Kök hücre

Kök hücre, mitoz bölünmeyle özelleşmiş hücre tiplerine farklılaşabilen ve daha fazla kök hücre üretmek için kendini yenileme yeteneğine sahip olan, bütün çok hücreli canlıların doku ve organlarını oluşturan ana hücre türleridir.

Memelilerde kök hücrelerin iki yaygın tipi bulunur; blastokist evresinin iç tabakasından elde edilebilen embriyonik kök hücreler ve çeşitli dokularda bulunan yetişkin kök hücreleri.

Yetişkinlerdeki kök ve öncül (progenitör) hücreler vücudun onarımında görev alıp, erişkin dokuları yenileyebilme yetisine sahiplerdir. Gelişen bir embriyoda, kök hücreler özelleşmiş hücrelerin tümüne—ektoderm, mezoderm, endoderm—farklılaşabilirler (bkz. pluripotent hücreler denir) ve ayrıca kan, deri, sindirim organları gibi organların da yenilenmesini sürekli kılarlar.

İnsanlarda günümüzde bilinen otolog erişkin kök hücre kaynakları şu şekildedir;

1. Kemik iliği kök hücreleri Kemikten (tipik olarak femur veya iliak krestden) mekanik bir işlemle ayrımları yapılabilir.
2. Yağ (adipoz) doku; liposakşın ile alınması ve saflaştırmaları gerekir.
3. Kan, donörden alıcıya kan bağışına benzer şekilde kanın içinden geçtiği ve kök hücrelerin süzüldüğü "ferez" aracılığıyla saflaştırmayla yapılarak elde edilir.

Kök hücreler ayrıca doğumdan hemen sonra umbilikal kord kanından da elde edilebilir. Bütün kök hücre tiplerinde kendinden (otolog) elde en az riski taşır ve bankalarda saklanılarak sonrası için kullanılabilirler. Ancak son çalışmalar kanser tedavilerinde otolog kök hücre kullanımının riskli olabilceğini de göstermektedir.

Günümüzde yüksek oranda değişkenlik gösterebilen kök hücreler, kemik iliği nakilleri gibi tıbbi tedavilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun için hücre kültür ortamlarında yapay olarak yetiştirilmeleri ve bu ortamlarda kullanılacak hücre tipine göre (kas, sinir vb.) farklılaştırılmaları gerekmektedir. Embriyonik hücre hatları ve otolog embriyonik kök hücreler ise; terapötik klonlamayla oluşturulmakta ve gelecekteki tedavi yöntemleri için umut oluşturmaktadır.^[1] Kök hücreler hakkındaki araştırma ve bulgular 1960'larda Toronto Üniversitesindeki Ernest A. McCulloch ve James E. Till tarafından sağlanmıştır.^[2][3]

Bir hücrenin kök hücre olabilmesi için şu iki özelliği bulundurması gerekir:

• Kendini-yenileme: farklılaşmamış safhasını sürdürerek, çok sayıda hücre bölünmesi yapabilme.
• Yetkinlik: özelleşmiş hücre tiplerine farklılaşabilme yetisi. Bu kuralcı açı; multipotent ya da unipotent öncül hücreler de bazen kök hücreyi tanımlasa da,kök hücrelerin herhangi bir olgun hücre tipine değişme yeteneği veren multipotent ya da unipotent özellikte olmalarını gerekmektedir. Bundan bağımsız olarak; kök hücre işlevinin bir geri-besleme mekanizmasıyla düzenlendiği de söylenmektedir.

Bir kök hücre populasyonun var olmasını sağlayan 2 mekanizma vardır:

1. Asimetrik hücre bölünmesi (zorunlu asimetrik replikasyon) : bir kök hücre, kendiyle özdeş olan bir ana hücreye bölünür, diğer yavru hücre ise farklılaşır.
2. Stokastik farklılaşma : bir kök hücre iki farklı oğul hücreye bölündüğünde, başka bir kök hücre mitoza gider ve ana hücreye özdeş iki kök hücreyi üretir.

