Nobel Ödülü Başarılarına Yatırım – Nöronlar ve Beyin Mimarisi

Nobel Ödülü Tarihi

Nobel Ödülü, bilim dünyasındaki en prestijli ödüldür. Alfred Nobel’in vasiyeti kısmına göre, fizik, kimya, fizyoloji ya da tıp, edebiyat ve barış alanlarında, “geçen yıl insanlığa en büyük faydayı sağlayanlara” bir ödül vermek amacıyla oluşturulmuştur. Daha sonra İsveç merkez bankası tarafından ekonomi bilimleri için altıncı bir ödül oluşturulmuştur.

Ödülün kime verileceği kararı, birden fazla İsveç akademik kurumuna aittir.

Miras Endişeleri

Nobel Ödülü’nü yaratma kararı, Alfred Nobel’in kendi ölüm ilanını okuduktan sonra, kardeşinin ölüm haberini yanlış anlayan bir Fransız gazetesinin hatasından sonra ortaya çıktı. “Ölümün Tüccarı Öldü” başlıklı Fransız makalesi, Nobel’i duman çıkarmayan patlayıcıları, en ünlüsü dinamit, icadı nedeniyle eleştirdi.

İcatları, modern savaşın şekillenmesinde çok etkili oldu ve Nobel, büyük bir demir ve çelik fabrikasını satın alarak bunu büyük bir silah üreticisine dönüştürdü. İlk olarak kimyager, mühendis ve mucit olan Nobel, mirasının savaş ve başkalarının ölümü üzerinden bir servet kazanmış bir adam olarak hatırlanmasını istemedi.

Nobel Ödülü

Günümüzde Nobel’in serveti, Nobel Vakfı ve altın kaplamalı yeşil altın madalya, diploma ve kazananlara verilen 11 million SEK (yaklaşık $1M) para ödülünü finanse etmek için gelir üreten bir fona yatırılmıştır.

Kaynak: Britannica

Genellikle Nobel Ödülü parası birden fazla kazanana bölünür, özellikle bilim alanlarında iki ya da üç önde gelen kişinin birlikte ya da paralel olarak çığır açan bir keşfe katkıda bulunması yaygındır.

Yıllar içinde Nobel Ödülü, teorik ve çok pratik keşifler arasında bir denge kurmaya çalışan EN bilim ödülü haline geldi. Modern dünyanın temellerini atan başarıları ödüllendirdi, örneğin radyoaktivite, antibiyotikler, X‑ışınları, ya da PCR, ayrıca güneşin enerji kaynağı, elektron yükü, atomik yapı, ya da üst akışkanlık gibi temel bilimleri.

Beyinlerimizi Anlamak

İnsan zihninin ve hayvan zekâsının doğası, binlerce yıldır felsefi bir tartışma konusudur. Uzun bir süre, hangi görüşün hâkim olacağı, çoğunlukla görüş ve önyargılarla belirleniyordu.

Modern sinirbilimin ortaya çıkmasıyla bu durum değişti. Nöronların keşfi ve elektrik sinyallerini iletebilme yetenekleri, karmaşık zihinsel mekanizmaları açıklamak için bireysel nöronları inceleme fikrini gerçekçi kıldı.

Bu, hayvan çalışmaları ve deneysel psikolojiyle birleştirilerek beynimizin nasıl çalıştığına dair ilk gerçek içgörüler sağlandı.

Nörolojik sistemde “sinyal iletimi” keşfi, 2000 yılında Nobel Tıp Ödülü ile ödüllendirildi. Nöroloji, bu prestijli ödülle ödüllendirilen bir alandır, ayrıca 2021 Nobel Tıp Ödülü “sıcaklık ve dokunma reseptörlerinin keşfi”.

Ancak, muhtemelen daha etkileyici bir keşif, 2014 Nobel Tıp Ödülü ile “beyinde bir konumlandırma sistemi oluşturan hücrelerin keşfi” için ödüllendirildi.

