Kök Hücre Plastisitesi ve T ptaki Kullan m Alanlar

Transkript

1 Kök Hücre Plastisitesi ve T ptaki Kullan m Alanlar Adalet Meral Günefl Uluda Üniversitesi T p Fakültesi, Çocuk Sa l ve Hastal klar Anabilim Dal, Çocuk Hematoloji Bilim Dal, Doç.Dr. nsano lunun ölümsüzlük düflü pek çok uygarl n yaz tlar na ve gündelik yaflant s na tarih boyunca yans m flt r. M s r medeniyetinde firavunlar ölümden sonra tekrar dirileceklerini düflünerek k ymetli eflyalar ile birlikte gömülmüfller ve yaflayabilecekleri mekanlar olarak da piramitleri infla etmifllerdir. Do u mitolojisinde Lokman hekim ölümsüzlü ün ilac n yazd ka tlar rüzgar savurunca kaybetmifl ve insano lu ölüme çareyi bulamam flt r. Yunan mitolojisinde ise atefl tanr s Prometeus bafl tanr Zeus a karfl geldi i için cezaland r lm fl ve ç plak bir flekilde Kaf da na zincirlenmifltir. Her gün bir akbaba karaci erinden bir parça koparmas na karfl n karaci eri kendini yenilemifl ve Prometeus ölmemifltir.belki de insanl k tarihinde kök hücre kavram n n ilk izleri bu mitolojik öykülerde sakl d r. Ancak y llarca pandoran n kutusunda sakl kalan bu gizem günümüzde bilimsel olarak aç klanmaya bafllanm fl ve t p tarihinde devrim yaratacak nitelikte geliflmelere yol açm flt r. 21.yüzy l n nefes kesen bu geliflmelerini daha iyi anlayabilmek amac ile bu yaz m zda kök hücrenin ne oldu unu, rejenerasyon ve diferansiyasyon kapasitesini ve t p alan nda gelecek vadeden kullan m alanlar - n incelemeye çal flt k. Kök Hücre Nedir? Organizmada kendi kendini yenileyebilen farkl hücre tiplerine dönüflebilen hücrelere kök hücre denir. Kök hücrenin hangi hücreye diferansiye olaca n n hücre çekirde inde bulunan genler kontrol eder. Bu genlerden ç kan sinyallere göre de iflik hücre tiplerine dönüflebilmektedir. Kök Hücre Kaynaklar 36 1.Embriyonel 2.Fetal 3. Eriflkin Embriyonel Kök Hücre Baz kök hücrelerin kendilerini yenileyebilme ve diferansiye olabilme potansiyelleri di erlerinden daha fazlad r. Konsepsiyon s ras nda oluflan döllenmifl yumurta yani zigot blastomer isimli bölünebilen hücreleri içermektedir. flte bu hücreler totipotent özelliktedir. Yani bir organizmay tümüyle yapabilecek potansiyele sahiptirler. Örne in, tek yumurta ikiz, üçüz veya dördüzleri gibi. Döllenmeden 4-5 gün sonra ise bu totipotent hücreler daha özelleflerek blastokist ad verilen yeni bir hücre toplulu una dönüflür.blastokistin d fl tabakas na trofoektoderm denir ve plasentay oluflturur. ç tabakas ndaki hücreler ise embriyoyu meydana getirirler. nsan embriyonik hücreleri trofoektoderm kald r larak embriyoyu yapacak olan içteki hücre toplulu undan elde edilir. Bu hücreler zigot gibi totipotent de ildir. Yani yeni bir insan oluflturamazlar. Ancak, pluripotent özellikte olup, 3 germ tabakas n n oluflturabilece i tüm dokulara diferansiye olabilirler (1).(fiekil 1-2). nsan embriyonel hücreleri iki kaynaktan elde edilerek bilimsel çal flmalarda kullan labilir: 1. Tüp bebek ünitelerinde kullan lmayan ve dondurulmufl embriyolardan aile izni ile al nabilirler., 2. De iflik nedenlerle gebeli i sonland r lan fetuslardan al nabilirler. Ayr ca uterus içerisinde büyümüfl bir fetusun ovum veya sperm olacak hücreleri de kök hücre fonksiyonu görebilirler. Bu nedenle bilimsel çal flmalarda embriyonel hücrelere alternatif olabilirler. Ancak, bunlar geliflimin daha geç döneminde ortaya ç kt klar için ço alma potansiyelleri daha k s tl d r. Embriyonel kök hücrenin eriflkin tip kök hücreden farkl özellikleri vard r. Bunlar; 1. Pluripotent hücrelerdir. Yani, uygun koflullarda her hücre tipine örn : kas, sinir karaci er gibi dönüflebilirler. Farkl laflma potansiyelleri eriflkin tip kök hücreden daha fazlad r. Tam bir organizma oluflturamazlar ama, 200 den fazla say da de iflik hücre tiplerine dönüflebilirler 2. Telomerleri uzun oldu u için ço alma kapasiteleri çok daha fazlad r ve uzun süre ço alabilirler. Uygun laboratuar koflullar nda 2 y l yaflayabilirler (2) (fiekil 2. Embriyonel kök hücrenin s n rs z kendini yenileyebilme ve diferansiye olabilme potansiyeli, günümüzde tedavi olanaklar s n rl olan pek çok hastal n iyilefltirilmesine yol açacak bilimsel çal flmalara öncül olmufltur.(fiekil 3). Bu çal flmalar n amac ; 1. nfertilite, gebelik kay plar veya do um anomalileri gibi önemli olaylar engellemek (3), 2. Embriyotoksik teratojen ilaçlar insan embriyonel kök hücreleri ile yap lan çal flmalarla saptanmas (4), 3. laçlar n in vitro doku hücreleri üzerine olan toksik etkilerinin pluripotent bu hücre serilerinde gösterilmesi, 4. Embriyonik kök hücrelerden kalp kas, beyin, pankreas adac k hücreleri ve kan damarlar diferansiye olabilir. Bu dokulardaki hasarlaflmalarda dokunun rejenerasyonundu kullan lmas (4,5,6,7,8) 5. Ayr ca gen teknolojisi kullan larak yeni organlar yarat lmas ve organ transplantasyonunda kullan lmas : Bu amaçla hastadan al nan somatik hücrenin çekirde i, çekirde i ç kar lm fl (enukleasyon) oosite transfer edilir ve hücre aktive edilerek fertilizasyon takliti ile oosit döllenmesi gerçeklefltirilir. Fertilize olmufl hücredeki (zigottaki) totipotent hücrelere gerekli sinyaller verilerek istenilen doku (örne in kalp kas, pankreas, karaci er, nöronlar hematopoietik dokular) oluflturulabilir. Bu doku örnekleri hasta ile genetik ola-

