Kök hücre araştırmaları, hastalığı anlamak, rejeneratif tıp teknikleri geliştirmek, yeni ilaçların güvenliğini ve etkinliğini test etmek için son on yıl içinde inanılmaz derecede popüler hale gelmiştir. Birkaç tip kök hücre vardır; yetişkin kök hücreler, yaşayan yetişkinlerden bağışlanabilen perinatal kök hücreler, pluripotent kök hücreler en faydalı olanlardır ve bunlar üç ila beş günlük embriyolardan toplanmaktadır. Kök hücre araştırmaları alanındaki gelişmeler, etik tartışmalara neden olan pluripotent kök hücrelerin kökenleri nedeniyle tartışmalara yol açmıştır. Embriyonik kök hücreler, pluripotent kök hücrelerin herhangi bir insan hücresine veya dokusuna farklılaşma potansiyeline sahip olduğu için araştırmada en yararlıdır. Yetişkin kök hücreler ve perinatal kök hücreler, farklılaşabildikleri hücre tiplerinde daha sınırlıdır. Bu nedenle kök hücre uygulamalarının büyümesi pluripotent kök hücrelerin kullanımına odaklanmıştır.
Pluripotent Kök Hücreler Nasıl Elde Edilir?
1998 yılında, Wisconsin Üniversitesi’nden bir bilim adamı ilk defa pluripotent kök hücreleri embriyolardan başarıyla çıkarmıştır. Kullanılmayan veya atılan embriyolardan kök hücre elde edilmesi, pluripotent kök hücrelerin ana kaynaklarından biri olmaya devam etmektedir. Farede, embenoyonik kök hücreleri elde etmek için bir yöntem olarak partenogenez (kendi kendine döllenmiş) araştırılmıştır. Partenojenik embriyonik kök hücrelerin fibroblastik soy içine farklılaşabildiği ve embriyonik kök hücrelere potansiyel bir alternatif olabileceği bulunmuştur. Partenojenik embriyonik kök hücreler de insanlarda üretilmiş ve sinir kök hücrelerini başarıyla türetmek için kullanılmıştır. Pluripotent kök hücreleri elde etmek için başka bir yöntem, bağışlanmış bir insan yumurtasının, bir embriyonik kök hücre üretmek için vücuttan, genellikle bir deri hücresinden, cinsiyetsiz bir hücrenin çekirdeği ile birleştirildiği somatik hücre nükleer transferidir. Son zamanlarda, embriyonik kök hücre elde etmenin diğer biçimleriyle ilgili etik sorunların üstesinden gelmek için yaratılan İndüklenmiş Pluripotent Kök Hücreler (iPSC’ler) alanında birçok gelişme olmuştur. iPSC’ler somatik hücreleri yeniden programlamak için transkripsiyon faktörleri kullanılarak yapılmaktadır, bu nedenle embriyo veya donör yumurta gerekmemektedir.
Uygulamalar, Sorunlar ve Gelecekteki Yönelimler
Kendi kendini yenileme ve pluripotensite ESC’lerin ve iPSC’lerin temel özellikleridir, bu da onları çok çeşitli hastalıkların ve patolojik durumların tedavisinde potansiyel preklinik ve klinik uygulamaları nedeniyle akademiye ve sektöre çekici kılmaktadır. Rejeneratif tıp, yaralanma, hastalık veya konjenital kusurlardan zarar gören dokuları ve organları değiştirmek için kök hücreleri kullanma iddiasıyla heyecan verici ve hızlı hareket eden bir araştırma alanıdır. Bir yetişkinin tüm özelleşmiş hücre tiplerine farklılaşma kabiliyetleri nedeniyle, insan ESC’leri ve iPSC’ler de dâhil olmak üzere pluripotent kök hücreler (PSC’ler) hücre tabanlı tedaviler için umut verici bir kaynaktır. PSC’lerin terapötik potansiyeli, farklı hastalıkları tedavi etmek için PSC transplantasyonunun uygulandığı klinik öncesi çalışmalarda değerlendirilmiştir. Dikkate değer bir şekilde, hayvan modellerine yapılan hücre terapisi, hESC kaynaklı oligodendrosit ile omurilik hasarından sonra hareketin restorasyonu gibi yararlı etkiler göstermiştir. Hem insan ESC’lerinin hem de iPSC’lerin potansiyel faydaları, insan klinik çalışmalarında da değerlendirilmiştir. Nihai raporlar az olsa da veya kolay erişilebilir olmasa da, devam etmekte olan bu çalışmaların bazılarında hastalara erken yararlar bildirilmiştir.