Bu ödülün yarısı John O’Keefe‘e, çeyreği ise May‑Britt Moser ve eşi Edvard I. Moser‘e verildi.

Kaynak: Nobel Prize

Bir Mekân Duygusu Oluşturmak

Deneysel psikolog Edward Tolman, beynin yarı bilinçli düşünce yoluyla yerler ve olaylar arasında bir bağlantı kurabileceği fikrini ilk kez ortaya attı.

Hayvanları gözlemleyerek, Tolman 1948’de hayvanların yerleri ve olayları zihinsel olarak bağladığını, bir mekân haritası oluşturarak bir yeri gezebildiklerini ve zihinsel olarak alakasız konumları bağlayabildiklerini hipotez etti.

Bu fikir doğru çıktı, ancak beyin aktivitesini doğrudan incelemek için daha gelişmiş teknikler gerektirdi.

John O’Keefe, biyolojik yapının zihinsel fenomenler üzerindeki etkisiyle ilgilenen fizyolojik psikoloji alanında eğitim almıştı. 1960’ların sonlarında, implant edilmiş mikro teller kullanarak farelerin beyinlerindeki nöronların hareket ve konumla ilişkili aktivitesini incelemeye başladı.

Kaynak: Research Gate

Bu gelişmiş ölçüm yöntemi sayesinde, hayvan serbestçe hareket ederken beyin aktivitesi incelenebildi ve doğal davranış kalıpları yeniden üretildi.

John O’Keefe’nin araştırması burada benzersizdi, çünkü daha önce hipokampal aktiviteyi kaydeden araştırmacılar incelemelerini sınırlı davranış görevlerine ya da katı uyarı‑yanıt protokollerine kadar sınırlamıştı.

Bu şekilde, farelerin hipokampusunda bulunan ve birçok hafıza ile ilgili zihinsel mekanizmanın fiziksel konumu olarak bilinen “mekân hücreleri” adlı bir nöron sınıfını keşfetti.

Kaynak: Nobel Prize

Hipokampus ve Mekân Hücreleri

Hipokampus, 1950’lerden beri beynin hafıza ile ilgili işlevinin merkezi olarak biliniyor. Örneğin, insan hastalarda her iki hipokampusun kaybı ciddi hafıza eksikliklerine yol açtı.

Bu, yeni anıları kodlama yeteneğinin kaybını, eski anıları hâlâ hatırlama yeteneğinin korunmasını içeriyordu. Ancak, binlerce sokağı gezmeyi öğrenmek için yoğun eğitim alan Londra taksi şoförlerinin, eğitimleri sırasında kontrol grubuna göre çok daha büyük hipokampal hacimlere sahip olduğu gibi ilginç kanıtlar da vardır.

O’Keefe, mekân hücrelerinin hayvan belirli bir konumda olduğunda aktive olduğunu buldu. Sistematik testlerle, bunun belirli bir uyarana (örneğin, yerin belirli bir renk olması ya da yiyecek içermesi) yanıt olmadığını gösterdi. Bunun yerine, mekân nöronları hayvan o noktada iken aktive olur ve hayvan ayrıldığında durur.

Her bir mekân hücresi belirli bir konuma özgü değildir; ancak her konum ve ortam, karmaşık bir koordinat sistemi gibi belirli bir mekân hücresi kombinasyonunu ateşler.

Mekân Hücreleri Hakkında Daha Fazla Keşif

Daha derine inildiğinde, O’Keefe, fare yeni bir ortama maruz kaldığında mekân hücrelerinin aktivitesinin yeniden düzenlendiğini keşfetti. Öğrenilen desen edinildikten sonra kalıcıdır. Bu, mekân hücrelerinin hafıza için hücresel bir alt yapı oluşturduğunu teorilemek için sağlam bir temel sağlar.