2 rak identiktir. Bu nedenle transplantasyon s ras nda önemli bir sorun olan al c ve verici aras nda HLA doku grup antijen farkl l na ba l geliflen graft versus host hastal ve rejeksiyon problemleri yaflanmaz. Bu olay gelecekte organ transplantasyonunun yerini alabilecektir. Bugün dünyada pek çok kifli kanser ve organ yetmezli i gibi kronik hastal klar nedeniyle kaybedilmektedir. Kronik hastalar psikolojik aç dan kötü etkilenmekte ve hem ifl gücü kayb hem de tedavi masraflar nedeniyle ülke ekonomileri için a r bir yük oluflturmaktad rlar. Örne in diabetes mellitus tedavisi için ABD de 140 milyar dolar harcand bildirilmektedir. flte kök hücre çal flmalar sonucunda hastal kl hücrelerin yenilenmesi veya yeni organ oluflturulmas için sonsuz bir kaynak keflfedilmifltir (2, 9) 6. Klonlama: Bir organizman n fenotipik ve genetik olarak t pat p benzeyen yeni bir organizma üretmesidir. Bir di er deyiflle klonlama organizman n kendisini kopyalamas d r. Bu anlamda aseksüel üreyen bakteriler yüzy llard r kendisini kopyalamaktad r. Memeliler gibi seksüel yol ile ço alan organizmalarda ise üreme sonucu oluflan yeni canl n n genetik flifresinin yar s anneden yar s da babadan gelmektedir. Ancak, memelilerde de do al yol ile klonlama oluflabilmektedir. Döllenmeden hemen sonra ilk 4-5 gün içerisinde meydana gelen totipotent hücrelerin her biri yeni bir canl y tam olarak yapabilme özelli indedir. Örne in, tek yumurta ikizleri veya üçüz ve dördüzleri gibi. Do al yolla oluflan klonlama d fl nda insano lu yapay klonlama için de u rafl vermifl ve 1997 y l nda skoçya da ilk kez bir memeli hayvan (koyun) kopyalanm flt r. Campell ve arkadafllar (10) 6 yafl ndaki bir koyun embriyosundan elde edilen epitelyal hücre çekirde ini baflka bir koyundan al nan ve çekirde i ç kar lm fl oosit hücresine transfer etmifller ve elektrik ak m vererek fertilizasyonu sa lam fllard r. Bu flekilde 276 deneme yapm fllar ve sadece 29 tanesinde döllenme baflar l olabilmifltir. Bu döllenmifl yumurtalar koyunun rahmine yerlefltirilmifl ve 13 tanesi rahimde tutunmakla birlikte sadece biri canl olarak do mufltur ve bu koyuna Dolly ismi verilmifltir (fiekil 4). Böylece bilim tarihinde bir ilk baflar l olmufl ve insan kopyalaman n da olas olabilece i düflüncesi iyice yerleflmifltir.bu çal flmalar n fl alt nda 1998 y l nda 30 yafl ndaki bir kad n n vücudundan al nan hücrelerin çekirde i al nm fl ve ayn kad n n yumurtas ile döllenmifltir. Döllenme gerçekleflmifl ve 4 hücre düzeyine kadar büyüme olmufltur. Ancak, insan kopyalama yasal olmad için bilim adamlar bu düzeyde çal flmalara son vermifllerdir. Günümüzdeki teknoloji ile insan kopyalamak teorik olarak mümkündür. Ancak bu olay ahlaki ve dini aç dan tart flmaya aç kt r. Ayr ca teknik aç dan da pek çok s n rlamalar halen vard r. Kopyalanan insanlar genetik özelliklerini yeni bireye tam olarak geçirebilmektedir. Ancak, karakter ve davran fllar n ayn olamayaca düflünülmektedir. Örne in, tek yumurta ikizlerinin de karakterleri birbirinden farkl olabilmektedir. Ayr ca, kopyalanan yeni bireylerin hücre yafl kopyaland klar kifliler ile ayn olacakt r. Koyun Dolly örne inde, Dolly 6 yafl nda iken erken yafllanma bulgular ve atipik artrit gelifltirmifl ve sonunda da akci er kanseri nedeni ile yaflam na son verilmek zorunda kal nm flt r. nsan kopyalamada bir di er sorun da, yeni bireylerin kopyaland klar kiflilerce organ nakillerinde kullan lma olas l n n olmas d r. Tüm bu etik tart flmalar nedeni ile insan kopyalama günümüzde halen yasal de ildir (11-15). Klonlama çal flmalar, hakk ndaki tart flmalara karfl n genetik flifre üzerindeki bilgi ve deneyimimizi büyük ölçüde art rm flt r. Kök hücre çal flmalar na itici güç olmufl ve ölümcül pek çok hastal n tedavisi için kök hücre kullan m n destekleyen bir temel oluflturmufltur. Kök hücre kullan larak hasarl organ n tamam n de ifltirmek yerine organa verilen kök hücreler