Yetkinlik kök hücrenin diğer hücrelere (farklı hücre tiplerine) farklılaşma potansiyelini belirtir.^[4]

• Totipotent (ya da omnipotent); embriyonik ya da ekstraembriyonik hücre tiplerine farklılaşabilen kök hücrelerdir. Bu hücreler, tüm ve yaşayan bir organizmayı oluşturabilirler. sınırsız sayıda farklılaşma yeteneği vardır.^[4] Yumurta ve sperm hücrelerinin kaynaşmasıyla oluşurlar. Döllenmiş yumurtanın ilk birkaç bölünmesiyle meydana gelen hücreler de totipotenttir.^[5]
• Pluripotent kök hücreler; totipotent hücrelerin soyundan gelirler^[4] ve üç germ tabakasından meydana gelen neredeyse tüm hücrelere farklılaşabilirler.^[6]
• Multipotent kök hücreler; bir miktar hücreye farklılaşabilirler; bu hücrelerin bir miktarıyla yakından akrabadır.^[4]
• Oligopotent kök hücreler lenfoid ya da miyeloid kök hücreler gibi sadece birkaç hücre tipine farklılaşabilirler.^[4]
• Unipotent hücreler sadece bir hücre tipini, kendilerini üretebilirler.^[4] Fakat onları kök-hücre olmayan hücrelerden (örn. kas kök hücreleri) ayırt eden kendini-yenileme yeteneğine sahiplerdir.

Bir kök hücrenin pratikteki tanımı, işlevselliğidir; bir ömür boyu dokuları yenileme yeteneğine sahip hücreyi tanımlar. Örneğin, kemik iliği ya da hematopoetik kök hücreyi (HKH) tanımlayan bir deney, hücrenin naklini ve HKH'ler olmaksızın canlının korumasını belirleme yetisindedir. Bu durumda, bir kök hücre, yetkinliğini gösterir şekilde, yeni kan hücrelerini ve uzun vadede bağışıklık hücrelerini üretebilme yeteneğindedir. Ayrıca, nakil olan bir canlıdan, kök hücrelerin tekrar saflaştırılması mümkündür. Kök hücrelerin kendilerini-yenileme yeteneğini, HKH'ler olmaksızın yapılan nakiller göstermektedir.

Kök hücrelerin özellikleri, her bir hücrenin kendisini yenileme ve farklılaşma yeteneğine göre değerlendirildiği klonojenik test gibi in vitro yöntemlerle gösterilebilir^[7][8]

Kök hücreler ayrıca, bulundurdukları özgül hücre yüzey belirteçlerine göre de saflaştırılabilirler. Ancak, in vitro hücre kültür ortamları, hücrenin aynı tutumu sergileyip sergilemeyeceğini belirsiz hale getiren şekilde hücrenin davranışını değiştirebilmektedir. Bu durumda, önerilen ergin hücre populasyonlarının gerçekten kök hücreler olup olmadığı konusunda önemli tartışmalar bulunmaktadır.

Embriyonik kök hücre (EKH) hatları, embriyonun blaskokist ya da morulanın daha erken evrelerinde en iç hücre kümesinden köken alan epiblastlardan elde edilen kültürlerdir.^[9]

Blastokist, 50-150 hücreden meydana gelen ve insan embriyosunun yaklaşık 4-5 günlük ilk evrelerindendir. EKH'ler, pluripotenttir ve üç ilkel tabakanın (ektoderm, mezoderm ve endoderm) tümüne de farklılaşabilir. Başka bir deyişle pluripotent hücreler; özgül bir hücre tipi için verilen yeterli ve gereken uyarı verildiğinde, 200'den fazla insan hücresinin tümünü oluşturabilir.

Pluripotent hücreler, embriyo-dışı membranlar ya da plasentanın oluşumuna katılmazlar. Endoderm, bütün akciğerleri ve sindirim biyotasını oluştururken, ektoderm sinir sistemi ve deriyi; mezoderm ise, kaslar, kemik, kan yani endoderm ve ektoderm arasındaki her şeyi birleştiren kısmı oluşturan katmanlardır.

Günümüze kadar olan neredeyse bütün araştırmalar, fare (mEKH) ve insan (iEKH) embriyonik kök hücrelerinden yapılmıştır. Bu hücrelerin her ikisi de, farklılaşmamış bir evrede kalmak için çok farklı çevrelere ihtiyaç duysalar da, gerekli kök hücre özelliklerini taşırlar.

Fare kök hücreleri (mEKH) iskelet görevi için hücrelerarası madde (matriks) gibi görev gören jelatine ve lösemi baskılayıcı faktör (LIF) gibi ajanlara ihtiyaç duymaktadır.^[10] İnsan embriyonik kök hücreleri ise; fare embriyonik fibroblastlarından elde edilen besleyici bir tabakaya ve temel hücre büyüme faktörüne (bFGF ya da FGF-2) ihtiyaç duymaktadırlar.^[11]

Genetik uygulama ya da en uygun kültür şartları olmaksızın;^[12] embriyonik kök hücreler hızlıca farklılaşmaktadırlar.

Bir insan embriyonik kök hücresi, ayrıca bazı transkripsyon faktörleri ve hücre yüzey proteinleri olarak da tanımlanabilir.