2010 yılında Geron Corporation, omurilik yaralanmalarının tedavisinde hESC türevi oligodendrosit progenitör hücrelerinin (OPC) güvenliğini değerlendirmek için ilk klinik denemeyi başlatmıştır. Asterias Biotherapeut, Geron Corporation’ın hücre tedavisi programını bırakması üzerine bu çalışmaya devam etmiştir. Resmi bir yayın yayınlanmamış olmasına rağmen, klinik araştırmanın sonuçları 2014 yılında Amerikan Gen ve Hücre Terapisi Derneği’nde (ASGCT) sunulmuştur. Veriler, nakil nedeniyle ciddi bir olumsuz olay göstermemiştir ve beşte dördünde Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) taraması, omurilik dokusunun bozulmasını azaltmada bazı olumlu etkiler göstermiştir. 2011 yılında Ocata Therapeutics, Stargardt’ın maküler distrofisi ve kuru yaşa bağlı maküler dejenerasyonun (AMD) subretinal transplantasyonunun güvenlik ve tolere edilebilirliğini belirlemek için iki prospektif klinik çalışma başlatmıştır. Bu çalışmaların sonuçları, bir hastalıktan etkilenen bireylerde orta vadeli güvenlik, greft sağkalımı ve pluripotent kök hücre dölünün olası biyolojik aktivitesi hakkında kanıt sağlamıştır. Chabiotech Ltd, ileri kuru yaşa bağlı makula dejenerasyonu (AMD) olan iki hastada ve Stargardt’ın maküler distrofisi olan iki hastada hESC’den türetilen RPE hücrelerinin subretinal transplantasyonunun güvenliğini ve tolere edilebilirliğini değerlendirmek için bir faz I/IIa çalışması başlatmıştır. Ön sonuçlar, hiçbir yan etki (tümör büyümesi veya diğer beklenmedik etkiler) ve tedaviye ilişkin güvenlik göstermemiştir. Tedavi edilen dört hastanın üçünde görme aktivitesinin iyileştiği bulunmuştur. Bununla birlikte, hücre terapilerine uygun klinik sınıf insan iPSC’leri üretmek için kalite ve güvenlik konularının yerine getirilmesi ve klinik uygulamada insan iPSC’lerinin çevrilmesinden önce farklı konuların ele alınması gerekmektedir. Onkogenlerin kalıcı entegrasyonuna yol açan ve potansiyel olarak zararlı genomik değişiklikler ile sonuçlanan yeniden programlama faktörleri sağlamak için viral sistemlerin kullanılması ciddi bir endişe kaynağıdır. Bu sorunların üstesinden gelmek için, fare- de, yakın zamanda, küçük moleküller kullanan transgenden bağımsız bir protokol oluşturulmuştur. Ancak strateji OSKM faktörleri ile viral transdüksiyondan daha az verimlidir ve yeniden programlama daha uzun bir süreçtir. İnsanda aynı hedefe henüz ulaşılamamıştır ve Oct4 transdüksiyonu gereklidir, hiPSC’lerin klinik güvenliği için yeniden programlama stratejilerinin optimize edilmesi ve sürecin etkinliğinin artırılması gerektiğini düşündürmektedir.
Son çalışmalar farklı iPSC hatları arasındaki genetik ve epigenetik varyasyonların kanıtını sunmuştur. Varyasyonların bazıları donör somatik hücrelerden miras alınabilmektedir ya da yeniden programlama veya geniş kültürleme sırasında edinilebilmektedir. Her ne kadar bu genetik ve epigenetik varyasyon genomun sadece küçük bir kısmını etkilese de, iPSC’lerin ve türevlerinin özelliklerini değiştirebilmektedirler. Bu da artan tümör oluşumu riski, iPSC’lerin farklılaşma potansiyelini değiştirmektedir veya iPSC türevlerinin bozulmuş fonksiyonel aktivitesi ile sonuçlanmaktadır. Yeniden programlama stratejisinin ve kültür koşullarının optimizasyonu, bu tür varyasyonların azaltılmasına veya tamamen ortadan kaldırılmasına katkıda bulunabilmektedir.
