Vücudunuzun hangi organının en sık yaralandığını düşünüyorsunuz? Muhtemelen cildiniz. Düştüğünüz, derinizin açıldığı ve sıyrık ya da kesik gibi bir yaranın olduğu bir zamanı düşünün. Eğer bu yaralanma bir süre önce gerçekleşmişse, muhtemelen cildinizdeki lekeyi bir daha göremeyeceksiniz bile. Ya da belki bir yara izi görebilirsiniz, ancak temelde cildiniz kendini neredeyse mükemmel bir şekilde onarabilir. Bunun tersine, beyniniz hasar görürse, bazı hasarlar hayatınızın geri kalanı boyunca devam edebilir. Beyni bu kadar farklı kılan şey nedir ve beyin kendini nasıl onarır?
Beyin ve omurilik, merkezi sinir sistemi adı verilen bir formu oluşturur. Neden vücudumuzda kemikle kaplı tek organın beyin ve omurilik olduğunu hiç kendinize sordunuz mu? Doğru, akciğerler ve kalp de göğüs kafesi tarafından iyi korunuyor. Ancak kafatasına baktığınızda, kafatasının yapısal olarak bir kemik kutusu olduğunu ve içinde sinirlerin diğer vücut bölgelerine ulaşmasını sağlayan birkaç delik bulunduğunu görürsünüz. Sinir sistemi; kalbiniz, akciğerleriniz bağırsaklarınız ve diğer birçok organla karşılaştırıldığında genişlememesi veya daralmaması açısından benzersizdir. Dolayısıyla, merkezi sinir sistemi büyük bir hareket alanı olmadığı için kemik içinde tamamen korunabilir. Merkezi sinir sistemi neden bu kadar iyi korunuyor? Cevap basit: çünkü çok hassas ve çok savunmasızdır. Peki, beyin hasar gördüğünde neden cilt gibi iyileşemez?
Cilt hücrelerimiz sürekli bölünür, yaralanmamış olsak dahi her zaman ölürler ve yeni hücreler doğururlar. Bir yaralanmadan sonra cilt, yeni hücrelerin çoğalmasını teşvik eder ve bunları yarayı iyileştirmek için kullanır.
Ancak beynimizdeki sinir hücreleri, diğer sinir hücrelerinden sinyaller alır, bunları işler ve daha sonra farklı sinir hücrelerine yeni sinyaller gönderir. Birbirine bağlı nöronlardan oluşan bu ağ, merkezi sinir sisteminin düşünebilmesi, hareket edebilmesi ve hissedebilmesi için yaptığı tüm işlerin temelini oluşturur. Bu yüzden sinir hücreleri kendilerini yenileyemezler ve hiçbir şekilde bölünmezler. Bu kuralın çok az istisnası vardır; beyinde yalnızca iki özel yer yeni nöronlar doğurabilir. Ancak çoğunlukla beyin, ölü nöronları yenileyemez. Bu özellikle endişe vericidir çünkü nöronlar çok hassas hücrelerdir ve her türlü nedenden dolayı ölebilirler.
Kafanızı sert bir şekilde vurduğunuzda beyin sarsıntısı meydana gelebilir. Kötü bir beyin sarsıntısı geçirirseniz, gözlerinizin önünde yıldızlar görebilir, hangi günde olduğunuzu hatırlayamayabilirsiniz, mideniz bulanabilir, nöronlar ölebilir. Beyne giden kan akışında bir aksaklık olduğunda, o bölgedeki sinir hücreleri, kandan şeker, oksijen gibi temel maddeleri almayı bırakırlarsa hızla ölürler. Bu duruma felç ya da inme denir.
Nöronlar ayrıca kendi işlevlerindeki değişikliklerle karşılaştıklarında da ölürler; nöronların karşılaştığı zorluklarla baş edemedikleri için öldüğü veya dejenere olduğu hastalıklara nörodejeneratif hastalıklar denir. Bu hastalıklara Parkinson ve Alzheimer örnek olarak verilebilir.
