Mezenkimal Kök Hücreler ve Kemik Doku Mühendisliği Uygulamaları
Elif Şenkuş - Moleküler Biyoloji ve Genetik, Fen Edebiyat Fakültesi, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi
Kök hücreler kendini yenileyebilme ve çeşitli hücrelere farklılaşma yeteneklerine sahip hücrelerdir. Kök hücreler; embriyonik kök hücre, yetişkin kök hücre ve indüklenmiş pluripotent kök hücreler olmak üzere sınıflandırılır[1]. Embriyonik kök hücreler tüm hücre tiplerine farklılaşabilen embriyonik kaynaklı hücrelerdir[2]. Ektoderm, endoderm ve mezoderm olarak adlandırılan üç germ tabakasının hücrelerine farklılaşma kabiliyetine sahiptirler. İndüklenmiş pluripotent kök hücreler erişkin kök hücrelerle belirli transkripsiyon faktörlerinin aşırı ifade edilmesiyle oluşan kök hücrelerdir. Embriyonik kök hücreye benzer özelliklere sahiptirler[1]. Erişkin kök hücreler tüm organlarda ve dokularda bulunan sınırlı yenilenme ve farklılaşma yeteneğine sahip kök hücrelerdir[3]. Erişkin kök hücreler kategorisinde bulunan mezenkimal kök hücreler ise kemik hücreleri (osteosit), kırkırdak hücresi (kondrosit), yağ hücresi (adiposit) gibi mezodermal tabakanın hücrelerine farklılaşabilmekle birlikte diğer embriyonik tabakaların hücrelerine de farklılaşma özelliğine sahiptir[4].
Şekil 1: Kemik İliği Kaynaklı Mezenkimal Kök Hücrelerin Farklılaştığı Hücre Tipleri[5].
Şekil 2: Mezenkimal Kök Hücre Kaynakları[6].
Mezenkimal kök hücreler (MKH) birçok farklı hücre tipine farklılaşma kabiliyetlerinden dolayı kök hücre nakli, gen terapisi, doku mühendisliği, immünoterapi gibi alanlarda sıklıkla kullanılırlar. MKH’ler kemik iliği, yağ dokusu, dental doku gibi dokulardan izole edilebilirler[7]. İnsanlarda en çok kullanılan mezenkimal kök hücre kaynağı kemik iliği ve yağ dokudur. Göbek kordonu ve plasenta diğer MKH kaynaklarındandır[8].
Kemik Dokusu Tedavisinde MKH’lerin Kullanımı
Çeşitli zedelenmeler, kırık vb. durumlar karşısında kendini yenileyebilen kemik dokusunun iyileşme süreci karmaşık bir süreçtir. Kemik dokuyu iyileştirme sürecinde ilk olarak hastalıklı kısım ameliyatla alınır. Sonra kalan kısım düzeltilerek çeşitli kemik grefti ve materyallerle doldurulur ve tamir edilmiş olur. Kök hücre tedavisi son yıllarda kemik iyileşmesinde en çok kullanılan yöntemlerden biri haline gelmiştir. Doku mühendisliği ve rejeneratif tıpta kemik dokusunun yenilenmesinde kullanılan yeni yöntemler doku iskeleleri, büyüme faktörleri ve mezenkimal kök hücrelerdir. Yapılan çalışmalar mezenkimal kök hücrelerin kemik doku oluşumunu ve gelişimini (osteogenez) arttırdığını ileri sürmektedir. Rejeneratif tıpta, mezenkimal kök hücreler diğer kök hücreler arasından en çok tercih edilen kök hücrelerdendir.
Oldukça büyük çaptaki kemik bozukluklarında mezenkimal kök hücrelerle yapılan doğrudan injeksiyon yöntemleri pek başarılı sonuç vermemektedir. Bu sebeple mezenkimal kök hücrelerin iyileşmeyi destekleyen iskele, hidrojel gibi biyomateryal taşıyıcıların içinde kemik oluşumunda daha etkili olacağı ve süreci hızlandıracağı ileri sürülmüştür. Bu işlem için mezenkimal kök hücrelerin aktarımında 3 farklı doku yaklaşımı ele alınmıştır[7].
