Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Doğa Derman 

 

Kök hücreler diğer hücrelerden iki önemli özellikleriyle ayrılırlar. Bunlardan birincisi, hücre bölünmesiyle kendilerini yenileyebilme özelliğine sahip öznelleşmemiş hücreler olmaları; ikincisi ise bazı spesifik fizyolojik veya deneysel koşullar altında doku veya organa özgü, özelleşmiş hücrelere dönüşebilmeleridir. Bağırsak ve kemik iliği gibi bazı kısımlarda bulunan kök hücreler hasarlı veya yıpranmış hücrelerin devamlılığını sağlayabilmek adına düzenli olarak bölünürler. Pankreas ve kalp gibi bazı diğer organlarda ise özel durumlarda bölünmeleri gözlemlenir.

 

Bilim adamları yakın zamana kadar hayvan ve insandan elde ettikleri başlıca iki tip kök hücreyle çalışmalarını sürdürdü: embriyonik kök hücreler ve embriyonik olmayan, somatik veya yetişkin kök hücreleri. 2006 yılında ise araştırmacılar bazı insan hücrelerinin yeniden programlanmasıyla ‘indüklenmiş pluripotent kök hücre (iPS hücresi)’ denen hücreler oluşturdular.

 

Kök hücreler pek çok açıdan canlı organizmalar için önem taşır. Embriyonun blastosit denilen 3 ila 5 günlük evresinde iç kısımda bulunan hücreler tüm özelleşmiş vücut hücrelerinin ve organların oluşumuna olanak sağlar. Kemik iliği, kas, beyin gibi bazı dokularda bulunan yetişkin kök hücreleri ise zamanla yıpranan ve kaybolan bazı hücrelerin yenileriyle değiştirilmesini sağlar.

 

Rejeneratif özelliklerinin yanısıra kök hücreler, diyabet ve kalp rahatsızlıkları gibi fonksiyonel bozuklukların tedavisi için de yeni olanaklar sağlıyor; fakat hücre bazlı rejeneratif terapilerin uygulanabilmesi için laboratuvar ortamında ve klinik olarak çalışmaların ilerletilmesi gerekiyor.

Kök hücre araştırmaları, organizmanın tek hücreden nasıl geliştiği ve hasarlı hücrelerin nasıl sağlıklı olanlarla değiştirildiği konusunda daha fazla bilgi edinebilmek adına sürerken; kök hücre teknolojisi günümüzde özellikle yeni ilaçları test etmek ve model sistemler oluşturmak için kullanılıyor.

 

Kök hücreleri diğer hücrelerden ayıran nedir?

Tüm kök hücreler başlıca üç niteliğe sahiptir: Yıllarca bölünmelerini sürdürebilir ve kendilerini yenileyebilirler, özelleşmiş hücreler değillerdir, özelleşmiş hücrelerin oluşumunu sağlarlar.

Normal şartlar altında kendilerini yenileme yetenekleri olmayan kas, kan ya da sinir hücrelerinin aksine kök hücreler kendilerini pek çok sefer eşleyebilir ya da çoğaltabilirler. Bir grup kök hücre aylar sonunda kendini eşleyerek milyonlarca yeni hücrenin oluşumunu sağlayabilir. Araştırmacılar, kök hücrelerin uzun süre kendilerini yenileyebilme özelliği konusunda başlıca; embriyonik kök hücreler farklılaşmadan bir yıl ya da daha fazla süre bölünebilirken çoğu embriyonik olmayan kök hücrenin bunu neden başaramadığını ve canlı organizmalarda kök hücre çoğalmasının, eşlenmesininin hangi faktörler tarafından düzenlendiğini anlamaya çalışıyor. Bu soruların cevaplanması; normal embriyonik gelişim ve kansere yol açan ölçüsüz hücre bölünmesi sırasında proliferasyonun nasıl olduğunun, daha etkin embriyonik ve embriyonik olmayan kök hücrelerin nasıl üretilebileceğinin anlaşılmasını sağlayabilir.

Kök hücrelerin bir diğer temel özelliği ise özelleşmiş fonksiyonlar sağlayan dokulara özgü yapılar içermemesidir. Örneğin kök hücreler, kalp kası hücreleri gibi, komşu hücrelerle iş birliği yaparak vücutta kan pompalanmasını sağlayamaz ya da alyuvarlar olarak da bilinen kırmızı kan hücreleri gibi kanda oksijen molekülleri taşıyamazlar. Ancak bu özelleşmiş hücrelerin oluşumunu sağlayabilirler.

