Kök Hücreler. Ali Uður URAL*

Transkript

1 Kök Hücreler Kök Hücreler Ali Uður URAL* Kök hücreler, henüz farklýlaþmamýþ hücreler olup, kendi kendini yenileme yeteneðine sahiptirler, kaynaklandýklarý dokularýn özelleþmiþ hücrelerine farklýlaþabildikleri gibi özel biyolojik sinyallerle fenotipik olarak prekürsöründen farklý özel hücreye farklýlaþabilirler. Bir hücreyi, kök hücre olarak tanýmlamak için 5 tane gerekli ölçüt vardýr (1). 1. Kök hücreler, uzun süre bölünebilme ve kendi kendilerini yenileme yeteneðine sahiptirler. Hücrelerin uzun süre bölünebilmesini belirleyen faktörlerden birisi, kromozomlarýn ucunda yer alan, telomer denilen ve binlerce kez tekrarlanan kýsa DNA tekrar dizileri (TTAGGG) içerirler. Telomerler, kromozom uçlarýnýn parçalanmasýný, diðer kromozomlarla kaynaþmasýný engelleyerek kromozomlarýn yapýsal bütünlüðünü korunmasýný saðlar. Ancak, her bir çoðalmada hücre siklusu esnasýnda ve oksidatif DNA hasarlanmasý gibi nedenlerle kromozom kýsalýr. Çünkü, DNA polimeraz ana zincirde, 3'- ucunda yeni bir DNA sentezini baþlatmaz ve sonuçta normal bir hücrenin her bölünüþünde, telomer boyu yaklaþýk 100 baz çifti kadar kýsalýr. Bu kaybý karþýlamak için telomeraz enzimi, sayýsýz telomerik tekrar dizilerini kromozomun 3' ucuna takarak kromozomun kýsalmasýný engeller. Telomer kýsalmasý hücre bölünmesini sayan bir saat gibidir ve telomerler normal insan somatik hücrelerinin bölünme sayýlarýný düzenleyen önemli unsurlar olarak ortaya çýkmýþlardýr. Birçok bölünmeden sonra telomerde ciddi aþýnmalar olur ve hücre daha fazla bölünme kapasitesini yitirir. Bunun yanýnda, insan germ tümörü ve embriyonik kök hücre dizilerinde telomeraz etkinliði bulunmuþtur ve bu hücre tiplerinin sýnýrsýz bir þekilde kendini yenileyebilme kapasitesinden sorumlu olduðu düþünülmektedir. Koyunlarýn ortalama ömürleri yýldýr. Eriþkin bir hücreden klonlanan ilk memeli Dolly'dir. Dolly'nin klonlandýðý hücre, saðlýklý 6 yaþýndaki bir *Gülhane Askeri Týp Akademisi, Hematoloji BD, Týbbi ve Lab. Arþ. Mrk., Prof. Dr. koyundan alýnmýþtý. Yaklaþýk 6 yýl yaþadý. Bazý araþtýrýcýlar, bu erken ölümü klonlanan memelinin ayný yaþtaki diðer memelilerden daha kýsa telomerlerinin olmasýna baðladýlar (2). 2. Kök hücreler özelleþmemiþlerdir. Bir kök hücre, bir kalp kasýnda olduðu gibi kaný vücuda pompalamak için komþu hücrelerle birlikte çalýþmaz, eritrositlerde olduðu gibi oksijeni dokulara taþýyamaz. Ancak, özelleþmiþ hücrelere dönüþmek üzere kaynak oluþturabilir. Örneðin hematopoetik kök hücrenin farklýlaþmadan çoðalabilmesi için Wnt/ß-katenin proteini gereklidir. ß-katenin'in aþýrý ifade edilmesi, fare kök hücrelerinin farklýlaþmasýný engellerken proliferasyona katkýda bulunur. ß-kateninin aktarýlmýþ olduðu hematopoetik kök hücrelerin transplante edildiði farelerde hematopoetik sistemin uzun süreli yapýlanmasý saðlanabilir. Saflaþtýrýlmýþ fare Wnt3a'sý eksojen olarak in vitro kültüre eklendiðinde, benzer þekilde farklýlaþma olmaksýzýn hematopoetik kök hücre proliferasyonunu saðlar. Wnt sinyal sisteminin aktivasyonu, çekirdekteki Notch-1 ve HOXB4 genlerinin ekspresyonunu da artýrarak kök hücrelerin farklýlaþmadan kendi kendilerinin yenileyebilmelerini saðlar (3). 