ile sa l kl ve yeni hücreler yapmak ve dolay s yla organ fonksiyonlar n yenileyebilmek olas d r. Örne in, miyokard enfarktüslü veya miyokarditli hastalar kök hücre nakilleri ile sa l kl miyokard hücresi üretebilmek mümkündür (16). Ayn yöntem, renal ve hepatik yetmezlik için de kullan labilir. Ayr ca günümüzde kesin tedavisi olmayan Parkinson, Alzheimer gibi sinir sisteminin dejeneratif hastal klar da kök hücrelerden elde edilen sa l kl sinir hücreleri ile tedavi edilebilir. Kaza sonucu medulla spinalis zedelenmesi olan bireylerin omurilik s v s na kök hücreden elde edilen hücreler verilerek kopan sinirlerin fonksiyonlar yeniden kazand r labilir. Bu çal flmalar felçli hastalar için büyük bir umut fl d r (9,17). leri dönemde gen mühendisli inin de katk lar ile tek bir kök hücreden istenilen organ farkl laflmas yap labilecek ve nakil bekleyen hastalar için s n rs z bir doku kayna oluflturulabilecektir. Eriflkin Tip Kök Hücre: Bu hücreler, eriflkin dokular nda bulunan tam farkl laflmam fl hücrelerdir. Organizma yaflad sürece kendilerinin kopyalar n üreterek ço al rlar ve bulunduklar dokuda bir hasar oldu unda doku rejenerasyonunu sa larlar. Eriflkin kök hücreleri multipotenttir. Yani diferansiyasyon kapasiteleri s n rl d r ve tüm hücre tiplerine farkl laflamazlar. Bulunduklar doku hücreleri d fl nda bir kaç farkl doku hücresine diferansiye olabilirler. Örne in ; eriflkin tip kan kök hücresinden sinir, kas ve karaci er hücreleri elde edilebilir. Beyin kök hücresinden de kan ve kas hücreleri oluflturulabilir. Embriyonel kök hücrelerin ise eriflkinden farkl olarak daha fazla diferansiye olma potansiyeli vard r ve tüm hücrelere dönüflebilirler. Eriflkin kaynakl kök hücreler her dokudan elde edilemezler. fiu ana kadar çal flmalarda sadece beyin, kas, kemik ili i, deri, difl, sindirim sistemi,göz ve pankreastan elde edilebilmifllerdir. Ayr ca ço alma, bü- fiekil 1: Embriyonel kök hücrelerin elde edilmesi. fiekil 2: Embriyonel kök hücre. 37

3 yüme az oldu undan ve kültürde uzun süreli yetifltirilebilmeleri de zor oldu undan bilimsel çal flmalarda daha çok embriyonel kaynakl kök hücreler tercih edilmektedir (18-21). Eriflkin kök hücrenin plastisite özelli inin olabilece i ilk kez, kemik ili i transplant yap lm fl olgularda nonhematopoietik dokularda donor hücrelerinin gösterilmesi ile olmufltur. Son y llarda eriflkin kök hücre plastisitesini aç klayan yeni bir kavram geliflmifltir. Buna göre kök hücre farkl bir doku veya organa ait kök hücre fenotipini kazanabilir ve baz durumlarda mezoderm, ektoderm ve endoderm hücreleri birbirine de iflebilir (17). Bu yeni kök hücre plastisite kavram n aç klayan 5 farkl mekanizma vard r (fiekil 5): 1. Dediferansiyasyon: Bir seriye ait matur bir hücrenin daha immatur bir hücreye diferansiye olup baflka bir seriye ait hücrelere diferansiasyonu 2. Transdeterminasyon: Kök hücrenin farkl bir dokuya ait kök hücreye dönüflümü Örne in. Drosofilia larvas içeren diskler birbirlerine transplant edilirse genellikle transplant edilen hücreler kendi kimliklerini korumakla birlikte yeni diskteki hücrelerin de özelliklerini kazanabilirler. 3. Transdiferansiyasyon: Diferansiye olmufl hücrenin farkl bir dokuya ait diferansiye olmufl hücre fenotipini kazanmas. Örnek: Normal geliflim s ras nda düz kaslardan özafagusdaki iskelet kaslar n n oluflumu 4. Hücre füzyonu: Buna en iyi örnek klonlama s ras nda matur bir hücrenin çekirde inin enukleasyon ile çekirde i ç kar lm fl ovuma verilmesi ve hücrenin yeni bir programlanmaya gitmesidir. 5. Totipotent kök hücreden multipotent doku spesifik hücrelerin geliflmesidir. Hematopoietik Kök Hücreler : Hematopoietik dokulardan elde edilen kök hücrelerin plastisite potansiyeli oldu u kemik ili i transplantasyonu kavram ile birlikte 1961 y l ndan beri kabul edilmifltir (22 ). Hematopoietik kök hücreler kemik ili i, umblikal kord ve periferik kanda bulunmaktad r. nsanlarda hematopoietik kök hücrelerin yüzey markerlar genellikle CD38- olup, CD34+ ve CD133+ tir (23). Son y llarda hem hematopoitetik hem de nonhematopoietik dokularda kök hücrelerin bulunduklar dokular d fl nda farkl dokulara ait hücreleri yapabilme özelli- inde oldu u ortaya konmufltur (24 ). Hematopoietik dokulardaki kök hücrelerden iskelet kas, miyokard, epitel, endotel, nöronlar ve hepatositler geliflebilmektedir (25 ). Hematopoietik hücrelerden en zengin olan doku kemik ili idir. Kemik ili indeki kök hücrelerin en az 3 primitif kök hücre toplulu unu içerdi i düflünülmektedir ( 26, 27, 28) (fiekil 6): 1. Hemangioblastlar: Hematopoietik ve endotel kök hücrelerinin prekürsörleri 2. Mezenkimal kök hücreler: Stroma, kas,kemik,kartilaj ve ya hücreleri geliflebilir. 