Transkripsiyon faktörlerinden Oct-4, Nanog ve Sox2, pluripotensinin devamını ve farklılaşmayı sağlayan genlerin baskılanmasını sağlayan, çekirdek düzenleyici ağdan meydana gelmektedir.^[13]

Çoğunlukla insan embriyonik kök hücrelerini tanımlamak için kullanılan hücre yüzeyi antijenleri, glikolipidlerdir (evreye özgü embriyonik antijen 3 ve 4 ve keratan sülfat antijenleri Tra-1-60 ve Tra-1-81'dir.

Kök hücrelerin moleküler tanımlaması, bazı proteinleri ve devam eden araştırmaların bir konusuna karşılık gelmektedir denebilr.^[14]

Günümüzde embriyonik kök hücrelerin kullanılarak yapıldığı onaylanmış herhangi bir tedavi bulunmamaktadır.

İlk insan denemesi Haziran 2009'da ABD Gıda ve İlaç Yönetimi tarafından uygulamaya kondu.^[15] Ancak, bu insan deneyi, Atlanta'da 13 Ekim 2010 tarihindeki omurilik hasarlı kurbanlara kadar kabul edilmemiştir. 14 Kasım 2011'de deneyi uygulayan şirket, kök hücre tedavi uygulamalarına devam etmeyeceğini açıklamıştır.^[16]

Pluripotent olan embriyonik kök hücreler, doğru farklılaşma için özgül sinyallere ihtiyaç duymaktadırlar; eğer bir vücuttan diğerine doğrudan verilirlerse, bu kök hücreler teratomaya da yol açabilen birçok farklı hücreye farklılaşabilirler.

Teorikte nakil reddini engellemede kullanılması mümkün olan ve uygun hücrelere farklılaşma yeteneğindeki EKH'ler, araştırmacıların hala yüzleşmekte olduğu bazı engelleri de bulundururlar.^[17]

Günümüzde bazı uluslar, EKH'lerin araştırma ya da yeni EKH üretme konuları üzerine moratoryumları bulunmaktadır.

Embriyonik kök hücreler, sınırsız genişleme ve pluripotensi yeteneklerinin birleşimlerinden dolayı, teorik olarak yenileyici tıp ve hastalık sonrası doku onarımı için olası kaynaklardır.

Henüz farklılaşmamış olan bu hücreler sınırsız bölünebilme ve kendini yenileme, organ ve dokulara dönüşebilme yeteneğine sahiptir. Bu özellikleri bakımından kök hücreler kanser, sinir sistemi hastalıkları (Alzheimer) ve hasarları, metabolik hastalıklar (diyabet), organ yetmezlikleri, romatizmal hastalıklar, kalp hastalıkları, kemik hastalıkları ve daha birçok alanda kullanıma sahiptirler.

Günümüzde bu hastalıkların bazılarının tedavisinde organ veya doku nakilleri yapılmaktadır. Ancak, organ veya doku nakli gerektiren hastaların çokluğu, uygun organ ve dokunun her zaman bulunamaması gibi sorunlarla sürekli karşılaşılmaktadır. Bilim ve teknolojideki son gelişmeler doğrultusunda Kök hücrelerin bu alanda kullanılması gündeme gelmiştir.

Fetüslerin organlarında bulunan birincil kök hücreler fetal kök hücreler olarak adlandırılır.^[18] Fetal kök hücrelerin alınması ve kullanımı ciddi etiksel sorunlara yol açabilmektedir.^[19] Kaynağı genellikle düşük yapanların bağışladığı fetüslerdir. Günümüzde FKH'ler ile yapılan çalışmalar kök hücre kaynağı yetersizliğinden dolayı yavaşlamıştır.^[]

Yetişkin kök hücresi, somatik (vücut) kök hücreleri ve üreme hattı (germ) kök hücreleri olarak da bilinen, yetişkinler kadar çocuklarda da bulunan hücrelerdir.^[20] Pluripotent yetişkin kök hücreler seyrek ve umbilical kord kanı gibi dokuların bazılarında çok küçük miktarda bulunurlar.^[21] Kemik iliği, omurilik yaralanmaları,^[22] karaciğer sirozu,^[23] knik uzuv iskemisi,^[24] son aşamadaki kalp yetmezliği^[25] gibi hastalıkların tedavilerde kullanılan yetişkin kök hücrelerin bulunduğu zengin kaynaklardan biridir.^[26] Kemik iliği kök hücrelerinin miktarı, yaşlanmayla azalır, ayrıca aynı yaş grubundaki üreyebilir dişilerde erkeklere kıyasla daha azdır.^[27] Günümüze kadar olan yetişkin kök hücre araştırmalarının büyük kısmı, hücrelerin bölünme veya süresiz olarak kendini yenileme ve farklılaşma eğilimlerininin sınırlarını belirlemek üzerine olmuştur.^[28]