3. Kök hücreler, özelleþmemiþ hücrelere kaynaklýk edebilirler. Bu olaya, farklýlaþma (differentiation) denir. Kök hücreler birden fazla hücre tipine farklýlaþabilirler. Bunun en iyi örneðini döllenmiþ yumurta hücresi ya da zigottan itibaren görebiliyoruz. Vücuttaki tüm hücrelere dönüþebilecek potansiyele sahip bu ilk embriyonel hücreye "totipotent" (her þeyi yapabilen) hücre denmektedir. Bu hücreler sýnýrsýz farklýlaþma ve farklý yönlere gidebilme yeteneðine sahip kök hücrelerdir. Erken embriyoner dönemde 4 hücreden 8 hücreye kadar olan tüm blastomerler totipotenttir. Fertilizasyonun yaklaþýk 5. gününde bu hücreler "blastosist" denilen içi boþluklu hücre topluluklarýna dönüþürler. Blastosistin iç hücre kitlesindeki hücreler (embriyoblastlar), endoderm, ekdoderm ve mezodermden 140 TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi 2006 Cilt: 5 Sayý: 3-4

2 A. U. URAL köken alan çok farklý hücre çeþidine (yaklaþýk 250 çeþit) farklýlaþabilirler. Bu özelliðe sahip hücrelere "pluripotent" hücreler denir. Ýnsan embriyonik kök hücreleri blastosistin iç hücre kitlesinden elde edilirler ve pluripotenttirler. Geliþimin ilerleyen dönemlerinde (fetal hayat), hücreler biraz daha özel görevlere sahip olup ve eriþkin tip kök hücrelere dönüþürler. Bu eriþkin kök hücreleri tipik olarak yer aldýklarý dokunun hücre tiplerini üretirler. Kemik iliði kök hücreleri en iyi örnektir. Biraz daha özelleþmiþ bu hücrelere "multipotent" hücreler denir (4). Bir kök hücrenin "lineage" (dizi) deðiþtirmesi veya farklýlaþmasý için baþlýca 4 alternatif yol mevcuttur (5). Pluripotent veya multipotent kök hücreler daha sonra belirli hücre dizilerine farklýlaþacak progenitor hücreleri oluþtururlar. a. Transdetermination: Belli hücre grubunu oluþturmaya programlanmýþ bir kök hücrenin, baþka bir yönde hücre oluþturmak üzere planlanmýþ diðer bir kök hücreye deðiþip, bu prekürsörün hücre tiplerini oluþturmasýdýr. Buradaki prekürsör veya kök hücre multipotenttir ve belirlenmiþ bir diziye irreversibl olarak deðiþime gitmemiþtir. b. Transdiferansiyasyon: Farklýlaþmýþ (committed) bir hücrenin diðer bir farklýlaþmýþ hücrenin fenotipini almasýdýr. Burada hücrenin gen ekspresyon þekli tamamen farklý bir hücre tipine dönüþür. Örneðin normal memeli geliþimi esnasýnda, özefagusta düz kas hücrelerinin iskelet miyozitlerini oluþturmasý transdiferansiyasyona örnektir (6). c. Dediferansiyasyon: Ýlk iki terimin toplamýný anlatýr. Dediferansiye olacak bir hücre farklýlaþmýþ bir hücre veya bir hücre grubunu yapmaya planlanmýþ bir hücre olabilir. Bu tür bir hücrenin, diðer bir hücre grubuna farklýlaþmasýný takiben diðer kola kaymasýna dediferansiyasyon denilir. Bu tipte bir farklýlaþmaya örnek olarak, semenderlerde ekstremite amputasyonunu takiben myozitlerin farklý hücre gruplarýna farklýlaþmalarý verilebilir (5). d. Hücre füzyonu: Deneysel bir örnek tedavi amaçlý klonlama ile gösterilmiþtir. Burada, olgun ve bir hücre grubunu oluþturmaya programlanmýþ hücrenin çekirdeði, çekirdeði çýkarýlmýþ bir ovum içerisine sokularak tekrar programlanabilir ve böylece deðiþen çevre ile olgun çekirdeðin tekrar programlanmasý çoðu dokularýn oluþumunu saðlar (2). Benzer þekilde fibroblastlarýn miyoblastlarla füzyonu, fibroblast çekirdeðinde kasa-spesifik mrna ekspresyonunun artmasýna sebep olmuþtur (7). Kemik iliðinden türeyen hücrelerin nonhematopoetik hücreler içerisinde farklýlaþmasýnýn hücre füzyonunun bir neticesi olup-olmadýðýný belirlemek üzere, embriyonik kök hücrelerle (EKH) eriþkin somatik hücrelerin kokültür çalýþmalarý baþlatýlmýþtýr (8). Farklýlaþmanýn örnekleri arasýnda sinir hücrelerine dönüþen kan hücreleri, insülin üreten karaciðer oval hücreleri ve kalp hücrelerine, kas hücrelerine, kemik hücrelerine dönüþebilen hematopoetik kök hücreleri sayýlabilir. 4. Kök hücreler, hasar gören alýcýya nakil sonrasýnda kaynak dokuyu iþlevsel olarak tekrar çoðaltabilirler. Bu en iyi hematopoetik kök hücrelerde ve yakýn geçmiþte de karaciðer öncüllerinde ve sinir kök hücrelerinde gösterilmiþtir. 5. Kök hücreler, in vivo koþullarda doku hasarýnýn olmadýðý durumlarda bile farklýlaþmamýþ kuþaklara katký saðlayabilirler. Buna en iyi örnek, embriyonik ya da yakýn geçmiþte gösterildiði gibi eriþkin kök hücrelerinin (nöral ve mezankimal gibi) blastokiste enjekte edildiklerinde farklý hücre tiplerine kaynaklýk etmeleri verilebilir. Kök Hücre Tipleri Embriyodan, fetal dokulardan, kordon kanýndan çeþitli kök hücreler izole edilmiþtir. Bunun yanýnda kemik iliði, beyin, deri, göz, kalp, böbrek, akciðer, gastrointestinal sistem, pankreas, karaciðer, meme, over, prostat ve testis gibi memeli eriþkin dokularýndan da kök hücreler izole edilmiþtir (9). Embriyonik Kök Hücreler (EKH) EKH, blastokistin iç hücre kitlesinden elde edilir, bu kitle vücuttaki bütün dokularýn yaný sýra embriyon dýþý endoderm, ektoderm, mezoderm ve amniyon gibi dokulara kaynaklýk eder. Dolayýsýyla bu hücreler pluripotenttir. Kompleman aracýlýklý olarak alýnan iç hücre kitlesi zeminde fare embriyonik fibroblastlarýnýn bulunduðu bir ortama alýnýr. Bu hücre tabakasýna besleyici hücre tabakasý (feeder layer) denir ve bu hücreler bölünme ve çoðalma açýsýndan inaktif durumdadýrlar, bu hücreler embriyonik kök hücrelerin farklýlaþmadan çoðalmasýný saðlarlar. Fare EKH'leri besleyici hücre tabakasý olmaksýzýn lösemi engelleyici faktör (LIF) varlýðýnda da farklýlaþmadan çoðalabilmektedirler. Alt pasaj yapýlarak yaklaþýk 6 ay sonra bu iç hücre kitlesinden milyonlarca embriyonik kök hücre serisi elde edilir Cilt: 5 Sayý: 3-4 TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi 141

3 Kök Hücreler Ýnsan EKH'leri pluripotent ve farklýlaþmamýþ hücrelerin belirteçlerinden olan CD9, CD24, oktamer baðlayýcý protein (Oct-4), Nanog, alkalen fosfataz, LIN28, Thy-1, SSEA-3 ve -4 eksprese ederler (10). Elde edilen bu hücreler kültür ortamýnda uzun süre yüksek derecede telomeraz ekspresyonu ve aktivitesi gösterirler. EKH'ler sýnýrsýz kendi- kendilerini yenileme kapasitesine sahiptirler ve tüm fetal dokulara ve eriþkin kök hücrelerine ve bunlarýn daha farklýlaþmýþ progenitörlerine farklýlaþabilir. EKH'ler in vitro süspansiyonda kültür edildiklerinde kendiliklerinden embriyonik cisimler (embryoid bodies) oluþtururlar. Daha özel büyüme faktörlerinin veya sitokinlerin kullanýlmasýyla bu tomurcuklarýn daha özel hücre dizilerine farklýlaþmasý mümkündür. Örneðin, sinir büyüme faktörü (NGF) ve hepatosit büyüme faktörü (HGF) ile EKH'ler her üç embriyonik germ tabakasýna farklýlaþabilirler, halbuki fibroblast büyüme faktörü (FGF-2), retinoik asit ve kemik morfojenik protein (BMP-4) ile ektodermal ve mezodermal markerlarý gösteren progenitorlara farklýlaþabilirler (11). Saflaþtýrma veya embriyonik cisimlerden oluþan progenitör hücreleri zenginleþtirmede en önemli nokta, pluripotent ve farklýlaþmamýþ kök hücrelerin ortamdan uzaklaþtýrýlmalarýdýr. Ýn vivo olarak teratom veya teratokarsinom oluþturabilecek farklýlaþmamýþ bu hücrelerin ortamdan uzaklaþtýrýlmalarý, farklý hastalýklarýn tedavisi için farklýlaþmýþ kök hücre kaynaklarýnýn elde edilmesinde gerekli bir basamaktýr (12). Ýnsan ve fare