“Hücresel haritalama” fikri, daha geniş kabul görmeden önce büyük bir tartışma yarattı. Daha sonra hafızanın fizyolojik temellerinin daha fazla keşfine yol açtı. Bu sefer, yeni nöron tiplerini bulma ve tam konumlarına dikkat etme fikri, mekânsal hafızanın nasıl çalıştığına dair eksik parçayı sağladı.

Dünyayı Haritalamak İçin Beyin Izgarası

Mekân hücrelerinin keşfi, mekânsal hafıza araştırmasını hipokampusa odakladı. Ancak, hipokampusun çoğu uyarısı, fare beyninin dorsal kenarında bulunan entorhinal korteks adlı bir yapıdan gelir. Bu alan, May‑Britt & Edvard Moser için araştırma odağı haline geldi.

Kaynak: Bright Focus

Önceki araştırmalar, entorhinal korteksin hipokampus mekân hücrelerine benzer özellikte hücreler içerdiğini göstermiştir. Ancak, Mosers çifti bu beyin bölgesinde tamamen yeni bir hücre türü, ızgara hücreleri, keşfetti.

Izgara Hücrelerinin Altıgen Deseni

Izgara hücreleri, çok düzenli bir altıgen desen içinde bir arada bulunan belirli düğümlerde yer alır. Böyle bir ızgara deseni beyin içinde daha önce hiç gözlemlenmemişti. Ayrıca, bu oluşumun sadece bir tesadüf olmadığı, karmaşık ağ aktivitesiyle sıkı bir şekilde düzenlenen bir süreç olduğu çabuk anlaşıldı.

Kaynak: Nobel Prize

Daha da ilginç olarak, ızgara hücrelerinin, baş yönü hücreleri ve sınır hücrelerinden oluşan bir ağ içinde gömülü olduğu ve hem baş hem de sınır işlevi gören hücrelerin aynı anda bulunduğu bulundu.

Baş hücreleri bir pusula gibi davranır ve hayvanın başı belirli bir yöne baktığında aktif olur. Öte yandan, sınır hücreleri fare bir duvara ya da engelle karşılaştığında aktive olur.

Moser çiftleri ayrıca, ızgara, baş ve sınır hücrelerinin hepsinin hipokampal mekân hücrelerine sinir bağlantıları gönderdiğini keşfettiler.

Birlikte, Moser çiftleri ve O’Keefe’nin daha fazla araştırması, mekân hücresi “koordinat sisteminin” ızgara hücreleri ve sınır hücreleri tarafından aktive ve düzenlendiğini, nöronlar üzerinde gerçek fiziksel ortamı haritalayan karmaşık iki katmanlı bir sistem olduğunu kanıtladı.

Kaynak: Nobel Prize

Tüm Memelilerde Korunmuş Bir Mekanizma

Çoğunlukla fareler üzerinde (pratik, maliyet ve etik nedenlerle) yürütülen bu araştırma, mekân ve ızgara hücreleri üzerine, insanları da içeren diğer memeliler için de geçerli olma ihtimali yüksek.

2003’te insanlarda mekân benzeri hücreler, 2010’da ise ızgara benzeri hücreler bulundu; bu, böyle bir sistemin evrim boyunca korunduğuna dair ek göstergeler sunuyor. Bu gerçekten şaşırtıcı değil, çünkü genel olarak hipokampal‑entorhinal yapı tüm memelilerde iyi korunmuş durumda. Memeli olmayan omurgalılar arasında bile benzer hipokampal benzeri yapılar bulunabiliyor; bu da mekanizmanın çok eski ve çok farklı türler arasında iyi korunmuş olduğunu gösteriyor.

Mekân hücrelerinde kodlanan konum hafızası, uyku sırasında da “yeniden oynatılıyor”, muhtemelen desenin pekişmesine ve uzun vadede hafızanın korunmasına yol açıyor.

Bir bütün olarak, bu keşifler nöron düzeyinde konum hafızasını ve beyin aktivitesini açıklamak için sağlam bir temel sunar.