Hücrelerin enjekte edilebilen veya önceden hazırlanmış iskele ile aktarımı
Hücrelerin kemik hücrelerinin oluşumu tetikleyen (osteoindüktif) büyüme faktörü ile birlikte aktarımı veya diğer hücre tipleriyle beraber kültürlenerek aktarımı
Hücrelerin 3 boyutlu dinamik bir çevrenin içinde aktarımı[7]
Önceden hazırlanmış kemik doku; iskele, endotelyal büyüme faktörleri ve mezenkimal kök hücrelerden oluşur. İskelenin hücrelerin koloni oluşturmasına olanak sağlaması ve hücre bağlanmasını olumlu yönde etkilemesi gerekmektedir. Biyouyumluluk doku mühendisliği çalışmalarında kullanılan iskelelerde olması gereken önemli bir şarttır. İskelenin hücresel metabolizmayı destekleyen ve toksik etki yaratmayan bir yapıya sahip olması gerekmektedir. İskelenin mekanik yapısı kemiğe benzer olmalıdır. Hücrelerin iskeleye başarılı bir şekilde yayılması için iskele birbirine bağlı gözeneklerden oluşan bir yapıda olmalıdır. Gözenek boyutu diğer önemli faktörlerden biri olduğu için kemik doku mühendisliğinde kullanılan iskelenin gözenek boyutu 200-360 μm arasında olmalıdır. Ayrıca iskeleler biyobozunur özelliğe sahip olmalıdır. Biyobozunurluk iskelenin zamanla ayrıştırılması, çözünmesi olarak tanımlanır. Bu şekilde gerçek bir kemik yapısı oluşturulabilir[7].
MKH’lerin Gen Terapisiyle Birlikte Kullanımı
Rejeneratif tıpta dokuların onarılmasında kök hücrelerin gen terapisiyle birlikte daha etkili sonuçlar almak için kullanılabilmektedir. Mezenkimal kök hücrelerin kullanıldığı gen terapileri viral ve viral olmayan yöntemler olmak üzere ikiye ayrılır. Viral yöntemde, adenoviral, lentiviral ve onkogenik retroviral vektörler kullanılır. İstenilen genin mezenkimal hücrelere viral yöntemler aracılığıyla aktarılması tartışmalı bir konudur. Çünkü kullanılan viral vektörlerin bağışıklık yanıtına neden olması veya vücutta toksik etkilere yol açma ihtimali bulunduğu için risklidir. Bu sebeple viral olmayan yöntemler daha güvenli bulunmaktadır. Lipozom tabanlı yöntemler ve elektroporasyon viral olmayan transfer yöntemlerindendir. Kemiğin daha iyi yenilenmesi amacıyla kemik morfojenik proteinini (BMP) kodlayan genler kemiğin daha iyi yenilenebilmesi için mezenkimal hücrelerle birlikte gen transferinde tercih edilen genlerdir. BMP-2 geni mezenkimal hücrelerle birlikte kafatasının üst bölümüne ait kemik bozukluklarının yenilenmesinde sıçanlar üzerinde uygulanmıştır. Gen transferinden 5 hafta sonra sıçanlarda yeni kemik oluşumu ve yeni damar oluşumu (anjiyogenez) gözlenmiştir[7].
Referanslar
Ullah, I., Subbarao, R.B., Rho, G.J. (2015). Human mesenchymal stem cells - current trends and future prospective. Bioscience Reports. 35(2): e00191. doi 10.1042/BSR20150025
Erdal, Y. Ve Seçkin, U.D. (2017). Klinik çalışmalar açısından güncel mezenkimal kök hücre uygulamaları. FNG & Bilim Tıp Transplantasyon Dergisi, 2(2):52-55 doi: 10.5606/fng.transplantasyon.2017.009
Chagastelles, P.C. ve Nardi, N.B. (2011). Biology of stem cells: an overview. Kidney International Supplements, 1(3): 63–67.
Ucelli, A., Moretta, L., Pistoia, V. (2018). Mesenchymal stem cells in health and disease. Nature Reviews Immunology. 8(9):726-36. doi: 10.1038/nri2395.
Ucelli, A., Moretta, L., Pistoia, V. (2018). Mesenchymal stem cells in health and disease. Nature Reviews Immunology. 8(9):726-36. doi: 10.1038/nri2395.
Oryan, A., Kamali, A., Moshiri, A., Eslaminejad, M.B. (2017). Role of Mesenchymal Stem Cells in Bone Regenerative Medicine: What Is the Evidence? Cells Tissues Organs, 204(2):59-83 DOI: 10.1159/000469704
Oryan, A., Kamali, A., Moshiri, A., Eslaminejad, M.B. (2017). Role of Mesenchymal Stem Cells in Bone Regenerative Medicine: What Is the Evidence? Cells Tissues Organs, 204(2):59-83 DOI: 10.1159/000469704
Pittenger, M.F., Discher, D.E., Péault, B.M., Phinney, D.G., Hare, J.M., Caplan, A.I. (2019) Mesenchymal stem cell perspective: cell biology to clinical progress. NPJ regenerative Medicine, 4:22. doi: 10.1038/s41536-019-0083-6