EKH'leri, hücre biyolojisinin pek çok temel ve uygulamalý yönleri için güçlü araçlarý temsil etmektedir. EKH'lerin in vitro koþullarda özgün hücre serilerine farklýlaþmasýna dayanan gözlemler, bu hücrelerin; a. Yeni ilaçlarýn tanýmlanmasý ve toksisitelerinin belirlenmesi için gen hedeflerinin tanýmlanmasýnda, b. Geliþimsel biyolojide teratolojik ve toksik bileþiklerin tanýmlanmasýnda, c. Gen tedavilerinde, d. Malignitelerin oluþum mekanizmalarýnýn öðrenilmesinde, e. Hücre kaynaklý tedavilerde kullanýlmak üzere, daha olgun hücrelerin ve dokularýn üretilmesinde kullanýlabileceðini göstermektedir (13). Sadece 5-6 yýl gibi bir sürede bu derece ileri sonuçlarýn elde edilmesi, EKH'lerden ileriye yönelik beklentileri artýrmaktadýr. Ýnsan EKH'leri kullanýlarak tedavi edilebilecek hastalýklar arasýnda Alzheimer, Parkinson, tip I diabetes mellitus, multiple skleroz, amiyotrofik lateral sklerozis, omurilik zedelenmesi, iskemik kalp yetmezliði, depo hastalýklarý, kanser, osteogenezis imperfekta, romatoid artrit yer alabilir. Ancak, bu yaklaþýmlarýn kliniðe uygulanmasýndan önce, EKH'leri ile oluþabilecek bazý sorunlarýn çözülmesi gerekir. a. Ýstenilen hücre tipini yeterli sayýda ve saf bir þekil-de elde etmek, b. Bilinen bir patolojiyi düzeltmek üzere, hangi hücre tipinin hangi þartlar altýnda çoðaltýlacaðýnýn anlaþýlmasý, c. Hücre kaynaklý tedavilerin deðerlendirilebilmesi amacýyla bazý in vitro modellerin geliþtirilmesi, kök hücrelerin akýbetinin bilinmesi, farklýlaþmanýn yerinde deðerlendirilmesi, bunlarýn söz konusu iþlevler üzerindeki etkilerinin deðerlendirilmesi için gerekli gözükmektedir. d. Hücre kaynaklý tedavilerde, istenmeyen durumlarda tedavinin sonlandýrýlabilmesi gerekmektedir. e. EKH'lerin zaman içinde ortaya çýkabilecek mutas-yonlardan etkilenip etkilenmeyeceðinin tespit edilmesi, f. Teratom oluþumu, g. Aktarýlan hücrelerin baðýþýklýk sistemi tarafýndan reddedilmesini engellemeye yönelik stratejilerin geliþtirilmesi. Eriþkin Kök Hücreler Eriþkin kök hücre olarak adlandýrýlan bir grup hücre, bu hücreleri destekleyen hücreler mikroçevre olarak adlandýrýlan ir yörede ve eriþkinde kemik iliði, kalp, böbrek, beyin, deri, göz, gastrointestinal sistem, karaciðer, pankreas, akciðer, meme, over, prostat ve testis gibi organlarda tespit edilmiþtir (14). Eriþkin kök hücreler, adý geçen organda kendilerine ait bir mikroçevre içerisinde kýsa veya uzun bir süre dinlenmede kalabilirler. Bunlar, özel mikroçevre içerisinde yüksek telomeraz aktivitesine sahip olduklarý halde EKH'lerle karþýlaþtýrýldýklarýnda daha kýsýtlý bir farklýlaþma potansiyelleri vardýr ve daha sýnýrlý sayýda progenitör hücre oluþtururlar. Eriþkin kök hücreler, mikroçevrelerindeki deðiþiklikleri takiben prolifere olabilirler veya daha olgun ve dokuya özel hücre tiplerine farklýlaþabilirler (15). Eriþkin kök hücrelerin kendi kendilerini yenilemeleri esnasýnda, her bir kök hücre simetrik 142 TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi 2006 Cilt: 5 Sayý: 3-4

