Okuma süresi: 14 dk

Ne kadar çok duyuyoruz değil mi? Kök hücre tedavisi, kemik iliği nakli, donör olmak, organ nakli, kök hücre mucizesi… Araştırma dünyasında neler oluyor, nedir bu kök hücreler, neden bu kadar heyecan verici gelişmeler sunuyor? Gençler ve merak edenler için basit bir dille anlatmaya çalıştık. Merak etmek güzeldir, öğrenmenin yaşı da yoktur. O zaman buyurun, “genç” olmasanız da okumaya devam edin!

Vücudumuzda farklı görevleri olan trilyonlarca hücre var. İletişimi sağlayan sinir hücreleri, vücudumuzu kaplayan deri hücreleri, kanımızı pompalayan kalp hücreleri… Bütün hücreler hayata kök hücre olarak başlar, henüz ne iş yapacakları belli değildir. Kök hücreler büyüyüp henüz ne iş yapacağına karar vermemiş çocuk hücreler gibidir. Kök hücreler kemik, böbrek, karaciğer, kan, beyin gibi vücudumuzdaki farklı organları oluşturan hücrelere dönüşebilir.

Bu hücrenin neden birçok bilim insanının hayallerini süslediğini tahmin etmek hiç de zor değil, değil mi?

Hepimiz hayata anne karnında embriyo olarak başladık. Doğmadan yaklaşık dokuz ay önce sadece bir hücreydik, sonra 2, sonra 4, 8, 16… Her şey bir yumurta ve bir spermin birleşerek oluşturduğu o tek hücreyle yani zigotla başlar. Zigot, kök hücrelerin temelini oluşturan ana kök hücredir. Embriyo büyüdükçe hücreler bölünmeye devam eder ve kök hücrelerle dolar. Embriyoda bulunduğu için bu hücrelere “embriyonik kök hücre” denir.

İnsan embriyosu 3-5 günlük olunca hücrelerin ne iş yapacakları belli olmaya ve farklılaşmaya başlar. Bazıları kas veya kemik hücrelerine dönüşür. Diğerleri akciğer hücrelerine ya da belki de midedeki hücrelere dönüşür. Kimi cildimizi oluşturur, kimi gözümüze renk verir.

Her bir hücre tipi, kendisine özel şekli ve fonksiyonu olacak şekilde gelişir. Örneğin, kas hücreleri uzundur ve kasılabilme ya da kısalma özelliği vardır. Alyuvarlar küçüktür ve tabak şeklindedir, böylece damarların içinde rahatça kayabilir. Embriyo tek bir döllenmiş yumurtadan, trilyonlarca özel hücreden oluşan fetüse bu şekilde dönüşür.

Kök hücreler vücudumuzdaki tüm organ ve dokuları meydana getiren farklı hücre türlerini oluşturur.

Embriyonik kök hücreler ilk aşamada üç farklı kök hücre türüne dönüşür; ektodermal, endodermal ve mezodermal kök hücreler. Örnek olarak ektodermal kök hücreler deri ve sinir hücrelerini, endodermal kök hücreler akciğer, tiroid ve pankreas hücrelerini, mezodermal kök hücreler ise yağ, kemik, kıkırdak ve kas hücreleri (mezenkimal) ile kan hücrelerini (hematopoietik) oluşturur. Yani, kök hücreler hep birlikte vücudumuzdaki tüm organ ve dokuları meydana getiren 200 farklı hücre türünü oluşturur. Doğumdan sonra, embriyonik kök hücreler artık vücutta bulunmaz, yerini erişkin kök hücrelere bırakır. Bu kök hücreler 200 farklı hücre türünün hepsini değil ama bir kısmını oluşturabilir.

Erişkin kök hücreler aynı zamanda eskimiş ya da zarar görmüş hücreleri yeniler.  Örneğin, vücudumuzda, alyuvarlar sürekli hareket halindedir. Bir yandan her bir dokuya oksijen sağlarken, diğer yandan da atıkları dışarı taşır. Yani yaptıkları iş hayatta kalabilmemiz için çok önemlidir. Bu görev minik alyuvarlar için oldukça zor olduğundan yaklaşık olarak sadece dört ay ömürleri vardır. Yerlerine yenileri nereden geliyor peki dersiniz? Evet, kök hücrelerden.

Artık kök hücrenin ne olduğunu ve çeşitlerini öğrendiğimize göre, biraz da hastalık tedavisinde nasıl kullanıldıklarına bakalım.