Farede, pluripotent kök hücreler doğrudan yetişkin fibroblast kültürlerinden elde edilebilirler. Ne yazık ki, birçok fare, kök hücreden yapılan organlarla fazla uzun yaşayamamıştır.^[29]

Çoğu yetişkin kök hücresi, soy-kısıtlı yani multipotentdir ve genellikle kendi doku kökenlerine aittir (örn. mezenşimal kök hücre, adipoz-kökenli kök hücre, endoteliyal kök hücre, diş özü kök hücresi, gibi).^[30][31] Yetişkin kök hücre tedavileri, uzun zamandır lösemi ve ilişkili olan kan/kemik iliği kanserlerinde kemik iliği nakli uygulamasıyla başarıyla kullanılmaktadır.^[32] Yetişkin kök hücreler ayrıca yaralanmış atlarda tendon ve ligamentlerin tedavisinde de kullanılmaktadır.^[33] Erişkin kök hücrelerin araştırmalarda ve tedavilerdeki kullanımları, embriyonik kök hücrelerde olduğu gibi tartışmalı değildir, çünkü yetişkin kök hücrelerin eldesi için bir embriyonun yok edilmesi gerekmez. Ayrıca, uygun alıcıdan (otograftdan) erişkin kök hücrelerin elde edildiği koşullarda, doku reddi riski neredeyse yoktur. Bu nedenle, erişkin kök hücre araştırmaları için daha fazla ödeneğin ayrılması gerekiyor gibi görünmektedir.^[34]

Yetişkin mezenşimal kök hücreler için son derece zengin başka bir kaynak da, alt (mandibular) üçüncü azı dişinin özüdür.^[35] Bu kök hücreler, sonunda diş minesi, dentin, peridontal bağ, kan damarları, diş özü, sinir dokuları ve en az 29 farklı organı oluştururlar. 8-10 yaşlarında, kemikleşmeden ve hastalanmadan önce elde var olan bu büyük koleksiyon sayesinde belki de kişiye özgü işlemler, araştırmalar ve şimdiki ve gelecek tedaviler şekillendirilecektir.

Bu kök hücrelerin ayrıca hepatositleri de üretme yeteneğinde oldukları bulunmuştur.^[36]

Yağ dokusu kök hücrenin en bol bulunduğu ve en kolay elde edildiği kaynaktır. Time dergisi 2011 yılında yağ dokusundan kök hücre elde edilmesini yılın en önemli 50 icadından birisi olarak seçmiştir. Özellikle estetik cerrahide yağ dokusu kökenli kök hücre çok kullanılsa da giderek diğer alanlara yayılma potansiyeline sahiptir.^[37]

Multipotent kök hücreler ayrıca amniyon sıvısında da bulunur. Bu kök hücreler oldukça etkindirler ve besleyici ortam olmaksızın oldukça genişleyebilirler ve ayrıca tümorojenik değildirler. Amniyotik kök hücreler multipotenttirler ve adipojenik, osteojenik, miyojenik, endoteliyal, hepatik ve ayrıca nöronal hatlardaki hücrelere farklılaşabilirler.^[38]

Dünya çapında bütün üniversite ve araştırma merkezleri, amniyotik sıvıyı amniyotik kök hücrelerinin bütün niteliklerini öğrenmek üzere araştırmalarını günümüzde sürdürmektedirler. Ve Anthony Atala gibi araştırmacılar bu konuda oldukça iyi veriler elde etmiştir^[39][40] and Giuseppe Simoni .^[41][42][43] Amniyotik sıvıdan elde edilen kök hücrelerin kullanımıyla, insan embriyosundan elde edilen kök hücrelerdeki gibi sorunların üstesinden gelinecek gibi görünmektedir.