Nöron kaybı genellikle kalıcı olduğundan, bilim insanları yaralanma sonrasında beyne yardım etmek için iki önemli strateji üzerinde çalışıyorlar. Bunun bir yolu; sinir sistemini hasar meydana geldikten hemen sonra korumaktır. Bu hasar; felç, şiddetli beyin sarsıntısı veya herhangi bir yaralanma olabilir. Eğer yaralanmadan sonra erken ölen nöronların sayısı bir şekilde sınırlanabilirse, o zaman hasar minimumda tutulmuş olur. Yaralanmanın ardından, hasar oluştuktan sonra onarıma yardımcı olmak için bazı bilim insanları kök hücreleri kullanmaya çalışıyor. Bu kök hücreler, henüz “profesyonel” cilt hücrelerine, sinir hücrelerine veya vücudunuzdaki başka herhangi bir hücreye dönüşmemiş olgunlaşmamış hücrelerdir. Vücudunuzdaki herhangi bir hücreye dönüşme kapasitesine sahiptirler. Bilim insanlarının onlara özel moleküller uyguladığı takdirde yepyeni nöronlara dönüşme kapasiteleri vardır. Ölü nöronları kök hücrelerle değiştirmenin en büyük zorluğu, bu yeni gelen nöronların mevcut beyin ağlarına doğru şekilde entegre olmasını veya uyum sağlamasını sağlamaktır.
Bir nöron; bir hücre gövdesine ve diğer nöronlarla bağlantı kurmak ve konuşmak için kullandığı birkaç kola sahiptir (Şekil 1, sol). Diğer nöronlara sinyal gönderen uzun olan kola akson denir ve aksonlar çok uzun olabilir. Bir akson başka bir hücreye giderken hasar görürse, aksonun hasarlı kısmı ölür (Şekil 1, sağ), nöronun kendisi ise bir kol kütüğüyle hayatta kalabilir. Sorun, merkezi sinir sistemindeki nöronların aksonları kütüklerden yeniden büyütmede zorluk yaşamasıdır. Neden cilt hücrelerinde bu problem yok? Cilt hücreleri yapı olarak çok daha basittir. Yarayı onarmak için hücrelerin çoğalmasını teşvik ettiği için onarma sorunuyla da karşılaşmazlar.
Peki, hasarlı nöronlar neden aksonları yeniden büyütmede sorun yaşıyor? Öncelikle motivasyona ihtiyaçları var. Nöronlarda büyümeyi aktive etmeye yardımcı olan özel moleküller vardır. Bu motive edici moleküllerin çoğu, nöronlar aktif olduğunda üretilir. Yani beyninizi aktif tutarsanız nöronlarınızın büyüme olasılığı daha yüksektir. Bu hem yaralanma sonrasında hem de sağlıklı beyinde geçerlidir.
İkinci olarak, aksonlar, diğer aksonlara "izinsiz girilmez" sinyali veren moleküler ve "dur işaretleri" ile dolu düşmanca bir ortamla karşı karşıyadır. Bazı dur işaretleri, miyelin kılıfı adı verilen komşu aksonların etrafındaki kılıfın veya kaplamanın bir parçasıdır. Miyelin kılıf, sinyallerin aksonlar boyunca mümkün olduğunca hızlı ilerlemesini sağlamak için aksonları saran yağlı bir kaplamadır. Örneğin bu kılıf, sıcak bir sobanın üstüne dokunmaktan elinizi geri çekmek gibi kendinize zarar verdiğinizde hızlı tepki vermenizi sağlayan şeydir. (Şekil 1, sol). Bazı dur işaretleri, hasarın yayılmasını önlemek amacıyla yaralanmanın etrafında koruyucu bir duvar gibi örülmüş yara izinin bir parçasıdır. Bu yara izleri, astrosit adı verilen beyin hücreleri tarafından oluşturulur ve bu hücrelerin şekli yıldıza benzerdir. Astrositler beyindeki nöronlardan çok farklı destek hücreleridir. Zararlı molekülleri uzak tutmak gibi birçok yolla nöronları desteklerler. Yara izi oluşturan astrositler sadece yardım etmeye çalışırlar ama aynı zamanda çevrelerine aksonların büyümesini zorlaştıran bir kimyasal da salarlar. (Şekil 2).
Ancak burada iyi haberler de var. Bilim insanları, yaralanma ortamını sinir hücresi büyümesi için daha destekleyici hale getirmek amacıyla, özel büyüme molekülleri kullanarak yaralı nöronları büyümeye motive edecek ve aksonların durma işaretlerini ortadan kaldıracak stratejiler üzerinde çalışıyorlar.