Embriyonik Kök Hücreler

Embriyonik kök hücreler çok yönlü (pluripotent) oldukları, yani diğer hücre çeşitlerinin hepsine dönüşebildikleri için elbette tedavi yöntemlerinde kullanılmak için en elverişli kök hücre türüdür. Erişkin kök hücreler, onlar kadar esnek değildir. Erişkin tür aynı zamanda göreceli olarak daha nadir bulunur ve elde edilmeleri zordur. Embriyonik kök hücrelerin dezavantajı ise embriyolardan alınmak zorunda olmaları. Bu tartışmalı bir konu, zira onları elde etmek embriyoyu yok etmek anlamına geliyor!

Günümüzde, embriyolar in vitro (laboratuvar ortamında, yapay) döllenme yöntemiyle elde edilebiliyor. Yapay döllenme anne rahminden alınan yumurtanın sperm ile vücut dışında döllenmesi işlemine denir. Döllenmiş yumurtalar birkaç gün içinde minik embriyolar üretir ve bunlar annenin vücuduna tekrar yerleştirilir. Bu yöntem bazen kolay çocuk sahibi olamayan insanlarda uygulanır. İşte bu şekilde yapay döllenme yoluyla elde edilen ama anneye geri yerleştirilmeyen embriyolar bazen embriyonik kök hücrelerin elde edilmesi için kullanılabiliyor.

Laboratuvarda, embriyonik kök hücrelerden istenilen herhangi bir hücre çeşidi ya da organoid adı verilen ve organları oluşturan üç boyutlu hücre yığınları oluşturulur. Hücreler ya da organoidler kaza ya da hastalık sonucu hasar görmüş organlara yerleştirilir ve hasarın tedavisine katkı sağlar. Günümüzde, bu tür uygulamaların güvenliği hakkında halen soru işaretleri var. Ancak hasarlı gözün onarımı için embriyonik kök hücre kullanımının bazı ilk testleri yapıldı bile! Bu tür çalışmaların sonucu diğer organların tedavisinin geliştirilmesi açısından önem taşıyor.

Hematopoietik Kök Hücreler

Kan hücrelerine dönüşebilen kök hücrelere hematopoietik (kan) kök hücre denir.  Bu hücreler, vücudumuzda oksijen taşıyan alyuvarlar, enfeksiyonla savaşan ve bağışıklık sistemimizi oluşturan akyuvarlar, kanın pıhtılaşmasını sağlayan trombositler gibi farklı kan hücrelerini oluşturabilir. Hematopoetik kök hücreler kemik iliğinde (kemiklerimizin içindeki süngerimsi dokuda), kanda ve yeni doğan bebeklerin göbek kordonunda bulunabilir. Kök hücreler sürekli bölünür. Yeni hücrelerden bazıları kök hücre olarak kalır, bazıları alyuvarları oluşturur, bazıları ise beş çeşit akyuvar hücresinden birine dönüşür. Kan kök hücreleri tüm bu özel kan hücre çeşitlerine dönüşebilse de kas, sinir ya da diğer hücre çeşitlerine dönüşemez. Çünkü kan kök hücreleri erişkin kök hücrelerdir, dolayısıyla bunun için fazla özelleşmiş bir çeşittir.

Günümüzde sıklıkla hastanelerde tedavi amaçlı olarak kullanılan kök hücreler hematopoietik kök hücreleridir. Lösemi (kan kanseri) olan insanlar kanser hücrelerini öldüren kemoterapi yöntemi ile tedavi edilir. Bu yöntemde kanser hücrelerinin yanı sıra hastadaki bütün önemli hematopoietik kök hücreler de öldürülür. Bu durum hastanın bağışıklık sisteminin çökmesine neden olur. Bu nedenle, kanser tedavisi görecek olan hastanın önce kendi kök hücreleri alınır ve daha sonra kullanılmak üzere dondurulur. Kemoterapi ya da radyoterapiden sonra kök hücreler çözdürülüp hastaya damar yoluyla geri verilir. Bu hücreler daha sonra yeterli kök hücre miktarına ulaşana kadar bölünmeye devam eder, alyuvar ve akyuvarları oluşturup yeniden fonksiyonel bir bağışıklık sistemi oluşturur.

İki farklı nakil türü vardır. Bazen hasta kendi donörü olur, bazen de hastanın kendi hematopoietik kök hücrelerini elde etmek mümkün olmaz ve uygun bir donörden alınır. Donör, hücreleri hastanınkiyle eşleşen kişidir ve genellikle hastanın kardeşi bazen de başka bir gönüllü olabilir. Ancak, bazı durumlarda donör çok iyi eşleşse de vücut kabul etmez. Bazen de donörün hücreleri bağışıklık sistemi hücresi üretip hastanın vücuduna saldırabilir. Bu duruma Graft vs Host hastalığı denir ve ciddi bir rahatsızlıktır. Neyse ki çoğu durum steroid ve diğer ilaçlarla başarıyla tedavi edilebilir. Bazen Graft vs Host hastalığının pozitif bir etkisi olarak yeni nakledilen hücreler hastadaki kanser hücrelerinin farklı ya da yabancı olduğunu fark edip onlarla savaşmaya başlar.