3. MAPC (Multipotent Adult Progenitör Hücre): Ektoderm, mezoderm ve endodermal seri hücrelerini oluflturabilirler. Bu hücre dizilerinin birbirine dönüflebilme özelli i sayesinde kemik ili i kök hücrelerinden pek çok farkl doku hücreleri geliflebilmektedir. Mezoderm-ektoderm-mezoderm dönüflümü: Kemik ili i kaynakl hücreler (Bone marrow derived cells-bmdc) fare beyin dokusuna verilmifl ve bu hücreler beynin korteks, serebellum, talamus gibi de iflik bölgelerinde saptanm fllard r (29). Bu deney BMDC hücrelerinin de iflik bölgelere göç ederek nöral, glial hücrelere transdiferansiye oldu unu kan tlamaktad r. nsanlarda da buna benzer bir durum kemik ili i transplant ndan sonra saptanm flt r. Bayan bir hastaya erkek bir donorden kemik ili i hücre transplantasyonu yap lm fl ve hastan n beyin dokusunda Y kromozom içeren erkek donor hücreleri saptanm flt r (30). Bu donor kaynakl hücrelerin büyük bir k sm hematopoietik hücre özelli inde olmas na karfl n, az bir bölümü de oligodendrosit, astrosit, mikroglia gibi beyin dokusuna ait hücre özelli indedir. Bu çal flma ile hematopoietik kök hücrelerin beyin dokusu hücrelerine diferansiye olabilece i ve beyin hasar nda rejenerasyon amac ile kullan labilece i gösterilmifltir. Bu hücrelerin kognitif fonksiyonlar n n olup olmad henüz bilinmemekle beraber iskemi, konvulziyon ve paralizi tedavilerinde kullan labilece i düflünülmektedir. Ayr ca bugün tedavileri mümkün olmayan Parkinson, Alzheimer, multiple skleroz, amiyotrofik lateral sklorozis gibi hastal klar n tedavisi için de bir umut fl oluflturmaktad r. Ayr ca pek çok çal flma ile mezodermden köken alan somatik hücre dizilerinin ektodermal doku hücrelerine dönüflebildi i gösterilmifltir (31). Örne in, BMDC hücrelerinin deri, akci er, karaci er ve gastrointestinal epitel hücrelerine diferansiye olabilece i ortaya konmufltur. Cinsiyet farkl fareler ile yap lan kemik ili i transplantasyon deneylerinde hematopoietik hücrelerin donor farelerde hem hematopoietik hücreleri hem de mide, kolon, ince barsak, özafagus epiteli ve tip II pnömositleri yaratabilme kapasitesi oldu u gösterilmifltir (32). Bu hücrelerin engraftment kapasiteleri organlara göre farkl l k gösterir. Engraftment en fazla pnömositlerde olmufl ve di er dokulardaki epitelde daha az oranda gerçekleflmifltir. Dokulardaki bu farkl l k, kök hücrenin kapasitesi, her organdaki hasar n derecesi ve normal hücre turnover n n farkl olmas na ba l olabilir. Bu çal flmalar sonucunda kesin olarak hematopoietik tek bir hücrenin hem hematopoietik hem de farkl doku hücrelerine dönüflebilece i ortaya konmufltur. 38 fiekil 3: Kök Hücrenin Kullan m Alanlar. fiekil 4: Klonlaman n Aflamalar.

4 Mezoderm-Mezoderm Dönüflümü Ferrari ve ark (33 ) 1998 y l nda farelerde BMDC hücrelerin hasarl kas fibrillerinin oldu u bölgeye göç ederek rejenerasyon sa lad n göstermifllerdir. Böylece kemik ili i kaynakl progenitör hücrelerin musküler distrofi gibi kas hastal klar n n tedavisinde kullan labilece i görüflüne varm fllard r. Bu bilgilere dayan larak musküler distrofili difli fare modeli yarat lm fl (mdx) ve erkek farelerden al nan hematopoietik kök hücreler difli farelere IV yoldan verilmifltir. Sonuçta bu hücrelerin kas dokusu ile birleflti i ve kas fibrillerinin %1 inin distrofin salg lad gösterilmifltir (34 ). Ayr ca kas kökenli hücreler letal dozda radyasyon alm fl farelere verildi inde, hematopoietik hücrelere dönüflmüfltür. Böylece kas hücrelerinin de in vivo olarak hematopoietik hücrelere dönüflme potansiyeli oldu- u tan mlanm flt r. Ancak Mc Kinney Freeman ve ark (35) bu kas hücrelerinin de hematopoetik kök hücre orijinli oldu unu göstermifllerdir. Tüm bu deneyler eriflkin kök hücrelerin, ister hematolojik isterse di er farkl dokulardan olsun büyük bir diferansiasyon kapasitesi oldu unu göstermektedir. Kardiyomiyositler hipoksi ve iskemiye çok duyarl d r ve rejenerasyon kapasiteleri s n rl d r (36). Myokard enfarktüsünden sonra ilk ölen hücrelerdir. Splenektomize farelerde hematopoietik hücrelerin veya BMDC hücrelerin kardiyomiyosit, endotel ve düz kas hücrelerine dönüflebilme potansiyelleri araflt r lm flt r. BMDC hücreleri enfarktüsden sonra direkt enfarktüslü alana enjekte edilir ise bu bölgede prolifere olmaktad rlar (37). Bu hücreler kardiyak düz kas hücrelerinin yüzey markerlar n eksprese ederler ve kardiyak fonksiyonlarda iyileflme gözlenmifltir. Bu deney hematopoietik kök hücrenin kardiyovaskuler hastal klar n tedavisinde kullan