Uygulamalar

Beynin Karmaşıklığını Çözmek

Bu araştırma, beynin temel işlevleriyle ilgilidir. Ancak, diğer nöroloji odaklı Nobel Ödülleri gibi, çok sayıda potansiyel uygulamaya sahiptir. Bunun nedeni, beynin tedavisi oldukça zor bir organ olmasıdır. Kan‑beyin bariyeri tarafından izole edilmiştir ve birçok kimyasal ya da biyoteknolojik tedavinin etkili olmasını engeller. Ayrıca son derece karmaşık bir organdır. Çalışması zordur, çünkü aktivitenin çoğu geçici ve elektriklidir, kimyasal sinyaller ise nöronların sinaps arayüzüyle sınırlıdır.

Bazı bilim insanları, örneğin kara delik oluşumu üzerine bağımsız araştırmasıyla Nobel Ödülü kazanan Penrose, bilincin kuantum fenomenlerinden ortaya çıkabileceğini düşünüyor. Bu fikir, nöronların mikrotübüllerindeki kuantum etkilerinin keşfiyle şimdi doğrulandı.

Bu yüzden, beyni hedefleyen terapiler, hafıza, bilinç ve algıların beyin tarafından nasıl oluşturulduğu ve işlendiği konusunda çok derin bir anlayış gerektirecek.

Klinik İhtiyaçlar

Hafıza kaybı, yaşa bağlı demans ve Alzheimer hastalığı gibi birçok nörodejeneratif hastalığın ilk ve en sorunlu semptomlarından biridir. O’Keefe ve ekibi, Alzheimer hayvan modellerinde mekân hücrelerinin bozulmasının mekânsal hafıza bozulmasıyla ilişkili olduğunu kanıtladı.

Hipokampal oluşum, Alzheimer hastalığında etkilenen ilk yapılar arasında olduğundan, beyin mekanizmalarının daha derin bir anlaşılması yeni tedavi seçenekleri sunabilir.

Nörolojiye Yatırım

Nöroloji, bugün biyoloji ve tıbbın en gelişmiş alanlarından biridir. Nüfusun yaşlanmasıyla birlikte, yaşa bağlı psikolojik ve beyin hastalıkları artan bir sorun haline geldiği için önemi giderek artıyor.

Bu konunun ilaç sektörü için “Bir Sonraki Büyük Çığır: Nörolojik Bozuklukların Tedavisi” başlıklı makalemizde nasıl bir sonraki büyük fırsat olabileceğini daha ayrıntılı inceledik.

Ayrıca, Elon Musk ile ilişkilendirilen Neuralink “beyin çipleri” gibi en gelişmiş teknolojilerin odak noktasıdır.

Kaynak: Neuralink

Nörolojiyle ilgili şirketlere birçok aracı kurum üzerinden yatırım yapabilirsiniz ve burada, securities.io sitesinde, ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer birçok ülkedeki en iyi aracı kurumlar için önerilerimizi bulabilirsiniz.

Belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız, iShares Neuroscience and Healthcare ETF (IBRN) veya Tema Neuroscience and Mental Health ETF (MNTL) gibi biyoteknoloji BTF’lerine de bakabilirsiniz; bu, nörolojiyle ilgili hisse senetlerinden faydalanmak için daha çeşitlendirilmiş bir maruziyet sağlayacaktır.

Nöroloji Şirketleri

1. BrainStorm Cell Therapeutics

Tüm nöroloji biyotek şirketleri yeni ilaçlara güvenmiyor. Diğerleri, kök hücre tedavisiyle hastanın sinir sistemine yeni hücreler ekleyerek beyni doğrudan onarmaya çalışıyor.

Bu, Brainstorm Cell Therapeutics’in izlediği stratejidir; kök hücrelerle nörolojik hastalıkların hasarını iyileştirmeyi ya da azaltmayı hedefliyor.