Fonksiyonel olarak özelleşmemiş kök hücrelerin, özelleşmiş hücrelere dönüşümüne farklılaşma denir. Farklılaşma sırasında kök hücreler, hücrenin kendisinden ve çevresinden gelen tetikleyici sinyallerle aşama aşama özelleşirler. İçsel sinyaller sahip olduğu bazı genlerin ifadeleriyle gerçekleşirken dışsal sinyaller başka hücreler tarafından yayılan kimyasallar, komşu hücrelerle temas ve mikro çevredeki bazı moleküller aracılığıyla olur. Farklılaşma sürecinde etkili olan bu içsel ve dışsal sinyallerin kök hücre türleri arasındaki benzerlikleri ve farklılıklarının derinlemesine anlaşılması, araştırmacıların laboratuvar ortamında kök hücre farklılaşmasını nasıl kontrol edebilecekleriyle ilgili yeni yollar geliştirmesini sağlayabilir ki bu sayede hücre bazlı terapilerin gelişimi desteklenebilir.

Yetişkin kök hücreleri genelde bulundukları dokuya özgü hücrelerin oluşumuna olanak verir. Örneğin, kan hücrelerinin oluşumunu sağlayan ve kemik iliğinde bulunan hematopoetik kök hücrelerin beyindeki sinir hücreleri gibi oldukça farklı bir dokuya ait hücrelerin oluşumundan sorumlu olmadığı kabul edilir; fakat son yıllarda yapılan bazı çalışmalar aksinin de olabileceğine dair kanıtlar sunmuştur.

 

Embriyonik kök hücre nedir?

Embriyonik kök hücreler isimlerinden de anlaşılacağı üzere embriyo bazlı hücrelerdir. Embriyonun erken evrelerinden biri olan blastositte morulanın ortasında kümelenmiş halde bulunan hücrelerden elde edilir. Çoğu embriyonik kök hücre laboratuvar ortamında (in vitro) döllendirilmiş yumurta hücrelerinden elde edilir ve donörün izni dahilinde kullanılır. Bunlar bir kadının vücudunda döllenmiş yumurtalardan elde edilmez.

 

Yetişkin kök hücresi nedir?

Yetişkin kök hücreleri, doku ve organlarda bulunan, kendilerini yenileme ve bazı ya da tüm ana hücre tiplerine dönüşebilme yeteneğine sahip henüz farklılaşmamış hücrelerdir. Bu kök hücrelerin temel görevi canlı organizmalarda bulundukları dokunun devamlılığı ve yenilenmesini sağlamaktır. Yetişkin kök hücrelerine somatik kök hücreler de denir. Embriyonik kök hücrelerin aksine bazı olgunlaşmış dokulardaki yetişkin kök hücrelerinin kökeni tam olarak bilinmemektedir.

Araştırmacıların sanılandan daha fazla dokuda yetişkin kök hücre saptamasıyla kök hücrelerin transplantasyon için de kullanılabileceği düşüncesi ortaya çıktı. Aslında hematopoetik yani kan hücrelerinin oluşumunu sağlayan ve kemik iliğinde bulunan yetişkin kök hücreleri kırk yılı aşkın süredir transplant amacıyla kullanılmakta. Şimdiyse beyin ve kalp dokularında da bu tür kullanıma açık kök hücreler olduğu düşünülüyor. Eğer yetişkin kök hücrelerinin farklılaşması laboratuvar ortamında kontrol edilebilirse bu hücreler transplantasyon bazlı terapilerin temel ögesi olabilir.

Yetişkin kök hücrelerinin araştırılması yaklaşık elli yıl önce başladı. 1950’lerde araştırmacılar kemik iliğinde bulunan iki tip kök hücre keşfettiler; hematopoetik kök hücreler ve mezenkimal kök hücreler. 1960’larda sıçan beyninde, bölünen ve sonunda sinir hücrelerine dönüşen hücreleri barındıran iki bölge fark edildi. Bulgulara rağmen çoğu bilim adamı 1990’lara kadar beyinde yeni sinir hücresi oluşumu olamayacağını savunuyordu; artık beyinde astrosit, oligodendrosit ve nöronlara dönüşebilen kök hücreler olduğu biliniyor.

Canlı organizmada yetişkin kök hücreleri uzun bir süre boyunca bölünebilme yetisine sahiptir; ihtiyaç halinde karakteristik yapıya ve fonksiyonlara sahip doku hücrelerinin oluşumunu sağlarlar.

Hematopoetik kök hücreler bütün kan hücrelerine dönüşebilir. Bunlar; kırmızı kan hücreleri, T lenfositler, B lenfositler, doğal öldürücü hücreler, nötrofiller, basofiller, eozinofiller, monositler ve makrofajlardır.

