Kök Hücre

**SERDEM** · 03.03.08, 14:59

Embriyonik Kök Hücreler ve potansiyel uygulama alanları

Kök Hücre (Stem Cell) nedir?
Kök hücreler, kendini yenileme özelliğine sahip, vücut içinde veya laboratuar ortamında uygun şartlar sağlandığında birçok farklı hücre tipine dönüşebilen farklılaşmamış hücrelerdir. Yetişkin kök hücreleri, kordon kanından elde edilen kök hücreler ve embriyonik kök hücreler günümüzde bilinen üç temel kök hücre kaynaklarıdır.
Yetişkin kök hücreleri vücutta birçok doku ve organda bulunurlar ve bulundukları bölgedeki hücrelerin hasar görmesi durumunda çoğalarak hasarlı kısmın onarılmasını sağlarlar. Yakın zamanda deney hayvanları ile gerçekleştirilen çalışmalarda, bulundukları ortama göre daha farklı hücrelere de dönüşebildikleri gösterilmiş olsa da, dönüşebildikleri hücre tipleri sinirlidir.
Kordon kani kök hücreleri doğum sırasında bebeği anneye bağlayan umbilikal kordondan elde edilirler. Bu hücreler, her ne kadar erken gelişim döneminde elde edilmiş olsalar da yetişkin hücre sınıfına girmektedir ve farklı doku ve hücre tipi oluşturma özellikleri benzer şekilde sinirlidir. Günümüzde kordon kani kök hücreleri özellikle kan ve immune system hastalıkları için son derece önemli bir tedavi olanağı oluşturmaktadır. Bunun yanında tedavi amaçlı kullanımlarında karşılaşılan en büyük problemler yeterli miktardan az kök hücre içerebilmeleri ve transplantasyon gerçekleştirilecek kişi ile doku uyumu taşıyan örneğin bulunmasındaki zorluklardır. Kordon kani kök hücrelerinin laboratuar ortamında geliştirilme potansiyelleri sinirli olduğundan yüksek miktarda örnek gerektiren işlemlerde basari şansı düşmektedir. Dünyada ve ülkemizde bu amaçla oluşturulan kordon kanı bankalarıve saklanan örnek sayısı arttıkça yukarıda bahsedilen hastalıklarda tedavi olanağı da artabilecektir.
Embriyonik kök hücreler nasıl elde edilir?
Embriyonik kök hücreler, implantasyon öncesi erken gelişim döneminde blastosist aşamasına ulaşmış embriyolardan elde edilirler. Bu aşamadaki bir embriyo iki farklı hücre tipinden oluşur: Dış kısımdaki trofektoderm adi verilen hücreler implantasyon sonrası plasenta yapısını olusturmakta iken iç kısımda bir kitle halinde bulunan ICM hücreleri fetal yapıyı olusturmaktadır. Laboratuarımızda embriyonik kök hücreler, iç kısımdaki bu hücrelerin özel immünolojik ve mekanik yöntemler kullanılarak ayrıştırılması sonrası özel besi yeri ve büyüme faktörleri içeren ortamlarda büyütülmesi ile elde edilirler (Resim 1).
Embriyonik kök hücreler laboratuar ortamında nasıl büyütülür?
Embriyonik kök hücrelerinin laboratuar ortamında büyütülebilmesi için değişik kültür yöntemleri üzerine çalışmalar devam etse de, gelişimleri için destek hücrelere ihtiyaçları vardır. Ayrıca başkalaşmamış yapılarının korunması için yetiştirildikleri kültür ortamlarının LIF (Leukemia indibitory factor), B-FGF gibi ajanlar ile desteklenmesi gerekir. İstanbul Memorial Hastanesi Araştırma ve Geliştirme Laboratuarında bu amaçla Embriyonik kök hücreleri diğer hücrelerden ayıran morfolojik, genetik, ve immünolojik özellikleri nelerdir?
Embriyonik kök hücrelerin, diğer vücut hücrelerine kıyasla son derece yüksek bir çekirdek/sitoplazma volüm oranı mevcuttur ve belirgin pronükleus yapisi içerirler. Bu hücreler, destek hücreleri üzerindeki kültürleri sırasında üç boyutlu koloni oluştururlar. Resim 3’te merkezimizde elde edilen insan embriyonik kök hücre suslarından NS-3’e ait morfoloji yapısı görülmektedir.

Embriyonik kök hücrelerin bir diğer önemli özelliği, kanser hücrelerine benzer sürekli bölünebilme özelliğine sahip olmaları ve bu hücrelerden farklı olarak normal bir karyotip yapısına sahip olmalarıdır.