4 A. U. URAL olarak bölünmeyle iki benzer kardeþ kök hücreleri oluþturur. Aksine, farklýlaþma esnasýnda kök hücrenin asimetrik bölünmesi ise, bir kardeþ kök hücre ile bir kardeþ ara geçiþ kök hücre oluþturmasýný gerektirir. Eriþkin kök hücreleri, özellikle hematopoetik kök hücreler, bazý fizyolojik veya patolojik koþullarda dolaþým yoluyla diðer uzak dokulara yayýlabilirler. Daha önce bahsedilen çoðu dokuda da kök hücre bulunmasýna raðmen, en sýk kullanýlaný ve elde edilmesinin en kolay olmasý nedeniyle burada hematopoetik kök hücreden bahsedilecektir. Hematopoetik Kök Hücre (HKH): Kemik iliði stromasý ve hematopoetik sistem elemanlarýndan oluþan çok organize bir dokudur. Stromada bulunan osteoblastlar granulosit koloni stimüle edici faktör, IL-6, Notch ligandý jagged 1 gibi çeþitli faktörleri eksprese ederek HKH'lerin proliferasyon ve farklýlaþmasýný etkileyebilirler. HKH'ler de osteoblastik sekresyonu düzenler (16). Doðum sonrasý, HKH'ler kemik iliði, kordon kaný ve mobilize edilmiþ periferik kan gibi hematopoetik dokularda bulunurlar. HKH'lerin en önemli belirteçlerinden birisi CD34 dür, bu, insan kemik iliði hücrelerinin %0.5-5 inde eksprese olur. Erken progenitorlarda bulunurken daha olgun hücrelerde bulunmaz (17). HKH'ler kemoterapi ve/veya radyoterapi ile miyeloablasyon saðlanan hastalara verildiðinde adezyon molekülleri sayesinde kemik iliðinde yerleþir ve yeni kan hücrelerini oluþturur, yani engraftment özelliði gösterir. Allojeneik kemik iliði transplantasyonu (KIT) ile lösemiler, kemik iliði yetmezlikleri, prelösemik sendromlar tedavi edilirken, yüksek dozda kemoterapi uygulanmasýna imkan saðlayacak otolog KIT ile çoðu solid tümörlerin tedavisi mümkün olmaktadýr. Kemik iliðindeki HKH'ler pluripotent özellikte olup, en azýndan 10 farklý fonksiyonel (nötrofil, monosit/makrofaj, bazofil, eozinofil, eritrosit, trombosit, mast hücreleri, dendritik hücreler, B ve T lenfositler) hücre tipini oluþturabilirler. Kemik iliði mikroçevresinde bulunan HKH'ler Sca-1, CD34 gibi yüzey belirteçlerini taþýr. Hematopoesis esnasýnda, periferik kanda az miktarda CD34+ hücrelerin bulunmasý, HKH'lerin kemik iliði ile diðer organlar arasýnda sürekli bir hareketini akla getirir. Kemoterapiden sonra kemik iliðinin tekrar yapýlanmasý ve büyüme faktörlerinin uygulanmasý CD34+ hücrelerin periferik kan içerisine mobilizasyonunu kolaylaþtýrýr. Kemik iliði ve mobilizasyondan sonra periferik kanda bulunan CD34+ hücrelerde transkripsiyon faktörlerinin tanýmlanmasý, CD34+ hücrelerin kendi kendilerini yenileme, farklýlaþma, mobilizasyon ve migrasyon özelliklerini de ortaya çýkarýr (18). HKH'lerin kemik iliðinde varlýðýný gösteren en önemli bulgu, kemoterapi ve/veya radyoterapi ile myeloablasyona uðratýlmýþ kiþiye verilen kemik iliðinin hematopoetik yapýlandýrmayý saðlamasýdýr. HKH'lerin hematopoetik yapýlandýrmayý saðlamasýnýn en önemli sebebi, HKH'lerin kendi kendini yenileme yeteneklerinin olmasý ve daha olgun hücre gruplarýna farklýlaþabilmesindendir (4). Hematopoetik organlardan elde edilen kök hücrelerin, hematopoetik hücrelerden farklý olarak kemik, kýkýrdak, nöral hücreler, pnömositler, kas, deri, endotel, epitel hücreleri, hepatositler gibi hücreleri oluþturma kapasiteleri vardýr (19). HKH'ler den baþka, hematopoetik hücreleri oluþturan dokularda en azýndan üç tane primitif progenitor/kök hücre tipi tanýmlanmýþtýr: i) Hemanjioblast (HB): hematopoetik ve kan damar endotel hücrelerinin prekürsörüdür (5). ii) Mezankimal kök hücre (MKH): mezodermal kökenli kemik, kýkýrdak, kas, nöral hücreler, adipoziti oluþturur ve hematopoetik stromayý destekler. iii) Multipotent eriþkin progenitor hücreler (MAPC): Ekdodermal, endodermal, mezodermal kökenli hücrelerin çoðunu oluþturur (20). MKH'ler ve MAPC'ler, hematopoetik hücrelerin en önemli belirteci olan CD45'i taþýmazlar. MKH'ler kültür ortamýndan zemine yapýþan, hýzlý çoðalan ve fibroblast benzeri hücreler olarak belirirler. Kemik iliðide bulunan çekirdekli hücrelerin % gibi küçük bir kýsmýný oluþtururlar. Mezodermal kökenli dokulara diferansiye olabilirler. Ýn vitro koþullarda T lenfosit proliferasyonunu inhibe ederler. En önemli özellikleri sistemik dolaþýma verildiklerinde mezodermal kökenli dokulardaki infarkte dokuya yerleþebilirler. Bu özellikleri, MKH'lerin kültür süreleri arttýkça ve infarkt eskidikçe azalýr. Uzun süreli kültürlerde destek tabakasý oluþturur. MKH'leri tanýmlamakta kullanýlan özel bir belirteç olmamakla birlikte Stro 1, CD13, alfa-integrinler (CD49a ve CD49b), beta1-integrinler (CD29), CD44 (hyaluronat), CD71 (transferrin), CD90 (thy-1) gibi belirteçlerden bazýlarýný taþýrlar (21). MAPC'ler, MKH'lerden farklý olarak besin desteði fakir kültür ortamýnda ve çok daha yavaþ olarak 2006 Cilt: 5 Sayý: 3-4 TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi 143

5 Kök Hücreler büyürler (izolasyondan 100 gün sonra). ROSA-26 fareden alýnan MAPC'ler fare blastosisti içine enjekte edildiklerinde oluþan þimerik farenin beyin, akciðer, myokard, karaciðer, barsak ve böbrek gibi çoðu somatik dokularýný oluþturabilirler. Subletal ýþýnlanmýþ immünyetersiz bir fareye IV olarak verildiðinde kemik iliði, kan ve dalaktaki hematopoetik hücrelere ve karaciðer, akciðer ve mide epiteline diferansiye olabilirler (22). Ýn vitro koþullarda süresiz olarak büyüme ve in vivo kendini yenileme özellikleri ile uyumlu olarak MAPC'ler telomeraz eksprese ederler, telomer uzunluðu birçok bölünmeden sonra bile korunur (23). HKH'lerin nöral hücrelere farklýlaþmasý: Kemik iliði mononükleer hücrelerin alt gruplarýndan elde edilen MKH ve MAPC'lerin de insan, fare ve ratlarda in vitro olarak nöron, oligodendrosit ve astrositleri oluþturabildikleri gösterilmiþtir (19). Lösemi veya immün yetmezlik nedeniyle erkek donörden kemik iliði nakli yapýlan kadýn hastalarýn beyinlerinde donör Y kromozomunun oluþtuðu immünohistokimyasal olarak ve FISH ile gösterilmiþtir. Beyindeki bu hücrelerin çoðu nöronal olmayýp, donör kaynaklý hücrelerin küçük bir kýsmýnýn oligodendrosit, astrosit, mikroglia, meningeal ve ependimal hücreleri içerdiði bulunmuþtur (24). HKH'lerin kalp kasý hücrelerine farklýlaþmasý: G-CSF ile mobilize edilmiþ ve saflaþtýrýlmýþ CD34+ insan kemik iliði prekürsörlerinin, akut myokard infarktüslü ratlara enjekte edilmesiyle hasarlý kalbin revaskülarizasyonuna katkýda bulunabileceði gösterilmiþtir (25). SCF, G-CSF ve VEGF ile in vivo mobilize edilmiþ fare HKH'lerinin damar tamiri ve kardiyomiyozit aracýlýðýyla kalp fonksiyonunda düzeltme yaptýðý gösterilmiþtir (26). By-pass operasyonu ile nekrotik bir sahada ölmüþ olan hücreleri canlandýrmak ve dolayýsýyla kalp fonksiyonunu düzeltmek mümkün deðildir. Bu yöreye herhangi bir hücre desteði ile yeni kan akýmýnýn saðlanmasý kalp kasý yenilenmesi için amaç olmalýdýr. Bu çalýþmalarýn ýþýðýnda myokard infarktüsü tamirinde kas yenilenmesi ve kalp fonksiyonlarýnýn düzeltilebilmesi amacýyla koroner damara veya lezyon içine, by-pass operasyonuna ilave olarak otolog kemik iliði hücrelerinin kullanýldýðý insan çalýþmalarý baþlamýþtýr. Burada, kemik iliði kökenli hematopoetik prekürsörlerin (CD133+ hücreler) by-pass operasyonu esnasýnda verilmesi veya koroner damar içine verilmesi çeþitli yaklaþýmlardýr (27,28). HKH'lerin hepatositlere farklýlaþmasý: lethal dozda ýþýnlanmýþ diþi ratlara sinjeneik erkek ratlardan KIT yapýlmýþ ve erkek donör kemik iliði kaynaklý hücrelerin diþi ratlarýn karaciðerinde yamalandýðý ve karaciðerin oval hücrelerine, bilier epitel hücrelerine ve hepatositlere diferansiye olduðu gösterilmiþtir (29). Lagasse ve ark. fumarylacetoacetate hidrolaz (FAH) eksikliði gösteren farelerde kök hücre diferaransiyasyonunu destekleyen çalýþmalar yapmýþlardýr. FAH eksikliði olan farelerde tip I tirozinemiye sebep olan metabolik bir karaciðer hastalýðý ve böylece ölümcül karaciðer yetmezliði geliþir. Bu çalýþmada eriþkin kemik iliði hücreleri FAH -/- fenotipinin yaþamasýný saðlamýþ ve karaciðer fonksiyonu korunmuþtur. Buna göre kemik iliðinden köken alan hücrelerin fonksiyonel hepatositlere faklýlaþabildiði gösterilmiþtir (30). Alison ve ark.nýn yaptýðý çalýþmada erkek fare donörlerden kemik iliði nakli yapýlan diþi alýcýlarýn karaciðerinde donör kaynaklý Y-kromozomu pozitif hücreler gösterilmiþtir. Y-kromozomu pozitif hücreler ayný zamanda hepatositlerin oluþtuðunu gösteren cytokeratin-8 de eksprese etmekteydiler (31). HKH'lerin pankreas adacýk hücrelerine diferansiyasyonu Kemik iliði kökenli hücreler in vivo pankreas adacýk hücrelerine de farklýlaþabilirler. Ianus ve ark.nýn yaptýðý bir çalýþmada, GFP-pozitif erkek fare kemik iliði hücrelerinin diþi farelere naklinden 4-6 hafta sonra alýcý farelerin pankreas adacýk hücrelerinden GFP-pozitif hücreler izole edilmiþtir Ýzole edilen hücrelerde insülin için immünohistokimyasal ve Y kromozomu için FISH ile GFP-pozitif hücrelerin donör kaynaklý beta hücreler olduðu anlaþýlmýþtýr. Genel olarak alýcýdaki adacýk hücrelerinin %1.7-3'ünün donör kaynaklý olduðu ve adacýk hücreler için standart þartlarda in vitro koþullarda kültüre edildiklerinde kemik iliði kökenli hücrelerin normal morfolojide olduklarý ve glukoz ve exendin'e (glukagona benzer bir peptid) cevaben insülin salgýladýklarý gösterilmiþtir (32). 144 TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi 2006 Cilt: 5 Sayý: 3-4

6 A. U. URAL Yazýþma Adresi: Prof. Dr. Ali Uður URAL Gülhane Askeri Týp Akademisi Hematoloji BD, Týbbi ve Lab. Arþ. Mrk. E-posta: Kaynaklar 1. Verfaillie CM, Pera MF, Lansdorp PM: Stem cells hype and reality. In: Hematology Am Soc Hematol Educ Program 2002, s: Campbell KH, McWhir J, Rirchie WA, Wilmut I: Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line. Nature. 1996, 380: Reya T, Duncan AW, Ailles L: A role for Wnt signaling in selfrenewal of hematopoietic stem cells. Nature 2003, 423: Herzog EL, Chai L, Krause DS: Plasticity of marrow-derived stem cells. Blood 2003, 102: Martin-Rendon E, Watt SM: Stem cell plasticity. Br J Haematol 2003, 122: Patapoutian A, Wold BJ, Wagner RA: Evidence for developmentally programmed transdifferentiation in mouse esophageal muscle. Science 1995, 270: Hardeman EC, Chiu CP, Minty A, Blau HM: The pattern of actin expression in human fibroblast X mouse muscle heterocaryons suggests that human muscle regulatory factors are produced. Cell 1986, 47: Terada N, Hamazaki T, Oka M: Bone marrow cells adopt the phenotype of other cells by spontaneous cell fusion. Nature 2002, 416: Mimeault M, Batra SK: Concise Review: Recent advances on the significance of stem cells in tissue regeneration and cancer therapies. Stem Cells 2006, 24: Trounson A: The production and directed differentiation of human embriyonic stem cells. Endocr Rev 2006, 27: Schuldiner M, Yanuka O, Itskovitz-Eldor J: Effects of eight growth factors on the differentiation of cells derived from human embriyonic stem cells. Proc Natl Acad Sci USA 2002, 97: Fujikawa T, Oh SH, Pi L:. Teratoma formation leads to failure of treatment for type I diabetes using embriyonic stem cellderived insulin-producing cells. Am J Pathol 2005, 166: Karaöz E, Ovalý E: Kök hücreler. Celepler Matbaasý, Trabzon, 2004, s: Blau HM, Brazelton TR, Weimann JM: The evolving concept of a stem cell: Entity or function. Cell 2001, 105: Fuchs E, Tumbar T, Guasch G: Socializing with the neighbors: Stem cells and their niche. Cell 2004, 116: Murphy MJ, Wilson A, Trumpp A: More than just proliferation: Myc function in stem cells. Trends Cell Biol 2005, 15: Civin CI, Strauss LC, Fackler MJ, Trischnamm TM, Wiley JM, Loken MR: Positive stem cell selection-basic science. Progress in Clinical Biological Research. 1990, 333: Bellantuono I: Hematopoietic stem cells. Int J Biochem Cell Biol. 2004, 36: Jiang Y, Jahagirdar BN, ReinhardtRL, Schwartz RE, Keene CD, Ortiz-Gonzalez XR, Reyes M, Lenvik T, Lund T: Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow. Nature. 2002, 418: Reyes M, Dudek A, Jahagirdar B, Koodie L, Marker PH, Verfaillie CM: Origin of endothelial progenitors in human post-natal bone marrow. J Clin Invest 2002, 109: Pittinger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, Douglas R, Mosca LD, Moorman MA: Multilineage potential of adult human mesenchymal cells. Science 1999, 284: Horwitz EM: Stem cell plasticity: The growing potential of cellular therapy. Arch of Med Res 2003, 34: Morrison SJ, Prowse KR, Ho P, Weissman IL: Telomerase activity in hematopoietic cells is associated with self-renewal potential. Immunity 1996, 5: Mezey E, Key S, Vogelsang G, Szalayova I, Lange GD, Crain B: Transplanted bone maroow generates new neurons in human brains. PNAS 2003, 100: Kocher AA, Schuster MD, Szabolcs MJ, Takuma S, Burkhoff D, Wang J, Homma S, Edwards NM, Itescu S: Neovascularization of ischemic myocardium by human bone marrow-derived angioblasts prevents cardiomyocyte apoptosis, reduces remodeling and improves cardiac function. Nature Medicine 2001, 7: Orlic D, Kajstura J, Chimenti S, Limana F, Jakoniuk I, Quaini F, Nadal-Ginard B, Bodine DM, Leri A, Anversa P: Mobilized bone marrow cells repair the infracted heart, improving function and survival. PNAS USA 2001, 98: Stamm C, Westhpal B,Kleine HD, Petzsch M, Kittner C, Klinge H, Schumichen C, Nienaber CA, Freund M, Steinhoff G: Autologous bone-marrow stem-cell transplantation for myocardial regeneration. Lancet 2003, 361: Assmus B, Schachinger V, Teupe C, Britten M, Lehmann R, Dobert N, Grunwald F: Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction. Circulation 2002, 106: Petersen BE, Bowen WC, Patrene KD, Mars WM, Sullivan AK: Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells. Science 1999, 284: Lagasse E, Connors H, Al-Dhalimy M, Reitsma M, Dohse M, Osborne L, Wang X: Purified hematopoietic stem cells can differentiate into hepatocytes in vivo. Nature Medicine 2000, 6: Alison MR, Poulsom R, Jefferey R, Dhilon AP, Quaglia A, Jacob J: Hepatocytes from non-hepatic adult stem cells. Nature 2000, 406: Ianus A, Holz GG, Theise ND, Hussain MA: In vivo derivation of glucose-compenent pancreatic endocrine cells from bone marrow without evidence of cell fusion. J Clin Invest 2003, 111: Cilt: 5 Sayý: 3-4 TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi 145