Diğer önemli bir konu, insan iPSC’lerinin ve bunların alt uygulama için tasarlanmış türevlerinin güvenliğini sağlamak için kalite kontrollerinin oluşturulmasıdır. İPS hücrelerini kültürlemek için rutin olarak kullanılan serum ve fare türevli besleyici hücreler, ekzojen antijenleri veya patojenleri yeniden programlanmış hücrelere ileterek bağışıklık tepkisine veya hastalığa neden olabilmektedir. Bu nedenle, klinik olarak kabul edilebilir iPSC’leri üretmek için, ksenosuz hücre kültürü sistemleri kullanılmalıdır. Hastalar için riskleri azaltan hayvansal ürün içermeyen kültür sistemi geliştirmek için çeşitli araştırmalar yapılmıştır ve halen devam etmektedir. Bu, iPSC’lerin istenen dokuda doğrudan ve etkili bir şekilde farklılaştırılması için güvenilir ve tekrarlanabilir protokoller geliştirilerek aşılabilmektedir. Ayrıca, iPSC’lerin pluripotent kimliği ve gelişimsel potansiyeli teratom oluşumu ile karakterize edilmelidir. iPSC’ler ayrıca istenen hücre tipini üretme yeteneklerini test etmek için in vitro olarak farklılaştırılmalıdır. Kanıtlar, epigenetik anıların veya eksik yeniden programlamanın iPSC’lerin farklılaşma özelliklerini etkileyebileceğini göstermektedir. Ya farklı hücrelerin karışık bir popülasyonuna ya da in vitro nakledildiğinde tümörojenik olabilen artık farklılaşmamış hücrelere yol açmaktadır.
İPSC’den türetilen ürünlerin hücre terapisi uygulamaları için değerlendirilmesi, sağlıklı hayvanlarda ve hastalık modellerinde klinik öncesi denemeleri içermektedir. Kemirgenler büyük ölçüde iPSC’lerin temel biyolojisinde kullanılmaktadır, bununla birlikte etkinliğin öngörüsü olmayabilmektedirler. Domuzlar ve maymunlar gibi büyük hayvanlar preklinik çalışmalarda kullanılmıştır, çünkü insanlar ile daha fizyolojik benzerlik ve daha uzun yaşam süresi nedeniyle daha öngörücüdürler. Bununla birlikte, daha yüksek maliyetler, daha karmaşık hayvancılık ve sınırlı sayıda hastalık modeli de dahil olmak üzere kemirgenlere kıyasla dezavantajlar bulunmaktadır. Ayrıca toksisite çalışmaları in vivo modellerin naklinden sonra ana organların analizi ile iPSC’den türetilen ürünler üzerinde de yapılmalıdır.
ABD’de iPSC’leri kullanan klinik çalışmalar FDA’dan düzenleyici onay almazken, Japon düzenleyici makamları yeşil ışık yakmıştır. Japon bir kadın maküler dejenerasyonu tedavi etmek için iPSC’den türetilen RPE’lerle nakledilmiştir. Bu, ilk dünya pilot çalışmasıdır ve iPSC türevlerinin diğer birçok uygulamasında lider olabilmektedir. Hücre hastasından türetilmiş hiPSC’ler, çeşitli genetik hastalıkları incelemek için harika bir hücresel modeli temsil etmektedir. Buna göre, son yıllarda, çok sayıda yayın kalıtsal hastalığı olan hastadan üretilen hiPSC’lerin farklılaşmadan sonra patolojilerle ilişkili farklı yönleri tekrarlayabildiğini bildirmiştir. Hücre hastalarından türetilen hiPSC’ler, bir hücresel modeli temsil etmeleri, bir hastalığın ve yönlerinin tüm yönlerini yeniden özetleyememeleriyle sınırlı olsa da, potansiyel terapötik uygulamalara sahip yeni ilaçların keşfi ve toksikoloji çalışmaları için son derece değerli bir araç olmaya devam etmektedirler. Tarama için hiPSC’lerin kullanılması, hayvan testlerinden daha uygun maliyetli bir stratejidir. Ayrıca, sağlıklı donörlerden ve kalıtsal veya edinsel hastalıkları olan hastalardan iPSC üretme olasılığı, bir ilacın kesin etkisini, ölümsüzleştirilmiş insan hücre dizileriyle temsil edilen mevcut hücresel modellere kıyasla daha fizyolojik bir durumda değerlendirmek için daha doğru bir sistem sunmaktadır. Bu avantaj, çok çeşitli özelleşmiş hücrelere farklılaşma kabiliyetleri ile birleştiğinde, araştırmacıların hedefli klinik öncesi toksikolojik in vitro deneyler yapmalarına izin verecektir. Hücre bazlı in vitro testler yüksek verim veya yüksek içerikli ekranlara izin vermesine rağmen, karmaşık senaryoyu in vivo yansıtmamaktadır. İn vitro analizler, canlı bir organizmada farklı hücre tipleri ve organlar arasında küresel bir karışma anlaşması elde etmek için şu anda mevcut olan, molekülleri tanımlamak ve karakterize etmek ve tezgahtan başucuya klinik çevirilerine izin vermek için gerekli olan hayvan modeli testleri ile takip edilmelidir. Ayrıca, hücre hastalarından türetilmiş iPSC’ler üretme olasılığı, şu anda hESC’lerin klinik pratiğinin önündeki temel engeller olan güçlü etik endişeleri ve immünolojik reddetmeyi aşmak için bir çözüm sağlamıştır.