Embriyonik kök hücreler, ayrıca ileri moleküler tanımlama teknikleri kullanılarak tanımlanırlar. İmmünolojik olarak tanımlanabilmeleri için erken dönemde ekspresyon gösteren işaretçilerin (SSEA-1, 3, 4, TRA-1-60 ve 81 vb) veya gen ürünlerinin (OCT-4, Alkalin Fosfataz vb.) immünositokimyasal yöntemler ile boyanması tekniği kullanılmaktadır. Resim 4’te elde ettiğimiz iki farklı insan embriyonik kök hücre susuna ait alkalin fosfataz boyama sonucu görülmektedir. Boyanan hücreler farklılaşma gözlenmeyen hücrelerdir.
Embriyonik kök hücrelerden hangi tip hücreler elde edilebilir?
Embriyonik kök hücreler, destek hücreleri ve ajanların yokluğunda başkalaşarak elde edildikleri canlı vücudunu oluşturan her türlü hücre ve dokuya dönüşebilirler. Her ne kadar bazı ajanların dönüşüm mekanizmalarındaki rolleri bilinse de, bu mekanizmalar günümüzde ancak belirli oranda bilinmekte ve kontrol edilebilmektedir.
farklı hücre tiplerini elde etmek için merkezimizde kullandığımız metod farklılaşmayı engelleyici faktörleri içermeyen kültür ortamı kullanılarak gerçekleştirilen hücre kültürü sonrası, her üç germ tabakasına ait hücre oluşumu gözlenen embriyoid body yapıları oluşturulması metodudur (Resim 7). İşlem sonrası elde edilmesi istenilen hücre dönüşümünün sağlanması için uygun şartlar ve gerekli kimyasal ajanlar kullanılmaktadır.
Günümüzde çalışmalar en çok kalp kası, sinir, insülin üretici hücre ve kan hücreleri üzerine yoğunlaşmıştır.

Embriyonik kök hücrelerin tedavi amaçlı kullanım potansiyelleri nedir?
Özellikle fare embriyonik kök hücreleri ile gerçekleştirilen çalışmalarda, bu hücrelerin çok farklı hücre tiplerine dönüşebildiği bilimsel olarak kanıtlanmıştır. Halen bu canlılarda transplantasyon sonrası hasarlı bölge ve vücut içerisinde oluşturdukları yapılar ve dönüşüm mekanizmaları araştırılmaktadır. Buna paralel olarak elde edilen insan embriyonik kök hücreleri, sahip oldukları sürekli kendini yenileme ve insan vücudunu oluşturan tüm hücrelere dönüşebilme potansiyelleri sayesinde, yakın gelecekte Alzheimer, diyabet, Parkinson, enfarktüs gibi günümüzde tedavi imkanı olmayan veya son derece sınırlı olan hastalara bu imkanı sağlayabileceklerdir. Ayrıca, özellikle deney hayvanları ile yapılan çalışmalarda bu hücrelerin üreme hücresi oluşturabildikleri de gösterilmiştir. Bu nedenle gelecekte oosit veya spermi olmayan kişiler için de, kök hücrelerin infertilite tedavisinde kullanımı gündeme gelebilecektir. Diğer taraftan embriyonik kök hücrelerin doğasından veya transplantasyon işlemlerindeki birtakım sınırlamalardan dolayı klinikte kullanım günümüzde mümkün olmamaktadır.
Embriyonik kök hücrelerin klinikte tedavi amaçlı kullanımlarını sınırlayan faktörler nelerdir?
Doku veya organ nakli işlemlerinde başarıyı etkileyen en önemli faktörlerden birisi alıcı-verici arasında oluşan doku uyumu sorunudur. Benzer sorunun gelecekte embriyonik kök hücre tedavilerinde de yaşanma olasılığı nedeniyle bilim adamları farklı çözüm önerileri geliştirmekteler: Bunlar sırasıyla kemik iliği veya kordon kanı bankacılığı örneğinde olduğu gibi doku uyumu özellikleri tanımlanmış kök hücre bankaları oluşturmak, doku uyumundan sorumlu genlerin genetik olarak modifikasyonu ile evrensel bir verici kök hücre oluşturmak ve kişiye özgü kök hücre üretilmesi için tedavi amaçlı klonlama teknikleri kullanmaktır.
Dünyada bugüne kadar 80’in üzerinde embriyonik kök hücre suşu rapor edilmiş olsa da bunlardan sadece belirli bir kısmı embriyonik kök hücre kriterleri yönünden test edilmiştir ve dünyada yapılan çalışmalarda sadece birkaç kök hücre suşu kullanılmaktadır. Tedavi amaçlı kullanımları söz konusu olduğunda doku uyumu probleminin yaşanmaması için en az birkaç yüz bin farklı kök hücre suşuna gereksinim duyulacağı düşünülmektedir. Bu nedenle elde edilmiş veya edilecek farklı embriyonik kök hücre suşlarını ortak bir bankada toplamak, ileride potansiyel kullanımları gündeme geldiğinde istenilen doku tipine sahip kök hücre suşunun kullanıma açık olabilmesi yönünden çok önemlidir.
Üzerinde çalışmaların başlatıldığı bir diğer yaklaşım, doku uyumundan sorumlu genlerin gen mühendisliği teknikleri ile değiştirilmesi sonrası transplantasyon uygulamalarında nakledilen hücrelerin alıcı vücut tarafından reddinin önlenmesidir. Bu yolla elde edilen genetik olarak değiştirilmiş hücreler birçok farklı kişide kullanılabileceğinden, gerçekleştiği taktirde kök hücre bankalarına gereksinim ortadan kalkabilecektir. Diğer taraftan genetik olarak değiştirilmiş hücrelerin tedavi amaçlı kullanımı beraberinde tekniğin ne kadar güvenilir olabileceği ve etik boyutu gibi farklı soruları da getirmektedir.
Bir diğer alternatif, tedavi amaçlı klonlama tekniği ile kişiye özgü kök hücre elde edilmesi yöntemidir (Resim 8). Özellikle son yıllarda çiftlik hayvanları ve deney hayvanları üzerinde uygulanan bir yöntem olan klonlama işlemi, tedavi amaçlı olarak kullanılabilir ve işlem sonrası elde edilen klon-embriyo ve embriyonik kök hücreler işlemde hücresi kullanılan kişi ile ayni doku uyumu genleri taşıdığından transplantasyon işlemlerindeki rejeksiyon problemi ortadan kalkabilir.

