayako Matsuyama, Stéphane Lolignier, Alexandros H. Kanellopoulos, Flavia Mancini, Gian D. Iannetti, Yury D. Bogdanov, Sonia Santana-Varela, Queensta Millet, Giorgios Baskozos, Raymond MacAllister, James J. Cox, Jing Zhao, John N. Wood. Endogenous opioids contribute to insensitivity to pain in humans and mice lacking sodium channel Nav1.7. Nature Communications, 2015; 6: 8967 DOI: 10.1038/ncomms9967

Nervus phrenicus

Nervus phrenicus terimi “frenik sinir” anlamına gelen Latince bir ifadedir. “Nervus” kelimesi Latince “sinir” anlamına gelen “nervus” kelimesinden, “phrenicus” kelimesi ise Yunanca “diyafram” anlamına gelen “phren” kelimesinden gelmektedir. “Nervus phrenicus” teriminin kayıtlı ilk kullanımı MS 1. yüzyılda Romalı hekim Galen tarafından yapılmıştır.

Frenik sinirler boyundan (omuriliğin C3-C5 seviyeleri) çıkan ve akciğer ile kalp arasından geçerek göğüs boşluğunu karından ayıran büyük bir kas olan diyaframa ulaşan bir çift önemli sinirdir. Bu sinir, solunum sürecindeki temel rolü nedeniyle insan vücudunda önemli bir sinirdir. (bkz: nervus) (bkz: phren)

Her frenik sinir, diyaframın bir yarısına motor ve duyusal innervasyon sağlar. Motor lifler diyaframın uyarılmasından sorumludur ve nefes almak için hayati önem taşıyan kasılmasına ve gevşemesine izin verir. Duyusal lifler, ağrı ve propriyosepsiyon gibi hisleri algılayan diyaframın orta kısmına duyusal innervasyon sağlar.

Frenik sinirler ayrıca mediastinal plevra ve perikardiyuma (kalbin dış tabakası) duyusal innervasyon sağlar; bunlar, örneğin belirli kalp hastalıklarında sevk edilen ağrı modellerinde rol oynayabilir.

Frenik sinirlerin önemi, bu sinirleri içeren tıbbi durumlarda vurgulanmaktadır. Örneğin, frenik siniri etkileyen bir yaralanma veya hastalık, diyafragma felci olarak bilinen ve nefes almada zorluğa neden olabilen bir duruma yol açabilir. Frenik sinirlerden birinin veya her ikisinin kontrolsüz uyarılması hıçkırığa neden olabilir.

Ayrıca, boyun veya göğüsteki cerrahi prosedürlerin (akciğer kanseri ameliyatları veya kalp ameliyatları gibi) ameliyat sonrası solunum komplikasyonlarını önlemek için frenik sinirlere zarar vermekten kaçınmaya dikkat etmesi gerektiğini de belirtmek gerekir.

Tarih

Frenik sinir, diyaframa motor ve duyusal innervasyon sağlayan karışık bir sinirdir. Boyundaki üçüncü, dördüncü ve beşinci servikal spinal sinirlerin (C3-C5) anterior rami’lerinden çıkar. Sinir toraks boyunca diyaframa doğru ilerler ve burada solunumu sağlayan kas liflerini innerve eder.

Frenik sinir önemli bir sinirdir çünkü solunumdan sorumludur. Frenik sinir yaralanır veya koparsa, solunum felcine neden olabilir. Bu, hayatı tehdit eden bir durum olabilir.

İşte frenik sinirin kısa bir tarihçesi:

  • “Nervus phrenicus” teriminin kaydedilen ilk kullanımı MS 1. yüzyılda Romalı doktor Galen tarafından yapılmıştır.
  • Frenik sinir ilk olarak İtalyan anatomist Andrea Vesalius tarafından “De Humani Corporis Fabrica” (1543) adlı kitabında ayrıntılı olarak tanımlanmıştır.
  • Frenik sinir, Fransız anatomist Jean Riolan the Younger tarafından “Anatomia Reformata” (1649) adlı kitabında daha ayrıntılı olarak incelenmiştir.
  • Frenik sinir, 19. yüzyılda kan alma işlemi için bir bölge olarak kullanılmıştır.
  • Frenik sinir artık frenik sinir pili gibi belirli solunum rahatsızlıkları olan hastalarda ameliyat için önemli bir hedeftir.
  • Frenik sinir nispeten uzun ve ince bir sinirdir, bu da onu yaralanmaya karşı hassas hale getirir. Travma, ameliyat veya tümörler nedeniyle yaralanabilir. Frenik sinirin yaralanması, yaşamı tehdit eden bir durum olabilen solunum felcine neden olabilir.

Frenik sinir, solunum fizyolojisi çalışmalarında da önemlidir. Bilim insanları frenik siniri inceleyerek diyaframın nasıl çalıştığı ve solunumu nasıl kontrol ettiği hakkında daha fazla bilgi edinebilirler.

Kaynak:

  1. Standring, S. (2016). Gray’s Anatomy (41st ed.). Elsevier.
  2. Snell, R. S. (2010). Clinical anatomy by regions. Lippincott Williams & Wilkins.