Brainstorm Cell, otolog hücresel teknoloji platformunu (NurOwn®) kullanıyor: şirket, hastanın kemik iliği hücrelerini alıp nöron ve diğer sinir hücrelerine dönüştürüyor. Bu oldukça kısa bir süreçtir ve sadece 7 gün sürer.

Bu süreç, hastanın genetik koduna sahip sinir hücreleri oluşturur, böylece nakledilen hücrelerin uyumsuzluk ya da reddedilme riskleri ortadan kalkar.

Kaynak: Brainstorm Cell

Brainstorm, Multipl Skleroz, Alzheimer, Parkinson, Huntington Hastalığı veya Otizm Spektrum Bozukluğu gibi nörolojik hastalıklara odaklanıyor.

ALS tedavisi, faz 3’te olan tek tedavidir ve hızlı onay alması umulmaktadır; ön sonuçlar, hastalığın ilerlemesini yavaşlatmak için yeterince erken kullanılursa yardımcı olabileceğini göstermektedir.

Kaynak: Brainstorm Cell

Uzak gelecekte, Brainstorm tarafından geliştirilen bu tür bir terapinin, özellikle mekân, ızgara ve sınır hücreleri gibi ultra‑özelleşmiş nöronları odak alarak hasarlı hücreleri “yeniden büyütme” yeteneğine sahip olabileceğini hayal edebiliriz.

2. BICO Group AB (BICO.ST)

Beyni ve sinirleri incelemenin bir yolu, beyin organoidlerini kullanmaktır. Bu yapay olarak oluşturulan mini beyinler, laboratuvarda nöronların potansiyel tedavilere tepkisini taklit ederek araştırmacıların gerçek beyin için tedavi bulmasına yardımcı olabilir.

Bu konunun nasıl çalıştığını ve alandaki son gelişmeleri “Organoid Zekâsına Doğru Anlamlı Adımlar Atılıyor” başlıklı makalemizde daha ayrıntılı olarak tartıştık.

Son zamanlarda, Wisconsin–Madison Üniversitesi araştırmacıları tarafından çok daha karmaşık beyin organoidleri 3D yazdırıldı. Bunu bir Cellink biyoyazıcı ile yaptılar ve bu makinenin sinirbilim araştırmalarındaki yeni potansiyelini açtı.

Kaynak: Cellink

2021’de Cellink, 2019’da Cytena ve 2020’de Scienion’un satın alınmasının ardından BICO Group olarak yeniden adlandırıldı.

Cellink, hâlâ işin biyoyazıcı kısmı için marka adıdır. 3D baskı yöntemlerini yeniden kullanarak talep üzerine 3D doku veya organlar yaratma fikridir. (Bu konudaki tartışmayı “3D Printing Human Organs – How Realistic Is It?” başlıklı yazıda okuyabilirsiniz.)

Biyoyazıcı, işin yaklaşık 1/5’ini temsil ederken, biyobilim otomasyon segmenti gelirlerin 3/5’inden fazlasını oluşturuyor.

Kaynak: BICO Group AB

Alanda tek başına olmasa da, Cellink açıkça çok gelişmiş bir biyoyazıcı ekipman üreticisidir. Pr Zhang’ın bu makinelerle elde ettiği başarı, şu anda biyoyazıcıyı pek kullanmayan nöroloji araştırmalarındaki potansiyellerini gösteriyor.

Uzun vadede, biyoyazıcı şirketleri araştırmacılara araç sağlamaktan, ilaç şirketlerinin hastalar için biyoyazıcı tedavilerini tedarik etmeye evrilecektir. Bu da, kullanılan biyoyazıcı sayısını ve daha da önemlisi, her ay satılan sarf malzemelerinin hacmini tamamen değiştirecektir.

Bu, PacBio (PACB) ve Illumina (ILMN) gibi genom sekanslama makineleri üreten diğer biyolab ekipman üreticileri için de gerçekleşen aynı süreçtir; bu şirketler gelirlerinin %80’ini tekrarlayan sarf malzemeleri satışlarından elde etmektedir.