Gerek hayvan deneylerinde elde edilen düşük başarı ve gözlenen yüksek genetik bozukluk oranları, gerekse kısıtlı alıcı hücre kaynağı ve elde edilme yöntemlerine bağlı teknik ve etik sorunlar bu yöntemin insanda tedavi amaçlı olarak dahi kullanımını kısıtlamaktadır. Bilim adamları, klonlanmış embriyoların, normal döllenme yolu ile elde edilenlerden büyük ölçüde farklı bir genetik programa sahip olduklarını göstermişlerdir. Dolayısı ile aynı teknik ile elde edilecek kök hücrelerin gelecekte bu tip problemler içerip içermeyeceği şu an için bilinmemektedir. Tüm bu bilinmeyenler nedeni ile insan klonlanması işlemleri başta Amerika Birleşik Devletleri olmak üzere birçok ülkede yasaklanmış ve bu çalışmaları yürüten kişiler hakkında yasal yaptırımlar ve cezalar düzenlenmiştir. Bununla birlikte bazı ülkelerde klonlama yasak olmasına rağmen tekniğin tedavi amaçla kullanımı serbesttir ve hatta bazılarında devlet tarafından desteklenmektedir. Yakın zamanda güney koreli bilim adamları gerçekleştirdikleri çalışmalarında tedavi amaçlı klonlama tekniklerini kullanarak ilk insan embriyonik kök hücre suşu elde etmişlerdir. Bu sonuç tüm dünyada bu konudaki etik tartışmaların daha da alevlenmesini sağlamıştır. Adı geçen çalışmada kullanılan yaklaşık 240 insan oositinden işlem sonrası sadece 1 kök hücre suşu elde edilmesi, tekniğin verimliliğinin tedavi amaçlı kullanımı ve klinik uygulamalar için son derece düşük olduğunu göstermektedir. Ayrıca çalışmaların büyük bir bölümü deney hayvanları ile gerçekleştirildiğinden tekniğin insanda tedavi amaçlı kullanımı konusunda henüz optimize edilmiş ve verimliliği kabul edilebilir düzeyde olan bir teknik bulunmamaktadır.
Bu amaçla merkezimizde araştırma ve geliştirme laboratuarımızda tedavi amaçlı klonlama tekniklerinin verimliliğinin arttırılması amacıyla da çalışmalar gerçekleştirmekteyiz. Merkezimizde hayvan modeli oluşturması açısından fare ve sığır oositleri kullanılarak gerçekleştirilen veya rutin yardımcı üreme teknikleri uygulamaları sonrası elde edilen ve hastaların tedavileri için uygun nitelikte ve gelişim düzeyinde olmayan yumurta hücrelerinin kullanıldığı çalışmalarda elde ettiğimiz bulgular, yakın gelecekte tedavi amaçlı klonlama tekniğinde ve kişiye özgü embriyonik kök hücre elde edilmesi yaklaşımında daha iyi sonuçlar elde edilmesine olanak sağlayabilmesi açısından son derece önemlidir.