Bağışıklık tepkisi, yaralanma sonrası her türlü onarımda önemli bir rol oynar. Yaralı ciltte, bağışıklık hücreleri kan yoluyla yaralanma bölgesine hücum eder ve yerleşik bağışıklık hücrelerinin ölü hücrelerdeki kalıntıları temizlemesine yardımcı olur. Temizleme tamamlandıktan sonra bağışıklık hücreleri ölür ve savaşı durdurur. Beyinde de özel yerleşik bağışıklık hücreleri bulunur ve bunlar tehlike veya hasar algıladıklarında etkin hale gelirler. Beyindeki yaygın bir sorun, etkinleşen bağışıklık hücrelerinin çoğu zaman savaşmayı ne zaman bırakacaklarını bilmemeleridir. Uzun süre boyunca zehirli kimyasallar salmaya devam ederlerse sağlıklı nöronları öldürerek yarardan çok zarara neden olabilirler. Bu nedenle bilim insanları beyin bağışıklık hücrelerinin tepkisini nasıl değiştirebileceklerini anlamaya çalışıyorlar, böylece bağışıklık hücreleri zararlı olmak yerine yararlı olabilir.
Nöronların cilt hücrelerine kıyasla sınırlarını öğrendiğinizde, beyin kadar önemli bir organın zarar verici olaylara hazırlıksız görünmesi sizi hayal kırıklığına uğratabilir. Beyin hiçbir zaman hasardan önceki gibi olamayacak ancak kayıplarını telafi etmeye çalışacaktır. Merkezi sinir sisteminin, diğer organların kullandığı stratejiden tamamen farklı, kendi kendini onarma konusunda ustaca bir stratejisi vardır.
Beyindeki nöronlar birbirleriyle olan bağlantılarını değiştirebilmektedir. Bu sürece nöroplastisite denir ve beynin nöron kaybına uyum sağlamasına yardımcı olur. Ölen hücreleri bir an için unutun, plastisitenin sorumluluğu tamamen hayatta kalan hücrelere aittir. Peki, nöroplastisite nasıl çalışıyor?
Bir nöronun birincil görevi bir sinyal göndermek olduğundan, nöronlar bağlantı kurabilecekleri diğer nöronları algılama konusunda son derece iyidirler. Yeni hücrelerle bağlantı kurmak için yeni kollar geliştirmenin yanı sıra, nöronlar diğer nöronlarla mevcut bağlantıların gücünü de değiştirebilir. Bu bağlantıları ya güçlendirebilirler ya da zayıflatabilirler, bu da beyinde tamamen yeni bir bağlantı ağı oluşmasına neden olabilir (şekil 3). Bu plastisite, gerçekleştirdiğimiz faaliyetler tarafından yönlendirilir. Felç veya beyin hasarından sonra hastalar genellikle bir tür fizik tedavi uygulayarak belirli bir dereceye kadar iyileşir. İyileşme, yukarıda öğrendiğiniz gibi yeni nöronların büyümesinden değil, bu hastaların plastisiteyi uyarmaya devam etmesinden ve dolayısıyla beyinlerinde hayatta kalan nöronlar arasında yeni bağlantılar kurmasından kaynaklanmaktadır!
Ne yazık ki plastisitenin onarım mekanizması olarak sınırları vardır. Plastisite tamamen hayatta kalan hücrelere dayanır, dolayısıyla ne kadar çok hayatta kalan hücre varsa o kadar plastisite meydana gelir. Birisi ciddi bir beyin hasarı veya önemli miktarda beyin hücresini öldüren büyük bir felç geçirirse, hayatta kalan nöronların sayısı, hafif beyin sarsıntısı geçiren bir kişiye göre daha az olacaktır. Plastisitenin çalışabileceği beyin hücre sayısı az olacağı için, ciddi beyin hasarı yaşayan kişinin durumu genellikle kalıcı sakatlıklarla sonuçlanır. Ve bu ciddi yaralanmaların sonuçları çok vahim olduğundan, bilim insanları nöronları ölmekten korumak, hasarlı nöronları kök hücrelerle değiştirmek, hasarlı nöronların büyümesine yardımcı olmak ve plastisiteyi teşvik etmek için çalışıyorlar.
