NIH, beyin için ‘insan genom projesinin’ bir sonraki aşamasını başlattı

NIH, beyin için 'insan genom projesinin' bir sonraki aşamasını başlattı

TUlusal Sağlık Enstitüleri Perşembe günü, insan beyninin gizemlerini çözmeye yönelik kapsamlı ve sürekli bir çaba, tüm beynin ayrıntılı bir haritasını oluşturma çabalarını finanse etmek ve terapötikleri hedeflemek için yeni yollar ve sloganlar için 600 milyon dolardan fazla yeni fon açıkladı. diğer molekülleri belirli beyin hücresi popülasyonlarına

Salk Enstitüsü’ndeki ekiplerden Duke Üniversitesi’ne, MIT ve Harvard’ın Geniş Enstitüsü’ne ve diğer yerlere kadar ülke çapındaki bilim adamları katılıyor. Başarılı olursa, vücudun en karmaşık organıyla ilgili temel soruları yanıtlamaya yardımcı olurlar. Beyindeki tüm hücre tipleri nelerdir? Birbirlerine nasıl bağlanırlar? Hastalık sırasında beynin işleyişi nasıl değişir ve bu konuda ne yapabiliriz?

Şimdiye kadar, bu soruların cevaplanmasından daha kolay olduğu kanıtlandı, araştırmacılar bireysel çalışmalardan bilgi parçalarını topladılar, ancak umut, geniş tabanlı bir çabanın yeni keşifleri hızlandıracağı yönünde.

reklamcılık

Yeni finansman, NIH’nin ilgili projelere halihazırda yatırım yapmış olduğu 2.4 milyar dolara katkıda bulunuyor. 2026 yılına kadar ajans 5 milyar dolar harcamış olacak. Araştırmaya öncülük edecek bilim adamları, ölçeğini ve kapsamını açıkça 1990’larda ve 2000’lerin başında ilk insan genomunu sıralamaya yönelik baskıyla karşılaştırıyorlar.

“Bunu gerçekten İnsan Genom Projesi gibi görüyorum. Şimdi, genleri tanımlayabildiğimiz gibi hücreleri tanımlama yeteneğine sahibiz, ”diyor Seattle’daki Allen Enstitüsü’nden bir sinirbilimci olan Ed Lein. “Bu, biyoloji ve hastalığın diğer birçok yönünü anlamaya başlamanın temelidir.”

reklamcılık

En son duyuru, 2013’te Obama yönetimi tarafından tanıtılan ve 2014’te başlatılan Yenilikçi Nöroteknolojileri Geliştirerek Beyin Araştırmaları (BRAIN) olarak bilinen ve devam eden bir çabanın parçası. Amacı: beyni dolduran 86 milyar hücreyi daha iyi anlamak. ve birbirleriyle kurdukları trilyonlarca bağlantı.

BRAIN Initiative’in direktörü John Ngai, “Bu, tartışmasız bildiğimiz en gelişmiş bilgisayar” dedi. “Bağlantılarını ve organizasyon ilkelerini anlamak için yaklaşamadığımız oldukça karmaşık bir organ ve daha iyi araçlara ihtiyacımız olduğunun farkına vardık.”

O zamandan beri, BEYİN ile ilgili hibeler yaklaşık 1.200 çalışmayı finanse etti ve 5.000 araştırma yayınına yol açtı. Ngai ayrıca programın başarısını bazı hastalar üzerindeki yaşamı değiştiren etkisinde de ölçer. 2021’de San Francisco’daki California Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, 15 yıldan fazla süredir konuşmayan felçli bir adamın beyin sinyallerini deşifre etti ve konuşma girişimlerini ekranda görünen kelimeler oluşturmak için kullandı. Geçen Kasım ayında, Baylor Tıp Fakültesi’ndeki araştırmacılar, beyin devrelerini uyarmak için elektriksel sarsıntıları kullanan ve Parkinson hastalığı gibi rahatsızlıklar için yararlı olduğu kanıtlanmış bir yaklaşım olan derin beyin stimülasyonunun faydalarını test eden depresyon hastaları için bir klinik deney başlattılar.

Ngai, “Bunlar, 10 yıl önce, hatta belki beş yıl önce, kelimenin tam anlamıyla bilim kurgu olan kavramlara dayanan deneylerdi.” Dedi.

“BRAIN 2.0” olarak adlandırılan yeni finansman turu, bu ilerlemenin üzerine inşa etmeyi amaçlıyor. On bir hibe, beynin kapsamlı bir atlasını, bir tür parça listesini ve orada hangi hücrelerin bulunduğunu ve nasıl organize edildiğini gösteren 3 boyutlu haritayı oluşturan gruplara gidiyor. Allen Enstitüsü bu projenin önemli bir parçasına öncülük edecek: Sinirbilim araştırmalarında sıklıkla kullanılan iki maymun türü olan marmoset ve makakların yanı sıra insanların tüm beyinlerinin haritasını çıkarmak.