Roma Katolik Kilisesi, embriyonik kök hücrelerin deneylerde kullanımını yasaklarken, Vatikan gazetesi amniyotik kök hücreler için geleceğin tıbbı olarak başlık vermiştir.^[44] Donörlerden ya da kendi kullanmak isteyenlerden amniyotik kök hücreleri biriktirmek mümkündür; bu nedenle dünya genelinde kurulan ve ortaklaşa çalışan amniyotik kök hücre bankaları bulunmaktadır^{[45][46][47][48][49][50]}

Bu hücreler erişkin kök hücreleri ya da normal yetişkin hücreleri (eptirel gibi) değildir, yeniden programlanmış ve pluripotent yetisi kazandırılmışlardır. Protein transkripsiyon faktörleri ile genetik programlama kullanılarak, insan derisinden köken alan pluripotent kök hücreler embriyonik kök hücrelere eşdeğer şekilde tanımlanırlar.^[51][52][53]

Kyoto Üniversitesi'ndeki Shinya Yamanaka ve arkadaşları transkripsiyon faktörleri Oct3/4, Sox2, c-Myc ve Klf4'ü kullanarak ^[51] insan yüzünden aldıkları hücrelerde deneylerini gerçekleştirmişlerdir. Wisconsin–Madison Üniversitesinden Junying Yu, James Thomson ve arkadaşları farklı bir grup (Oct4, Sox2, Nanog ve Lin28) ^[51] transkripsiyon faktörü kullanarak insan sünnet derisinden aldıkları hücrelerle çalışmalarını yapmışlardır. Bu başarılı deneylerin sonucu olarak, ilk klon koyun Dolly'nin kopyalanmasına yardımcı olan Ian Wilmut, somatik hücre çekirdeği transferininden vazgeçeceğini açıklamıştır^[54] Bu uyarılmış pluripotent kök hücrelerin eldesi için, yeni bir yolla donmuş olan kan örneklerinin kaynak olarak kullanılması mümkündür.^[55]

Kendini-yenilemeyi sağlamak için kök hücreler iki farklı hücre bölünmesine gider. (Bkz: Hücre bölünmesi ve farklılaşması çizimi)

Simetrik bölünme, her ikisi de kök hücre özelliklerini taşıyan iki özdeş evlat hücreye bölünmeyi sağlarken, asimetrik bölünme; sadece bir kök hücre ve kendini-yenileme yeteneği kısıtlı olan bir öncül hücrenin oluşumunu sağlar. Bu öncül hücreler, farklılaşmış olgun hücreye dönüşmeden önce birkaç bölünme döngüsüne girebilir. Simetrik ve asimetrik hücre bölünmesi arasında moleküler ayrımın yapılması; kardeş hücrelerin bile farklılaşmış hücre yüzey proteinlerini (örn. reseptörler) taşımasından dolayı mümkündür.^[56] Başka bir farklı görüş de, kök hücrenin kendi çevresel özgül nişlerinde farklılaşmadan kaldığıdır. Kök hücreler kendi nişlerinden ayrıldıklarında ya da buradan aldıkları sinyalleri kaybettiklerinde farklılaşırlar. Drosophila sineğinde yapılan çalışmalar, "dekapentaplejik sinyalleri"n ve germaryum kök hücrelerini farklılaşmaktan koruyan yapışma noktalarının (adherens junctions) varlığını göstermiştir.^[57][58]

Yeniden programlanmış hücrelerin embriyonik-kök hücre gibi davranması için sinyaller de günümüzde ayrıca bulunmuştur. Bu sinyal yolakları, c-Myc gibi onkogenler de bulunduruan bazı transkripsiyon faktörlerini kapsamaktadır. İlk çalışmalar, fare hücrelerinin bu anti-farklılaşma sinyalleri kombinasyonlarıyla farklılaşmayı geri döndürebildiklerini ve yetişkin hücrelerin tekrar pluripotent hale getirilebileceklerini göstermektedir^[29] Ancak, bu hücrelerin geri dönüştürmesinde yer alan süreçte onkogenlerin de bulunması, bu tarz çalışmaların tedavideki kullanımlarını engelleyecek gibi gözükmektedir.

Hücresel farklılaşmanın ve bu hattın bütünlüğünün doğasındaki uç çekicilik, kombine edilmiş transkripsiyon faktörlerinin diğer somatik hücrelerin de kaderlerini etkileyecebileğini düşündürttü ve yakınlarda bazı araştırmacılar nöral-hatt-özgü olan üç transkripsiyon faktörünün, fare fibroblastları (deri hücreleri) doğrudan işlevsel nöronlara dönüştürebileceğini gösterdi.^[59]

• Embriyonik kök hücre
• Yetişkin kök hücre
• Hücre bankası
• Genom
• Meristem
• Kısmi klonlama
• Bitki kök hücresi
• Kök hücre tartışmaları
• Kök Hücre Ağı

• Ege Üniversitesi Kordon Kanı Bankası 2 Ekim 2018 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• NIH Stem Cell Information Page (İngilizce)
• International Society for Stem Cell Research 12 Ocak 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. (İngilizce)