Mezenkimal Kök Hücreler

 Diğer kök hücre türleri vücudun farklı yerlerinde bulunur. Özellikle, kendini çok hızlı yenileyen organlarda kök hücre toplulukları bulabiliriz. Örneğin, bağırsakların içindeki hücre katmanları bağırsaklarda bulunan kök hücreler tarafından birkaç günde bir yenilenir. Cildimizin dış katmanı da sürekli yenilenir ve bu işlemden kök hücreler sorumludur.

Diğer kök hücre türleri henüz standart bir tedavi yönteminde kullanılmaya başlanmasa da deneysel tedavi yöntemlerinde test ediliyor. Bu deneysel tedavilerin çoğu mezenkimal kök hücrelerle yapılıyor.

Mezenkimal kök hücreler kemik, yağ dokusu, akciğerler, kalp, beyin gibi aklımıza gelebilecek tüm organlarda bulunur. Bu tür kök hücrelerin fonksiyonlarından ilki bağ, yağ ve kemik dokularını meydana getiren hücreleri oluşturarak vücudu onarmaktır. İkinci olarak, mezenkimal kök hücreler vücuttaki diğer hücrelere yardım eder. Bunu diğer hücrelerin hayatta kalması ve bölünmesi için yardım eden bileşikler üreterek yapar. Mezenkimal kök hücrelerin üçüncü fonksiyonu bağışıklık sistemini baskılayabilmeleridir. Enfeksiyona karşı bağışıklık sistemi devreye girdiğinde sistemin aşırı çalışıp işlerin kontrolden çıkmasına engel olur.

Mezenkimal kök hücrelerin özellikleri, onların kendiliğinden iyileşmeyen kırık kemiklerin ya da bağışıklık sistemi hastalıklarının tedavisinde kullanımı için fırsatlar sunuyor. Bunu yapabilmek için öncelikle mezenkimal kök hücrelerin dokulardan ayrıştırılması gerekir. Bunu küçük bir operasyonla kemik iliğinden ya da yağ dokusundan ufak bir miktar alıp bu dokulardan mezenkimal kök hücreleri ayrıştırarak elde etmek mümkün (yine hastanın kendisinden ya da sağlıklı bir donörden). Kültür ortamında beslenen kök hücreler çok hızlı bölünür ve birkaç hafta içinde tedavide kullanabilmek için büyük miktarda kök hücre elde edilmiş olur.

Kemik kırığı tedavisinde kök hücreler, kök hücrelerin içine ve üzerine yerleşebileceği birçok küçük gözenekten oluşan üç boyutlu sentetik dolgularla birleştirilir. Daha sonra bu yapı kırık kemiğe yerleştirilir. Kırık olan bölgede kök hücreler kemik dokusu oluşturur ve kırığın iyileşmesine katkı sağlar.

Bağışıklık sistemimiz vücudumuzun virüs ve bakterilere karşı savunması için hayati önem taşır. Ancak aynı zamanda bağışıklık sistemi hastalıklara da neden olabilir. Örneğin otoimmün hastalıklarda akyuvarlar kişinin kendi vücudundaki sağlıklı hücrelere saldırır. Organ naklinde, nakil edilen organın reddedilmesinden de bağışıklık sistemi sorumludur. Mezenkimal kök hücreler otoimmün sistemi ya da organ naklinde bağışıklık sisteminin devreye girmesini durdurmak için kullanıldığında kana enjekte edilir. Ancak araştırmalarda bu yöntemde bazı problemler olduğu, kana verildikten sonra birçok hücrenin akciğerde takılı kaldığı görüldü. Çünkü hücreler kültür kabında çok büyüyüp akciğerlerdeki küçük damarlardan geçemeyecek boyuta ulaşıyor. Ayrıca kök hücrelerin kana verildikten sonra daha hızlı öldüğü de gözlemlendi. Bu problemlerin üstesinden gelebilmek için daha çok çalışma yapmak gerekiyor!

Heyecan verici başka bir çalışma

 Dediğimiz gibi aslında embriyonik hücreler tedavi yöntemleri açısında oldukça elverişli, ancak elde edilme şekilleri sıkıntılı. Neyse ki kök hücre araştırmalarındaki yeni buluşlar bilim insanlarına yeni ve muhtemelen daha iyi bir seçenek sunuyor.