“Beyin korteksinin önündeki nöron tiplerinin [are] Allen Enstitüsü’nün Lein ile birlikte çabalarına liderlik edecek olan Hongkui Zeng, beyin sapının arkasındakilerden çok farklı” dedi. “Ama bilmiyoruz nasıl onlar farklı. Ayrıca çeşitliliğin boyutunu da bilmiyoruz.”

Zheng, BRAIN tarafından finanse edilen bilim adamlarının fare beyninin başarılı bir şekilde haritasını çıkardıklarını ve bu bulguları yakında yayınlamayı planladıklarını söylüyor. Ve araştırmacılar, primatları ve insanları incelemek için aynı son teknoloji deneysel araçların çoğuna güvenecekler.

Uzamsal transkriptomik olarak bilinen bir teknik, araştırmacıların farklı hücrelerin nerede bulunduğunu anlamalarını sağlar. Bunu yapmak için, araştırmacılar önce beyin dokusunu parçalar, hücre çekirdeklerini izole eder ve o hücrede hangi genlerin aktif olduğunu anlamak için dizilemeyi kullanır. Bilim adamları bunu birçok hücrede yaparak, aynı gen setini kullanma eğiliminde olan hücre grupları bulurlar. Daha sonra ince beyin dokusu dilimlerine bakabilirler ve belirli hücrelerin nerede olduğunu bulmak için bu genlerin aktivasyonunu arayabilirler.

Bu cüretkar bir görevdir – beyinlerimiz bir fareninkinden yaklaşık 3.000 kat daha büyüktür, diyor Lein. Başlamak için ekibi, halka açık hale getirmeyi planladıkları bir ilk harita oluşturmak için yaklaşık altı kişiden alınan otopsi dokusunu kullanacak. Bu, temel bir atlas oluşturmak için yeterlidir, ancak kişiden kişiye varyasyonu anlamak gelecekte daha fazla örneğe bakmayı gerektirecektir.

Lein, bir ön haritanın bile araştırmacıların belirli bir nörolojik bozukluktan zarar görmüş veya bir hastalıktan sorumlu olabilecek hücre tiplerini bulmasına yardımcı olabileceğini söylüyor. Örneğin, grubu zaten Alzheimer hastalığı olan insanların beyinlerini inceliyor ve hastalık sırasında ölen hücre tiplerinin yanı sıra daha bol hale gelen hücre tiplerini tanımladı.

San Diego’daki Salk Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, yaşla birlikte nasıl değiştiklerini anlamak için 50 beyin bölgesine odaklanacaklar. Salk liderliğindeki çabanın başkanı Joseph Ecker’e göre plan, bebeklerden 70’li ve 80’li yaşlardaki insanlara kadar yaklaşık 30 örnek kullanmak.

Ekip, sözde epigenetik değişikliklere odaklanacak. Bunlar, bir hücrenin genetik kodunu değiştirmeyen, ancak genlerin aktivasyonunu başka yollarla, genellikle DNA’nın küçük kimyasal modifikasyonları ve genomun paketlenme ve organize edilme biçimindeki değişiklikler yoluyla kontrol eden değişikliklerdir.

Ecker, “Ömrü boyunca bu aşamaların her birinde, muhtemelen bu hücre tiplerini etkileyen hastalıklar var” dedi. “Normal beynin nasıl geliştiğini anlayabilmek ve onu çeşitli hastalık durumlarıyla karşılaştırabilmek istiyoruz.

Beyindeki gen düzenlemesinin arkasındaki kuralları anlamanın, araştırmacıların belirli hücre tiplerini tam olarak hedeflemesine izin verebileceğini de ekliyor. Bu, beynin belirli bölgelerine ulaşabilen deneysel araçlar geliştirmeye giden yedi hibe ile BRAIN 2.0’ın başka bir yönünün amacıdır. Bu çabaların çoğu, gen terapisinde zaten popüler olan bir virüs sınıfı olan adeno-ilişkili virüslere odaklanmıştır.

Ve gelecek daha çok iş var. Ngai, BRAIN 2.0’ın üçüncü sütununun 2023’ün başlarına kadar başlamayacağını söylüyor: Bir bölgedeki beyin hücrelerinin diğer uzak bölgelerdeki hücrelerle yaptığı baş döndürücü bağlantı dizisini anlamak.

Araştırmacıların karşılaştığı temel zorluklardan biri, bulgularının nasıl işlenip halka açık ve anlaşılır bir şekilde sunulacağı olacaktır. Örnek olay: Tek başına Salk grubu muhtemelen 11 petabaytlık veri üretecek ve bu da yaklaşık 172.000 USB sürücüsünü doldurmaya yetecek.

Zeng, “Bence bu bizim en büyük mücadelemiz olacak,” dedi. “Bu sadece bir veri toplama meselesi değil, aynı zamanda iletme meselesi.”