labilece ini gösteren ilk hayvan çal flmas d r. nsanlarda da iskemik kalbde angiogenezisin uyar lmas nda BMDC hücreleri baflar ile kullan lm flt r ve BMDC (CD34/CD 133+) hücrelerin intrakardiyak enjeksiyonlar n n insanlarda güvenilir oldu u gösterilmifltir (38-40). Tüm bu çal flmalar umut vaat edici olmakla birlikte henüz tam olarak tüm sorular n yan t n vermemektedirler. Bir çok çal flma tek olgu sunumlar fleklinde olup yeterli veri yoktur. Gelecekte yap lacak olan insan ve hayvan çal flmalar nda, bu hücrelerin engraftment kapasiteleri, kalp kas fonksiyonlar n n hangi derecelerde artt, hücrelerin yaflam süreleri gibi pek çok sorunun yan t araflt r lacakt r. Mezoderm-Endoderm Kemirgenlerde ve insanlarda mezodermal kökenli kök hücrelerin örne in hematopoietik hücrelerin endodermal hücre dizilerine dönüflebildi i bir çok çal flma ile gösterilmifltir (41,42). Hematopoietik hücrelerin hepatositlere farkl laflt gösterilmifltir. Petersen ve ark (41 ) erkek fareden al nan kemik ili i hücrelerini difli fareye vermifller ve bu hücrelerin difli fare karaci erinde engraftment oldu- unu göstermifllerdir. Kök hücre plastisitesini en iyi gösteren çal flmalardan biri Lagasse ve arkadafllar taraf ndan 2000 y l nda yap lm flt r (43). Bu çal flmada Tip 1 Tirozinemi li (fumarylacetoactate hydrolase-fah eksikli i) fare modeli yarat lm flt r. FAH eksik farelerdeki karaci er yetmezli i sa l kl fare kemik ili i hücrelerinin IV verilmesi ile tedavi edilmifltir. Bu çal flma BMDC hücrelerin hepatositleri rejenere etti ini ispatlayan önemli bir çal flmad r. Kemik ili i kök hücrelerinin al c hepatositleri ile füzyon sonucu yeni hepatositleri oluflturdu u son çal flmalar ile gösterilmifltir (44). nsanlarda klinik çal flmalarda kemik ili i kaynakl hücrelerin karaci erde engraftment oldu u da gösterilmifltir. Alison ve ark (45) erkek donorlerden kemik ili i transplantasyonu yap lm fl bayan al c lar n karaci er hücrelerinde %4-40 aras nda Y kromozom ve sitokeratin 8 pozitif hücreler saptam flt r Yeni çal flmalarda donor kaynakl kemik ili i hücrelerin al c n n karaci eri d fl nda gastrointestinal epitel ve deride de oldu u ispatlanm flt r (46). Tüm bu hayvan deneyleri ve insandaki klinik çal flmalar n sonucunda; eriflkin kemik ili i hücrelerinin hepatositlere farkl laflt gösterilmifltir. Ancak bu olay n mekanizmas tam olarak bilinmemektedir. En son kabul edilen görüfl, hücre füzyonudur. Ancak, bu füzyon olay donor-donor hücresi aras nda m yoksa donor al c hücresi aras nda m oldu u tam bilinmemektedir. Kök Hücre Plastisitesini Aç klayan Mekanizmalar Kök hücre plastisitesini aç klayan 3 ana kriter vard r: 1. Yeni oluflan hücreler tek bir hücreden geliflen homojen bir topluluk olmal ve bunu gösteren genetik bir marker bulunmal d r. 2. Hücrelerin farkl bir hücreye dönüfltü ü gösterilebilmelidir. Kök hücrelerin in vivo farkl laflmas ndan önce in vitro pasajlanma esnas nda transforme olas l oldu u varsay lmaktad r. 3. Al c dokuda oluflan yeni donor hücrelerinin fonksiyonel olup olmad ortaya konmal d r. Bu alandaki en iyi çal flma Lagasse ve fiekil 5: Kök Hücre Plastisitesi. fiekil 6: Hematopoietik Kaynakl Kök Hücrenin Kullan m Alanlar. 39

5 arkadafllar nca (43 ) yap lm fl olup, al c farede donor hematopoietik hücrelerinin fonksiyonel hepatositlere dönüfltü ü ve faredeki karaci er yetmezli inin tamamen iyileflti i gösterilmifltir. Bu olay hücre füzyonu ile meydana gelmektedir. Yani, kemik ili i kaynakl kök hücreler karaci erde hepatositler ile füzyon mekanizmas sonucunda yeni hepatositler oluflturmaktad r. BMDC hücrelerin kas hücrelerine dönüflümü de ayn mekanizma ile olmaktad r. Ancak, pankreas ve glomeruldeki mezenkimal hücreler, BMDC den hücre füzyonu ile diferansiye olmamaktad r (47,48). Bu nedenle hücrenin kaderini belirleyen yeni programlaman n nas l oldu u konusunda daha fazla araflt rmaya gerek vard r. Bu epigenetik (dediferansiasyon) programlanmay aç klamak için çekirde i ç kar lm fl embriyonik germ hücreye eriflkin somatik hücre veya hematopoietik hücre çekirde i verilmifl ve hangi yöne do ru diferansiasyon meydana geldi i incelenmifltir. Ancak halen in vivo koflullarda kök hücrenin hangi hücreye diferansiye olaca n belirleyen mekanizmalar tam olarak aç a kavuflmam flt r. Kök hücre biyolojisinin ana temas, kök hücrenin kendini yenileme (self-renewal), diferansiasyon ve proliferasyon olaylar n yönlendiren mekanizmalar n anlafl lmas d r. Bugüne kadar pek çok gen ve transkripsiyon faktörlerinin kök hücre plastisitesinde rol ald - saptanm flt r. Kök hücre kaderini belirleyen ekstrensek ve intrensek faktörler bugün yeni bir hipotez ile aç klanmaya çal fl lmaktad r (49 ). Bu teoriye göre birbirini izleyen 4 ana basamak vard r (fiekil 7): 1. Bafllat c sinyal: Eksternal bir uyar ile örne in sitokin, kemokin veya adezyon reseptörleri arac l ile transkripsiyon faktörlerinin kök hücrede farkl laflma olay n bafllatmak 2. Kromatinin yeniden yap lanmas (Chromatin remodelling) :Transkripsiyon faktörlerinin etkisiyle kök hücre çekirdek kromatininde yeniden yap lanma oluflur. 3. Transkripsiyonun aktivasyonu: Çekirdek DNA s na daha fazla transkripsiyon faktörü entegre olur. 4. Yeni gen ekspresyonu: Çekirdek DNA s tamamen de iflti i için yeni gen ekspresyonu olur ve kök hücre /progenitor hücreden farkl laflt dokuya ait yeni hücre geliflimi olmufltur. Bu yeni teoriye göre tüm bu olaylar hücre siklusu boyunca olmaktad r. Örne in kromatinin yeniden yap lanmas hücre siklusunun G1 faz nda olmaktad r. Böylece kök hücre diferansiyasyonu hücre siklusunun de iflik fazlar ve bu dönemde etkisi olan sitokinler, adezyon reseptörleri gibi faktörlere ba l olarak geliflmektedir. Bu teori herhangi bir kök hücre ve genomunun yeniden programlanarak istenilen hücre serisine farkl laflabilece ini yani kök hücre plastisitesini en iyi flekilde aç klamaktad r.bu teorinin iyice anlafl lmas pek çok hastal n tedavisinde etkin olacak yeni klinik çal flmalara öncülük edecektir. Kök Hücre Tedavisindeki Ahlaki ve Yasal Boyut 40 nsanl k tarihi boyunca olan yeni bilimsel geliflmelerin toplum taraf ndan benimsenmesi her zaman sanc l olmufltur. Örne in Galile dünyan n yuvarlak oldu unu ve kendi ekseni etraf nda döndü ünü söyledi inde, bu yeni bulufl o anda bilinen tüm inan fllara ters düflmüfl ve engizisyon mahkemesinde yarg lanm flt r. Daha yak n dönemde insan anatomisini daha iyi anlamam za neden olan otopsinin veya infertilite kavram n çözmede yeni bir boyut yaratan tüp bebe in kabul görmesi zaman alm fl ve tart flmalara yol açm flt r. Bu tart flmalar toplumun bilincinin de artmas na neden olmakta ve bir sonraki yeni bilimsel bir geliflmenin benimsenebilmesi için toplumsal bilinci de yüksek tutmaktad r. Kök hücre tedavi ise daha önceki tedavilerden çok daha farkl d r. Çünkü kök hücre plastisitesi ve kendini yenileyebilme potansiyeli sayesinde dejeneratif hastal klar, kanser, otoimmun hastal klar, üreme, organ nakli gibi kavramlar yeniden flekillenmekte ve insano lu nerede ise ölümsüzlü e do ru bir ad m atmaktad r. Bu durumda pek çok etik ve yasal tart flman n yap lmas kaç n lmazd r. Dinsel aç dan bak ld nda fetus canl bir birey olarak kabul edildi i için, özellikle embriyonel kök hücre çal flmalar onaylanmamaktad r. Etik anlamdaki bu tart flmalar sonucunda ABD de kök hücre çal flmalar n düzenlemek için yasal baz düzenlemeler de yap lm flt r. ABD baflkan George W Bush, 9 A ustos 2001 tarihinde insan embriyosundan al nan kök hücreler ile yap lan çal flmalara verilen para yard m n k s tlam flt r. Federal k s tlamaya karfl n özel sektörün destekledi i kök hücre teknolojisi baz eyaletlerde yasal destek bulmakta ve buralarda insan embriyonel kök hücre çal flmalar daha serbest bir flekilde yap labilmektedir. Örne in Kaliforniya da bu çal flmalar desteklenmektedir. Ancak Utah, Arizona gibi eyaletlerde yasaklamalar vard r. nsan embriyo kaynakl kök hücre çal flmalar na verilen haklar her eyalete göre de iflmekle birlikte, halen ABD de hiçbir eyalette insan klonlamak yasal de ildir. Klonlaman n üreme amaçl kullan lmas pek çok tart flmay da beraberinde getirmektedir: 1. Klonlanan bireyin kimli i ve yasal haklar, aile iliflkileri, karakteri, 2. Klonlama ile normal seksüel üremenin yerine aseksüel üreme fleklinin gelmesi ile kad n erkek iliflkisindeki de iflikliklerin topluma yans malar, 3. Kötü niyetli insanlar n veya tek bir cinsin daha fazla klonlanmas ile toplumsal dengelerde yaflanabilecek bozukluklar, 4. Genetik aç dan daha sa l kl veya saf bir rk yaratma kayg s, 5. Bu iflin reklam n n yap lmas ile para kazan lacak bir sektör oluflturmak ve kötü amaçlar do rultusunda kullanmak gibi daha pek çok tart flma ve kayg ya da yol açmaktad r. Bu nedenlerle ABD de hükümete kök hücre ve klonlama çal flmalar nda yol göstermek amac ile Baflkanl k Biyoetik Kurulu kurulmufl ve 2002 de insan klonlama resmen yasaklanm fl ve kök hücre çal flmalar n n sadece organ gelifltirme yönünde ilerleyebilece i yasal olarak belirtilmifltir. Kök hücre biyolojisindeki yeni geliflmeler insanl k tarihinde hem fiekil 7: Kök Hücre Farkl laflmas n n Aç klayan Teori. bilimsel hem de toplumsal aç dan devrim yaratabilecek niteliktedir.

6 Kök hücrenin kendi kendini yenileyebilmesi ve de iflik hücre tiplerine farkl laflabilme özelli i sayesinde; doktorlar yara iyileflmesi, otoimmun hastal klar, kanser, dejeneratif hastal klar üreme gibi alanlarda art k çaresiz kalmayacaklard r. Eriflkin kök hücrenin plastisite potansiyeli halen tam olarak bilinmemektedir. Ancak, embriyonik kök hücre totipotent olup her yöne diferansiye olabilme özelli indedir. Bu nedenle hem terapötik hem de organ gelifltirme amaçl olmak üzere genifl bir yelpazede kullan labilmektedir. Gelecek dönemde kök hücre biyolojisindeki geliflmeler klinik çal flmalara daha çok yans yacak ve mitolojik öykülere konu olmufl ölümsüzlü e do ru bir ad m daha yaklafl lacakt r. Kaynaklar 1. Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, et.al. Embriyonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science. 1998; 282: fienel F. Kök Hücreler. Bilim ve Teknik dergisi Xu RH, Chen X, Li DS, et al. BMP4 initiates human embriyonic stem cell differentiation to trophoblast. Nat Biotechnol. 2002;20: Rohwedel J, Guan K, hegert C, Wobus AM. Embriyonic stem cells as an in vitro model for mutagenicity, cytotoxicity and embryotoxicity studies: present state and future prospects. Toxicol in vitro. 2001;15: Xu C, Police S, Rao N, Carpenter MK. Characterization and enrichment of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells. Circ res. 2002;91: Carpehnter MK, Inokuma MS, Denham J, Mujitaba T, Chiu CP, Rao MS. Enrichment of neurons and neural precursors from human embryonic stem cells. Exp Neurol 2001; 172: Assady S, Maor G, Amit M, Itskovitz-Eldor J, Skorecki KL, Tzukerman M. Insulin production by human embryonic stem cells.diabetes. 2001; 50: Levenberg S, Golub JS, Amit M, Itskovitz-Eldor J, Langer R. Endothelial cells derived from human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci USA 2002;99: Christopher RC, Steven MG, Ronald CS, et al. An overview of stem cell research and regulatory issues. Mayo Clin Proc. 2003; 78: Campbell KH, Mc Whir J, Ritchie WA, Wilmut I. Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line. Nature. 1996;380: Wilmut I, Schnike AE, Mc Whir J, Kind AJ, Campbell KH. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature. 1997;385: Hill JR, Burghardt RC, Jones K, et al. Evidence for placental abnormality as the major cause of mortality in first trimestr somatic cell cloned bovine fetuses. Biol Reprod. 2000;63: De Sousa PA, King T, Harkness L, Young LE, Walker SK, Wilmut I. Evaluation of gestational deficiencies in cloned sheep fetuses and placentae. Biol Reprod. 2001;65: Ogonuki N, Inoue K, Yamamoto Y, et al. Early death of mice cloned from somatic cells. Nat Genet. 2002;30: TamashiroKL, Wakayama T, Blanchard RJ, Blanchardt DC, Yanagimachi R. Postnatal growth and behavioral development of mice cloned from adult cumulus cells. Biol Reprod. 2000;63: Orlic D. The strength of plasticity: stem cells for cardiac repair. Int. J of Cardiol. 95 suppl:1(2004) Rendon-Martin E, Watt SM. Exploitation of stem cell plasticity. Transfusion Med. 2003:13: Ferrari G, Cusella-De Angelis G, Coletta M, et al. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science.1998;279: Bjorson CR, Rietze RL, Reynolds BA, Magli MC, Vescovi AL. Turning brain into blood: a hematopoietic fate adopted by adult neural stem cells in vivo. Science.1999;283: Petersen BE, Bowen WC, Patrene KD, et al. Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells. Science. 1999;284: Vogel G. Breakthrough of the year: capturing the promise of youth. Science.1999;286: Till, J. & McCulloch, E.A. (1961) A direct measurement of the radiatio sensitivity of normal mouse bone marrow cells. Radiation Research, 14, Miraglia, S., Godfrey, W., Yin, A.H., Atkins, K., Warnke, R.,Holden, J.T., Bray,R.A., Waller, E.K.&Buck,D.W. (1997) A novel five-transmembrane hematopoietic stem cell antigen: isolation, characterization, and molecular cloning.blood, 90, Orkin, S.H. & Zon, L.I. (2002) Hematopoiesis and stem cells: plasticity versus developmental heterogeneity. Nature Immunology, 3 (4), Poulsom, R., Alison, M.R., Forbes, S.J. & Wright, N.A.(2002) Adult stem cell plasticity. The Journal of Pathology,197 (4), Dieterlen-Lievre, F., Pardanaud, L., Bollerot, K. & Jaffredo, T. (2002 Hemangioblasts and hemopoieticstem cells during ontogeny. Critical Reviews in Biology, 325 (10), Pittenger, M.F., Mackay, A.M., Beck, S.C., Jaiswal, R.K.,Douglas, R.,Mosca, J.D.,Moorman, M.A., Simonetti,D.W.,Craig, S. & Marshak, D.R. (1999) Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science, 284 (5411), Reyes,M.,Dudek,A., Jahagirdar,B.,Koodie, L.,Marker, P.H.