Mezenkimal kök hücreler pek çok dokuda bulunur. Kemik iliğinde bulunanlar, kemik hücreleri olan osteoblastlar ve osteositler, kıkırdak hücreleri olan kondrositler, yağ hücreleri olan adipositler, kan formasyonunu düzenleyen stroma hücreleridir. Kemik iliği kaynaklı olan ve olmayan mezenkimal hücreler arasındaki fark ise henüz detaylı olarak bilinmemektedir.

Nöral kök hücreler beyindeki üç ana tip hücrenin oluşumunu sağlar. Bunlar; sinir hücreleri ile sinir hücresi olmayan astrositler ve oligodendrositlerdir.

Epitel kök hücreler gastrointestinal ya da diğer adıyla sindirim sisteminde bulunur ve soğurucu hücrelerin, goblet hücrelerinin, paneth hücrelerinin ve enteroendokrin hücrelerin oluşumunu destekler.

Deri kök hücreleri epidermisin bazal tabakasında ve kıl köklerinin dibinde bulunur. Epidermal kök hücreler derinin üst tabakasına yerleşerek koruyucu bir tabaka oluşturan keratinositlerin; foliküler kök hücreler kıl foliküllerinin ve epidermisin oluşumunda rol alır.

 

Embriyonik kök hücrelerin ve yetişkin kök hücrelerinin benzerlik ve farklılıkları nelerdir?

İnsan embriyonik ve yetişkin kök hücreleri, hücre bazlı rejeneratif terapilerde kullanımları açısından hem avantaj hem de dezavantajlara sahiptir. Aralarındaki temel fark ise oluşturdukları farklılaşmış hücre türevleri ve sayılarından ileri gelir. Embriyonik kök hücreler pluripotent özellikte olduğundan tüm tip vücut hücrelerine dönüşebilir; fakat yetişkin kök hücrelerinin farklılaşması daha sınırlıdır.

Embriyonik kök hücreler, yetişkin kök hücrelerine kıyasla laboratuvar ortamında daha kolay elde edilir. Yetişkin kök hücrelerinin saptanması ve izole edilmesi daha zordur, ayrıca bu hücrelerin hücre kültüründe çoğaltılması henüz yeterince başarılı olamamıştır. Hücre değişimi terapileri için fazla sayıda kök hücre kullanmak gerektiğinden bu büyük bir farklılık ve dezavantajdır.

Farklı olduklarına inanılan bir diğer konu ise transplantasyon sonrası kişinin bağışıklık sistemi reaksiyonudur. Embriyonik kök hücrelerin neden olacağı reaksiyon etik kurallar nedeniyle yeterince test edilemese de yetişkin kök hücreleri hastanın kendi hücresinin kültürde çoğaltılmasıyla üretildiği için bu hücrelerin daha az tepkiye yol açacağına inanılıyor. Kısaca bu yöntem sırasında, hastadan alınan hücre laboratuvar ortamında çoğaltılıyor, özel bir hücre tipine dönüşebilecek şekilde tasarlanıyor ve hastanın ilgili vücut dokusuna tekrar yerleştiriliyor. Hastanın kendi dokularından elde edilen kök hücreler, immün sistem tarafından daha az olasılıkla tehlike olarak algılanabilir ve reddedilebilir. Bu önemli bir avantajdır çünkü aksi takdirde kişi devamlı olarak immün reaksiyon baskılayıcı ilaçlar kullanmak zorunda kalabilir ve bu durum istenmeyen yan etkilere neden olabilir.

 

İndüklenmiş pluripotent kök hücre (iPS hücresi) nedir?

İndüklenmiş pluripotent kök hücreler genetik olarak embriyonik kök hücrelere benzer bir yapı kazanacak şekilde yeniden programlanmış yetişkin hücreleridir. Bu hücrelerin de aynı embriyonik kök hücreler gibi pluripotent özellikte olması beklense de klinik olarak aralarında önemli bir farklılık olup olmadığı henüz tam olarak bilinmemektedir. İPS hücrelerinin fare aracılığıyla ilk elde edilişi 2006 yılında; insan aracılığıyla ilk elde edilişi işi 2007 yılının sonlarına doğru rapor edilmiştir. Fare indüklenmiş pluripotent kök hücrelerinin, pluripotent kök hücrelere oldukça benzer özellikte olduğu gözlemlenmiştir. Bu benzerlik; oluşturulan hücrede kök hücre belirleyici proteinlerin ekspresyonu, üç germ tabakasının oluşumuna olan katkısı ve başlangıç evrelerinde olan fare embriyosuna hücrelerin yerleştirilmesi sonucu pek çok dokunun oluşumunda rol alması gibi belirleyici özelliklerle desteklenmiştir. İnsan iPS hücrelerinde de aynı farelerde olduğu gibi kök hücre belirleyici proteinlerin varlığı saptanmış ve bu hücrelerin üç germ tabakasını oluşturacak hücrelere dönüştüğü görülmüştür.

Daha fazla araştırma gerekli olsa da, iPS hücreleri şimdiden ilaç gelişimi ve hastalık modellemesi için kullanışlı bir araç olarak görülüyor. Bilim adamları iPS hücrelerinin transplantasyon amaçlı da kullanılabileceğini umut ediyor.

Virüsler, yetişkin hücresine yeniden programlama faktörlerinin aktarılması için taşıyıcı olarak kullanılıyor; fakat bu aktarımın insanda tedaviyi destekleyecek şekilde gerçekleştiğinden emin olmak için bir dizi kontrol ve test yapılması gerekiyor. Hayvanlarla yapılan araştırmalarda kök hücre faktörlerinin hücreye aktarımı için kullanılan virüslerin kansere yol açabileceği görüldü. Bu nedenle araştımacılar virüs kaynaklı olmayan aktarım stratejileri de geliştirdi. Bu gelişme, hücrelerin geri farklılaşmasına yönelik güçlü metotlar geliştirilmesine neden oldu: Kök hücrenin hangi spesifik hücreye dönüşeceğine dair olan ön bilgi değiştirilebiliyor. Bunların yanı sıra, iPS hücreleri kullanılarak elde edilen dokular hücre donörüyle oldukça uyumlu bir yapıya sahip olduğundan immün sistem reaksiyonlarına mahal vermeyeceği düşünülüyor. İPS hücrelerine yönelik strateji pluripotent kök hücrelerin oluşumunu sağlıyor ve bu oluşum hücrelerin tekrar programlanması ve hasarlı dokunun yerine kullanılması için oldukça umut vaat ediyor.

 

İnsan kök hücrelerinin kullanım alanları nelerdir?

İnsan kök hücreleri pek çok şekilde araştırma ve klinik amaçlı olarak kullanılabilir. İnsan embriyonik kök hücre araştırmaları, insanın gelişimi sürecinde meydana gelen olaylar dizisinin anlaşılmasına olanak sağladı. Bu çalışmaların birincil amacı farklılaşmamış kök hücrelerin nasıl dokuları ve organları oluşturan farklılaşmış ve özelleşmiş hücrelere dönüşebildiğiydi. Spesifik genler belirli zamanlarda aktif ve pasif hale geçerek bu farklılaşmanın temel düzenleyicisi rolünü üstleniyor. Kanser ve doğuştan olan kusurlar gibi bazı ciddi sağlık sorunlarının sebebinin ise normal dışı hücre bölünmesi ve farklılaşması olduğu biliniyor. Bu süreçlerin moleküler ve genetik detaylarının tamamen anlaşılmasıyla bu tip sağlık sorunlarının oluşumuna ve nasıl önleneceğine dair kök hücre tedavileri geliştirilebilecek.

İnsan kök hücreleri yeni ilaçların test edilmesi için de kullanılıyor. Yeni ilaçların güvenilir olup olmadığı pluripotent hücrelerin farklılaşmasıyla elde edilen hücreler üzerinde test ediliyor. Diğer hücre grupları da bu amaçla kullanılıyor. Örneğin tümör gelişimini durdurması beklenen ilaçlar kanserli hücre grupları kullanılarak kontrol ediliyor. Ancak yeni ilaçların kontrolünün en doğru şekilde yapılabilmesi için kullanılan örneklerin aynı koşullara sahip olması gerekli. Bu yüzden araştırmacıların, kök hücrelerin test edilecek belirli bir hücre tipine farklılaşmasını eksiksiz olarak kontrol ederek farklılaşmış hücrelerden oluşan saf bir popülasyon elde etmesi gerekiyor.

Kök hücrelerin en önemli potansiyel uygulamalarından biri ise hücre bazlı terapiler için kullanılabilecek hücre ve dokuların üretimini sağlayabilecek olması.

Günümüzde, bağışlanan organlar ve dokular işlevini yerine getiremeyen zarar görmüş doku ve organlarla değiştirilebiliyor. Ama uygun nakil sayısı ihtiyacın tamamını karşılayabilecek seviyeden oldukça uzak. Özgül hücrelere farklılaştırılan kök hücreler, hücre ve dokuların değiştirebilmesi için yenilenebilir bir kaynak sunuyor. Bu sayede Alzheimer, omurilik hasarları, felç, yanıklar, kalp rahatsızlıkları, şeker hastalığı ve romatoit artrit gibi pek çok rahatsızlığın önüne geçilmesi planlanmaktadır.

 

Kaynak: Bilim.org

Kaynak makale: “Stem Cell Basics”, National Institutes of Health