2006 yılında Japonya’da Kyoto Üniversitesinde çalışan doktor ve bilim insani Shinya Yamanaka yetişkinlerden alınan bazı gelişmiş hücreleri embriyonik kök hücre özellikleri taşıyan kök hücrelere geri dönüştürmenin bir yolunu keşfetti. Bu kök hücreler aynı embriyonik kök hücreler gibi, 200 farklı hücre türüne dönüşme yeteneğine sahip. Bu yöntemin en büyük avantajı da kök hücre elde etmek için embriyoya ihtiyaç duyulmaması! Profesör Yamanaka bu keşfiyle 2012 yılında Nobel ödülünü aldı! Herhangi bir hücre çeşidine dönüşebildikleri icin bu yeni kök hücre türüne “indüklenmiş pluripotent kök hücreler” (IP) deniyor. (Hatırladınız mı, embriyonik kök hücrelere de “pluripotent” demiştik, birçok seçeneğinin olması anlamına gelen bir kelime. Bu da yapay versiyonu.).

Profesör Yamanaka, hücrelere özel bir gen seti yerleştirerek, erişkin hücreleri kök hücre olmaya ikna etti. Normal ortamda kök hücreler, aldıkları hücre içi ve hücre dışı sinyalleri kullanarak kendilerini yenileyebiliyorlar. Hücre kültüründe ise bu sinyalleri dışarıdan vermek mümkün. Profesör Yamanaka, erişkin hücrelerdeki DNA’nın içine kök hücre sinyalleri verecek bir gen seti yerleştirerek, bu hücreleri kök hücreye dönüşmeye yönlendirdi. Birkaç hafta sonra hücreler embriyonik hücreler gibi davranmaya başladı. Yamanaka’nin keşfi büyük bir ilerleme. IP kök hücreler erişkin kök hücreler ve embriyonik hücrelere kıyasla bazı avantajlar sağlıyor. İlk olarak, IP kök hücreler embriyonik hücrelerin dönüşebildiği her hücre tipine dönüşebiliyor. İkincisi, herhangi bir hücre tipinden elde edilebiliyorlar ki bu da kolay elde edilebilmeleri anlamına geliyor. Üçüncü olarak da gelecekte doktorlar hastaları kendi dokularından elde edilen kök hücrelerle tedavi edebilecekler. Böylelikle bu hücreler genetik açıdan diğerleriyle mükemmel uyum sağlayacak. Vücut genellikle başka insanlardan nakil yapıldığı zaman, nakledilen hücrelere karşı hastanın hayatını tehlikeye sokan bir savaş başlatır. Çünkü vücut bunları yabancı görür ve potansiyel istilacı olarak algılar. Yani bu yöntemle hastanın bağışıklık sisteminin yerleştirilen hücrelere saldırması da önlenmiş oluyor.

 Özetle:

Kök hücrelerin işte bu olağanüstü yetenekleri araştırmacıların çok ilgisini çekiyor. Uzmanlar bir gün kök hücreleri kaza sırasında yaralanan ya da hastalıkta zarar gören birçok farklı doku türünü tamir etmek ya da yenilemek için kullanabilmeyi umuyor. Böyle bir kök hücre tedavisi vücudun kendi kendisini iyileştirmesini sağlayabilir.

Hazırlayan: Çiğdem Sevim Bayrak

Düzenleyen: Bilge San

Kaynaklar:

  1. Luk F., Eggenhofer E., Dahlke M. and Hoogduijn M. (2017) The Use of Stem Cells for Treatment of Diseases. Front Young Minds. 5:9. doi: 10.3389/frym.2017.00009 https://kids.frontiersin.org/article/10.3389/frym.2017.00009
  2. Davis, R., and Hollis, T. (2016) Autoimmunity: why the body attacks itself. Front. Young Minds. 4:23. doi:10.3389/frym.2016.00023
  3. Eggenhofer, E., Benseler, V., Kroemer, A., Popp, F. C., Geissler, E. K., Schlitt, H. J., et al. (2012) Mezenkimal stem cells are short-lived and do not migrate beyond the lungs after intravenous infusion. Front. Immunol. 3:297. doi:10.3389/fimmu.2012.00297
  4. Eggenhofer, E., Luk, F., Dahlke, M. H., and Hoogduijn, M. J. (2014) The life and fate of mezenkimal stem cells. Front. Immunol. 5:148. doi:10.3389/fimmu.2014.00148
  5. Stevens, A. P. (2013) Stem cells: The secret to change. Science News for Students. https://www.sciencenewsforstudents.org/article/stem-cells-secret-change
  6. Ben-Joseph, E. P. (2015) Stem Cell Transplants. KidsHealth. https://kidshealth.org/en/parents/stem-cells.html
  7. Gillaspy R. Stem Cells Lessons for Kids 2:34. https://study.com/academy/topic/biology-for-elementary-school.html
  8. Sohn E. (2005) From stem cell to any cell. Science News for Students. https://www.sciencenewsforstudents.org/node/840

 

Görseller: 

  1. https://pixabay.com/en/stem-cell-sphere-163711/ License: CC Public Domain
  2. https://www.shutterstock.com/image-vector/explanation-stem-cell-application-267174020