& Verfaillie, C.M. (2002) Origin of endothelial progenitors in human post-natal bone marrow. The Journal of Clinical Investigation, 109, Zhou, S., Schuetz, J.D., Bunting, K.D., Colapietro, A.M., Sampath, J., Morris, J.J., Lagutina, I., Grosveld, G.C., Osawa, M., Nakauchi, H. & Sorrentino, B.P. (2001) The ABC transporter Bcrpl/ABCG2 is expressed in a wide variety of stem cells and is a molecular determinant of the side-population phenotype. Nature Medicine, 7, Mezey, E., Key, S., Vogelsang, G., Szalayova, I., Lange, G.D.& Crain, B. (2003) Transplanted bone marrow generatesnew neurons in human brains. Proceedings of the National Academy of Sciences of theunited States of America, 100 (3), Kotton, D.N., Ma, B.Y., Cardoso, W.V., Sanderson, E.A.,Summer, R.S., Williams, M.C. & Fine, A. (2001) Bone marrow-derived cells as progenitors of lung alveolar epithelium. Development, 128 (24), Krause, D.S., Thiese, N.D., Collector, M.I., Henegariu, O., Hwang, S., Gardner,R., Neutzel, S. & Sharkis, S.J. (2001) Multi-organ, multi-lineage engraftment by a single bone marrow-derived stem cell. Cell, 105 (3), Ferrari,G., Cusella-DeAngelis,G., Coletta,M., Paolucci, E.,Stornaiuolo, A., Cossu, G. & Mavilio, F. (1998) Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science, 279 (5356), Gussoni, E., Soneoka, Y., Stickland, C.D., Buzney, E.A., Khan, M.K., Flint, A.F., Kunkel, L.M. & Mulligan, R.C. (1999) Dystrophin expression in the mdx Mouse restored by stem cell transplantation. Nature, 401 (6751), Mc Kinney-Freeman SL, Jackson KA, camargo FD, Ferrari G, Mavilio F, Goodell MA. Muscle derived hematopoietic stem cells are hematopoietic in origin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA :99(3): Beltrami, A.P., Urbanak, K., Kajstura, J., Yan, S.M.,Finato, N., Bussani, R., Nadal-Ginard, B., Silveston, F.,Leri, A., Beltrarni, C.A. & Anversa, P. (2001) Evidence that human cardiac myocytes divide after myocardial infarction. The New England Journal of Medicine, 344 (23), Orlic, D., Kajstura, J., Chimenti, S., Bodine, D.M., Leri, A. & Anversa, P. (2001a) Transplanted adult bone marrow cells repair myocardial infarcts in mice (Discussion ). 38. Strauer BE, Brehm M, Zeus T, Gattermann N, Hernanadez A, Sorg RV, Kogler G, Vernet P. Intracoronary human autologous stem cell transplantation for myocardial regeneratio n following myocardial infarction Deutsche medizinische Wochenschrift 2001:126(34-35):

7 39. Stamm C, Westphal B, Kleine HD, Petzsch M, et al. Autologous bone marrow stem cell transplantation for myocardial regeneration Lancet 2003: 361(9351): Perin, E.C., Dohmann, H.F., Borojevic, R., Silva, S.A.,Sousa, A.K., Mesquita, C.T., Rossi, M.I., Carvalho, A.C.,Dutra, H.S., Dohmann, H.J., Silva, G.V., Belem, L., Vivacqua, R., Rangel, F.O., Esporcatte, R., Geng, Y.I.,Vaughn, W.K.,Assad, J.A.,Mesquita,E.T.&Willerson, J.T.(2003) Transendocardial, autologous bone marrow cell transplantation for severe, chronic ischemic heart failure. Circulation, 107 (18), Petersen, B.E., Bowen, W.C., Patrene, K.D., Mars, W.M.,Sullivan, A.K., Murase, N., Boggs, S.S., Greenberger, J.S.& Goff, J.P. (1999) Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells. Science, 284 (5417), Theise, N.D., Badve, S., Saxena, R., Henegariu, O., Sell, S.,Crawford, J.M. & Krause, D.S. (2000a) Derivation of hepatocytes from bone marrow cells in mice after radiation-induced myeloablation. Hepatology, 31 (1), Lagasse, E., Connors, H., Al-Dhalimy, M., Reitsma, M.,Dohse, M., Osborne, L., Wang, X., Finegold, M.,Weissman, I.L. & Grompe, M. (2000) Purified hematopoietic stem cells can differentiate into hepatocytes in vivo. Nature Medicine, 6 (11), Forbes, S.J., Vig, P., Poulsom, R., Wright, N.A. & Alison, M.R. (2002) Adult stem cell plasticity: new pathways of tissue regeneration become visible. Clinical-Science (London), 103 (4), Alison, M.R., Poulsom, R., Jeffery, R., Dhillon, A.P.,Quaglia, A., Jacob, J., Novelli, M., Prentice, G.,Williamson, J. & Wright, N.A. (2000) Hepatocytes from non-hepatic adult stem cells. Nature, 406 (6793), Korbling, M., Katz, R.L., Khanna, A., Ruifrok, A.C.,Rondon, G., Albitar, M., Champlin, R.E. & Estrov, Z. (2002) Hepatocytes and epithelial cells of donor origin in recipients of peripheral-blood stem cells. The New England Journal of Medicine, 346 (10), Ianus,A., Holz,G.G., Theise,N.D.&Hussain, M.A. (2003) In vivo derivation of glucose-competent pancreatic endocrine cells from bone marrow without evidence of cell fusion. The Journal of Clinical Investigation, 111 (6), Masuya, M., Drake, C.J., Fleming, P.A., Reilly, C.M., Zeng, H., Hill, W.D., Martin-Studard, A., Hess, D.C.& Ogawa, M. (2003) Hematopoietic origin of glomerular mesangial cells. Blood, 101 (6), Quesenberry, P.J., Colvin, G.A. & Lambert, J.F. (2002) The chiaroscuro stem cell: a unified stem cell theory. Blood, 100 (13),