Pluripotent Kök Hücrelerin Uygulamaları
Pluripotent kök hücreler, hastalığın, gelişim yollarının ve onarıcı yolların birçok yönünün modellenmesinde faydalıdır.
İnsan Hastalıklarının Modellenmesi
Pluripotent kök hücreler, insan hastalığının nasıl geliştiğini ve ilerlediğini modellemek için kullanılabilmektedir. Kök hücreler zamanla olgunlaşmaktadır ve insan vücudunu oluşturan temel hücrelere, sinirlere, kemik hücrelerine ve potansiyel organlara farklılaşabilmektedir. Farklılaşma sürecini takip etmek, anormalliklerin nasıl ortaya çıktığı ve hastalığa nasıl yol açtıklarına dair önemli bilgileri etkinleştirmektedir, bu da daha etkili önleme ve tedavilerin geliştirilmesine yol açmaktadır.
Rejeneratif Tıp
Pluripotent kök hücrelerin önemli bir uygulaması rejeneratif tıptır. 1950’li yıllarda kök hücreler, kanser için radyasyon ve kemoterapi alan hastalarda kemik iliği nakillerinde kullanılmıştır. O zamandan beri, araştırma, rejeneratif tıpta pluripotent kök hücrelerinin kullanımını genişletmiştir, böylece artık omurilik yaralanmaları, yanıklar, tip 1 diyabet, amiyotrofik skleroz, Parkinson ‘ hastalığı, Alzheimer ‘ hastalığı, felç, kanser, kalp hastalığı, osteoartrit hastalıklarında kullanılmaktadır. Otolog greftler ve nakiller için pluripotent kök hücrelerin kullanımı üzerine araştırmalar yapılmıştır, pluripotent kök hücreler insan vücudundaki hastalıklı veya hasarlı dokuyu değiştirmek için yeni hücrelere farklılaştırılabilmektedir. Pluripotent kök hücreler herhangi bir hücre türü olma potansiyeline sahip olduklarından, rejenere dokuda kullanım potansiyelleri neredeyse sınırsızdır.
Yeni İlaçların Test Edilmesi
Pluripotent kök hücrelerin bir başka değerli uygulaması, in vitro deneyler kullanarak yeni ilaçların test edilmesidir, bu da güvenlik ve etkinliklerini garanti etmektedir. Kök hücreler, araştırmacıların yeni ilaçların insan klinik çalışmalarının aşamasına ulaşmadan önce belirli hücreleri ve dokuları nasıl etkilediğini izlemelerine izin vermiştir. Uyuşturucu testi, pluripotent kök hücre kullanımının ortaya çıkan bir alanıdır, yeni ilaçların etkinliğini artırma, potansiyel toksisitelerini ve yan etkilerini azaltma üzerinde büyük bir etkisi olacağı tahmin edilmektedir.
Gelecekteki Yönlendirmeler
Pluripotent kök hücreler zaten birçok uygulamada kullanılmaktadır ve birçok terapötik alanda hayati öneme sahiptir. Gelecekte, pluripotent kök hücrelerin araştırmalar devam ederken başka uygulamaları da olması muhtemeldir.
Sonuçlar
Kök hücre araştırmalarının insan hastalıkları ile başa çıkmanın ve muhtemelen tedavi edilmesinin ileri yolu olduğu tartışılmaz. PSC’ler, geniş bir hücre tipine farklılaşma kapasitesi nedeniyle, fonksiyonel yetişkin kök hücre tiplerinin genişlemesi veya sürülmesi zor olduğu durumlarda en çok ilgi çekmektedir. Özellikle, hiPSC’ler embriyonik hücrelere karşı heyecan verici bir alternatif oluşturmaktadır, kullanımlarıyla ilgili etik sorunlardan kaçınmaktadır, insan hastalıklarını incelemek ve muhtemelen daha etkili tedaviler bulmak için daha iyi bir model sunmaktadır. Her ne kadar ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, insan PSC’lerinin özellikleri üzerinde hem pluripotensinin hem de hücresel farklılaşmanın temel biyolojisini anlamak ve terapötik uygulamalarla ilişkili tüm farklı sorunları çözmek için daha yoğun araştırmaların yapılması gerekmektedir. Ek olarak, güvenli hücre terapileri için klinik sınıf insan PSC’lerini elde etmek için mevcut teknolojilerin iyileştirilmesi yapılmalıdır
Kaynakça:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4699068/
https://doi.org/10.1155/2016/9451492
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu