Kök hücreler bilimin etkinliğini iyice artırdığı 20. yüzyıl itibarıyla çokça araştırmaya konu olmuştur. Eminim ki birçok insan hayatında en az bir defa kök hücrelerin farklı hastalıkların çözümü için araştırmalarda kullanıldığı, hatta bazı hastalıklara kesin olarak çözüm getirdiği haberlerini okumuştur. Peki bu kök hücre nedir ve nasıl oluyor ki birbirinden bağımsız hastalıkların tedavileri için kullanılabiliyor?
Kök hücreler bölünme, çoğalabilme, kendini yenileyebilme ve farklılaşabilme özelliklerine sahip, henüz vücut içinde herhangi bir işlev için özelleşmemiş hücrelerdir ve bu özellikleri sayesinde bilim dünyasında üzerine en çok çalışılan hücrelerden biridir. Kök hücreler 300-400 döngü boyunca bölünebilme yeteneğine sahipken normal hücrelerde bu bölünme yeteneği çok daha sınırlıdır. Normal hücreler büyük çoğunlukla belirli bir hücre türünde özelleşmişlerdir ve başka hücre türlerine dönüşemezler. Örneğin bir karaciğer hücresi ömrü boyunca sadece karaciğer hücresi özelliklerine sahip olarak yaşar ve ölür ancak kök hücrelerde durum farklıdır. Kök hücreler herhangi bir hücre türüne özelleşmemiştir ve onları eşsiz kılan bu özellikleri sayesinde uygun sinyalleri aldığı zaman birçok farklı hücre türüne dönüşebilirler. Tam da bu özellikleri sayesinde modern tıbbın en önemli araştırmalarına konu olmaktadırlar. Kök hücreler sayesinde diyabet, Parkinson, Alzheimer, kalp hastalıkları gibi birçok problemin ilerleyen yıllarda çözüme kavuşma potansiyelleri vardır.
Temelde vücudumuzdaki tüm hücreler kök hücreden meydana gelmiştir. İnsan gelişiminin ilk etabında oluşan ve zigot adı verilen tek bir döllenmiş yumurta hücresi sürekli bölünerek embriyoyu oluşturur. Bu embriyo ise farklılaşmamış hücrelerden yani kök hücrelerden meydana gelmektedir. Bu kök hücreler çeşitli kimyasal sinyaller sayesinde farklı görevler üzerine özelleşmiş hücreleri, bu hücreler dokuları, bu dokular da insan organizması oluşturur. Örneğin embriyoda bulunan kök hücreler sinir impulsları iletmekle görevli sinir hücrelerine dönüşür, bu hücreler de birleşerek merkezi ve periferik sinir sistemini oluşturur veya kas hücrelerine dönüşürler. Bu kas hücreleri de kas dokusunu oluşturur.
Hücre kromozomlarının uçlarında telomer adı verilen özel DNA dizileri bulunur. Bu diziler hücrelerin kaç kez bölünebileceğini belirleyen temel bir faktördür. Yani telomer uzunluğu fazla olan hücre telomer uzunluğu kısa olan hücreye göre daha çok kez bölünebilme yeteneğine sahiptir. Bu telomerlerin uzamasını ise telomeraz enzimi adını verdiğimiz bir enzimin etkinliği belirlemektedir. Bu enzim yetişkin hücrelerde aktif değilken kök hücrelerde oldukça yüksek aktiviteye sahiptir. Bu da kök hücrelerin bölünebilme ve kendini yenileyebilme özelliklerini artırmaktadır. Kısaca normal ve kök hücre arasındaki farklardan bir tanesi ilgili hücrelerin telomer uzunluklarıdır.
Kök Hücre Türleri
Kök hücreler kökenlerine ve farklılaşma potansiyellerine göre iki ana gruba ayrılmaktadırlar. Totipotent, pluripotent ve multipotent hücreler, farklılaşma potansiyellerine göre sınıflandırılan en bilinen kök hücre türleridir. Embriyonik kök hücreler, yetişkin kök hücreler ve İndüklenmiş Pluripotent kök hücreler (iPSC) ise kökenlerine göre sınıflandırılan başlıktaki en bilinen kök hücre türlerdir.
Embriyonik Kök Hücreler
Embriyonik kök hücreler yumurtanın döllenmesini takip eden 5-6 günlük süreç içinde oluşan blastositten alınan hücrelere denir. Blastositler iç ve dış hücre tabakasından oluşmaktadır. Embriyonik hücreler bu blastositlerin iç tabakasından elde edilip laboratuvar ortamında çoğaltılabilirler. Embriyonik kök hücrelerin en büyük avantajı pluripotent yani vücuttaki neredeyse tüm hücre tiplerine farklılaşabilme yeteneklerinin olmasıdır. Bu kök hücreler aynı zamanda sınırsız sayıda bölünebilme ve kendini yenileyebilme özelliklerine de sahiptir. En büyük dezavantajlarından birisi elde edilebilmesi için ilgili embriyonun yok edilmesi gerektiğidir. Özellikle embriyonun insan yaşamının başlangıcı olduğunu düşünürsek bu uygulama etik ve dini olarak ciddi şekilde tartışılmaktadır. Bilim insanları genellikle tüp bebek tedavisi sırasında oluşan ve kullanılmayan embriyolardan bu kök hücreleri elde edip anne ve babanın onayı ile araştırmalarda kullanabiliyor.
Yetişkin Kök Hücreler
Yetişkin kök hücreler vücudumuzdaki çeşitli dokularda bulunabilmektedirler. Bir doku veya organdaki özelleşmiş hücreler dışındaki özelleşmemiş hücreler yetişkin kök hücreler olarak bilinir. Bu hücreler embriyonik kök hücreler gibi vücuttaki diğer hücrelerin hepsine farklılaşabilme potansiyelleri olmasa da, bulundukları dokuyla ilgili olan hücrelere farklılaşabilmektedirler veya gerekli durumlarda bu dokuyu tamir ederek dokunun devamlılığını sağlayabilmektedirler. Yetişkin kök hücreler sınırlı sayıda bölge için farklılaşabilme ve elde edilme sürecinin daha zorlu olması sebebiyle embriyonik kök hücrelere göre dezavantajlı gibi gözükseler de embriyonik kök hücreler gibi etik tartışmalara sebebiyet vermemektedirler.
İndüklenmiş Pluripotent Kök Hücreler (iPSC)
İndüklenmiş Pluripotent Kök Hücreler (iPSC), yetişkin hücrelerin genetik olarak yeniden programlanmasıyla embriyonik kök hücrelere benzer hale getirilmiş hücrelerdir. Bu hücreler, embriyonik kök hücreler gibi pluripotenttir, yani vücuttaki hemen hemen her hücre türüne dönüşebilirler. Bu hücrelerin elde edilmesi kök hücre çalışmaları için kilometre taşı olma özelliğini taşır. Çünkü bu yeni kök hücreler sayesinde embriyonik kök hücreler gibi çok sayıda farklı dokuya özelleşebilen hücreleri, hiçbir etik tartışmaya mahal vermeden elde edebilmekteyiz. iPSC’ler Japon bilim insanı Shinya Yamanka tarafından 2006 yılında yaptığı çalışmalar sonucunda bulunmuştur ve bu çalışmalar Shinya Yamanka’ya 2012 yılında Nobel fizyoloji veya tıp ödülünü kazandırmıştır. Oct4, Sox2, c-Myc ve Klf4 olarak bilinen bölünmeye yardımcı genlerin vektörler yardımıyla yetişkin kök hücreye verilerek, bu hücrenin pluripotent hücre özelliğini kazanmasının sağlar ve bu hücre laboratuvar ortamında çoğaltılarak çeşitli problemlerin çözüme ulaştırılması konusunda kullanılır. Şu anda tüm denemelerde istenilen sonuçlar elde edilemese de bu yöntemin iyileştirilmesi için çalışmalar devam etmektedir.
Bu kök hücreler bu avantajlarının yanında genetik stabilite, farklılaşma, tedavi için kullanıma hazır hale gelme süresinin uzunluğu ve maliyeti konularında çeşitli dezavantajlara sahiptir. Devrim niteliğinde olan bu hücreler günümüzde halen daha üzerinde çalışılıp geliştirilmektedir. Geriye kalan problemlerin de çözüme kavuşturulmasından sonra ortaya çıkacak tedaviler klinik olarak uygulanıp çok sayıda medikal problemin tarihe karışmasının sağlayacaktır.
Totipotent
Bu özelliğe sahip kök hücreler sınırsız farklılaşma yeteneğine sahiptir. Döllenmenin hemen ardından oluşan hücreler de totipotent kök hücre olarak kabul edilir. Vücudumuzdaki tüm hücreler en başta bu tür hücrelerden meydana gelmiştir. Totipotent hücreler hem embriyonun kendisini yani vücut hücrelerini hem de plasenta, amniyotik kese gibi embriyo dışı yapıları oluşturur. Döllenme sonrası 5 güne kadar oluşan hücrelere totipotent denilebilir. Bu hücre türü tüm vücudun oluşmasından kritik rol oynadığı için insan oluşumunun yapı taşlarından biridir. Bu hücreler sadece döllenmeden sonraki 5 güne kadar oluşur ve daha sonra yerlerini pluripotent hücre türlerine bırakırlar.
Pluripotent
Bu özelliğe sahip kök hücreler totipotent türler gibi kendi başlarına insan organizmasını meydana getiremeseler bile yaklaşık 200 farklı hücre türüne farklılaşabilme özellikleri vardır. Pluripotent türler plasenta gibi dokulara dönüşemedikleri için organizmayı tek başlarına oluşturamazlar. Bu tip hücreler totipotentlerden hemen sonra yani döllenmeyi takip eden ortalama 5. günden sonra ortaya çıkarlar ve blastositi oluşturular. En bilinen kök hücrelerden biri olan Embriyonik kök hücreler, pluripotent sınıfına dahile edilir ve blastosit aşamasından elde edilen kök hücrelerdir. Ancak embriyonik kök hücre çalışmaları etik kaygılar sebebiyle çok sık tartışma konusu olmaktadır.
Multipotent
Multipotent hücreler yukarda bahsettiğimiz diğer iki türe göre daha geç yaşlarda ortaya çıkar ve çok daha sınırlı sayıda hücre çeşitlerine dönüşebilmektedirler. Multipotent hücreler genellikle yetişkinlerdeki kemik iliği, beyin, deri, kas gibi dokularda bulunur. Bu sebepten dolayı da sadece bulundukları doku ile alakalı olan hücre türlerine farklılaşabilmektedirler. Örneğin kemik iliğinde bulunan kök hücreler (Hematopoietik kök hücreler) alyuvar, akyuvar, trombosit gibi kan hücrelerine dönüşebilmektedirler ancak vücuttaki diğer dokularda bulunan hücrelere dönüşemezler. Kısaca, bu tip kök hücreler sadece belirli bir dokudaki farklı hücre türlerine dönüşebilmektedir. Bu özellikleriden dolayı günümüzde özellikle kan hastalıklarının tedavilerinde etkili çözümler sunarak hastaları iyileştirmektedir. Üzerinde çokça çalışma yapılan ve yetişkin kök hücre olarak adlandırılan kök hücreler, vücudun çeşitli dokularında bulunabilmektedir ve multipotent yapıya sahiptirler.
Kök Hücrelerin Uygulama Alanları
Rejeneratif Tıp
Rejeneratif tıp canlıda işlevini tamamen yitirmiş veya hasar görmüş dokuların ve organların yenilenmesinde kullanılan bir tıp dalıdır. Esasında kök hücrelerin o heyecan verici potansiyelleri daha çok rejeneratif tıp dalının altında ortaya çıkmaktadır. Yukarıda da bahsettiğimiz gibi kök hücrelerin farklı dokulara ve organlara farklılaşabilme özelliği sayesinde kök hücreler rejeneratif tıp çalışmalarının merkezinde yer almaktadırlar.
Bu içerik de ilginizi çekebilir:
HOX Genleri ve Uzuv Yenilenmesine Derin Bir Bakış!
Geçen yazıda Aktif Yenileme Özellikleri ve Uzuvların Yeniden Oluşturulması hakkında konuşmuştuk. Hadi gelin HOX genleri ve uzuv yenilenmesi konularını derinden…
Organ ve doku yenilenmesi, nörolojik hastalıklar, diyabet tedavisi, cilt yenilenmesi ve yara iyileşimi, görme ve işitme kaybı gibi problemler rejeneratif tıbbın kök hücre yardımıyla ileride çözüm bulabileceği problemlerden bazılardır. Örneğin kalp krizi geçirmiş bir insanın kalp kası hücrelerinin belirli kısımları hasar görmüş olabilir. Eğer ki bu alanda kök hücre çalışmaları başarıya ulaşırsa bu hastanın hasar görmüş hücreleri yerine kök hücrelerden üretilmiş yeni sağlıklı kalp kası hücreleri o kişinin vücudunda kullanılabilir.
Otoimmün bir hastalık olan tip 1 diyabet, pankreasta insülin üreten beta hücrelerinin vücudun savunma sistemi tarafından düşman olarak algılanması sonucu öldürülmesi ve buna bağlı olarak pankreasın insülin üretememesi ile ortaya çıkmaktadır. İleriki yıllarda öldürülen beta hücreleri yerine kök hücreler tarafından farklılaşan yeni beta hücreleri oluşturulabilmesi tip 1 diyabete çözüm olabilir ancak otoimmün hastalıklar özelinde üretilen yeni hücrelerin vücut savunma sistemi tarafından tekrar saldırıya uğrama ihtimali göz önünde bulundurularak bu tür problemlerin de çözümü geliştirilmeye çalışılmaktadır.
Aynı zamanda Kök hücreler, retina dejenerasyonu ve işitme kaybı gibi duyusal bozuklukları tedavi edebilir. Retina hücrelerinin veya iç kulaktaki işitme hücrelerinin yenilenmesi, kök hücrelerin görme ve işitme yetisinin geri kazanılmasına yardımcı olabileceğini göstermektedir.
Özetle eğer kök hücrelerin rejeneratif tıptaki uygulamaları olumlu anlamda sonuçlandırılabilirse devrim niteliğinde sayabileceğimiz başarılar elde edilecektir. Bilim dünyası bahsedilen tedavileri geliştirmek için çok uzun yıllardır emek vermekte ve çalışmalar yapmaktadır.
Genetik Hastalıklar
DNA’da meydana gelen mutasyonlar sonucunda genetik hastalıklar ortaya çıkmaktadır. Bu mutasyonlar doğuştan veya sonradan dna’da kendilerini gösterebilir. SMA, down sendromu, huntingon gibi problemler genetik hastalıklar olarak kabul görmektedir. Kök hücreler bu genetik hastalıkların çözüme ulaştırılabilmesi için de gelecek vadetmektedir. Bu tedavilerde genellikle iki temel yaklaşım kullanılmaktadır. Birinci olarak hastalıklı hücrelerin yerine kök hücreden farklılaşan yeni hücreler koyma yaklaşımıdır. Örneğin orak hücre anemisine sahip bireylerde ilgili hastanın kemik iliğinde üretilen kan hücreleri anormal şekildedir ve bu bozukluk kandaki oksijen taşıma kapasitesini düşürmektedir. Bu bahsedilen yaklaşım sayesinde kök hücreler sağlıklı kırmızı kan hücrelerine dönüşerek bu işlevi geri kazanabilirler.
İkinci yaklaşım olarak gen mühendisliği teknikleri kullanılabilmektedir. Genetik mühendisliği sayesinde kök hücreler genetik hatalı düzeltebilecek şekilde değiştirilir ve bu kök hücre hastaya geri verilerek çözüm üretilmeye çalışılır. Örneğin CTFR geninde meydana gelen bir mutasyon sonucu ortaya çıkan kistik fibrozis hastalığı sahibi bireylerde, hastanın kök hücreleri CRISPR-Cas9 gibi araçlar kullanılarak genetik olarak istenilen şekilde düzenlenir, daha sonra bu kök hücreler hasarlı doku yerine geçerek tedaviye yardımcı olurlar. Bu teknikle yapılan araştırmalarda hayvan modelleri üzerinde başarı yakalanmıştır ancak insanlar üzerinde araştırmalar hala devam etmektedir.
İlaç Üretme Ve Geliştirmede Kök Hücrelerin Rolü
Geleneksel ilaç geliştirme süreçlerinde ilgili ilaçların test edilip hastaya ulaştırılması uzun yıllar sürüp yüksek maliyetlere sebep olmaktadır. Ayrıca bu deneylerin hayvan modelleri üzerinde yapılması sebebiyle insanlarda oluşacak tepkiler tam olarak doğru tahmin edilememektedir. Kök hücreler ilgili süreci hem hızlandırır, hem maliyetleri düşürür, hem de daha güvenilir hale getirerek geleneksel ilaç geliştirme süreçlerindeki bu problemlere çözüm bulur. Pluripotent gibi kök hücreler yukarda da bahsettiğimiz üzere insan vücudunda birçok hücreye farklılaşabilmektedirler. Bu özellikleri sayesinde çeşitli hastalık modelleri oluşturmak için kullanılırlar. Örneğin, Parkinson hastalığı için geliştirilen bir ilaç, pluripotent hücrelerden elde edilen ve dopamin üreten sinir hücreleri üzerinde test edilir.
Son yıllarda yaygınlaşmaya başlayan kişiye özgü ilaç tedavilerinde de kök hücreler kullanılmaktadır. İlgili hastadan alınan kök hücreler kişide bulunan hastalığa özgü hücrelere farklılaştırılır. Bu sayede elde edilen hücreler tamamen hastaya özgü genetik yapıyı yansıtır ve yeni ilaçlar hastadan önce laboratuvar ortamındaki hücrelere verilerek hastanın o ilaca nasıl tepki verebileceğin görülmesi sağlanır. Bir diğer yandan kök hücre çalışmaları ilaç etkileşimleri alanında da güvenilirliği artırma potansiyeline sahiptir. Farklı ilaçların birbiriyle nasıl etkileşime girecekleri konusunda kök hücreden farklılaşan hücreler üzerinde yapılan çalışmalar hangi ilaçların beraber kullanılmasının sakıncalı olduğunu ve hangi kombinasyonların optimum düzeyde hastaya fayda sağlayacağını ortaya koymaya çalışmaktadır.
Gelecekte Kök Hücre
Kök hücreler bilim dünyası için yeni sayılabilecek bir araştırma alanıdır. Çalışmalar başladığı günden bugüne çok hızlı ilerlemiştir ve daha gidilecek uzun bir yol vardır. Aktif olarak uygulanabilen tedaviler gün geçtikçe daha da mükemmel hale gelecektir ve gelecek yıllarda bu tedaviler dışında çok daha çeşitli alanlarda kök hücrelerin faydalarını göreceğiz. İlerleyen zamanlarda geliştirilebilecek bu tedaviler bilim dünyasında büyük heyecan uyandırmaktadır.
Bu yazımızda da rejeneratif tıp başlığı altında bahsettiğimiz organ ve doku rejenerasyonunun kök hücre ile hayata geçirilmesi, heyecan uyandıran başlıca konulardan bir tanesidir. Özellikle 3D Biyoyazıcı teknolojilerinde kök hücreyi kullanarak doku reddini sıfıra indirgeyecek organlar üretebilir. Kim bilir belki de gelecekte herhangi bir organımız hasar gördükten sonra 3D yazıcılar sayesinde bize özel yeni organlar üretilecek.
Kök hücre çalışmalarının daha da ilerlemesiyle beraber hayatımıza girecek yeni kavramlardan bir tanesi de kök hücre bankacılığıdır. Bu bankacılık sistemi hem embriyonik hem de yetişkin kök hücreleri uzun süre muhafaza etmek amacıyla ortaya çıkmıştır. Bir kişinin kendi kök hücrelerini dondurarak gelecekte ortaya çıkabilecek sağlık problemlerine çözüm bulabilmesi bu sistem sayesinde mümkün olabilir. Genellikle doğumdan hemen sonra veya farklı yaşlarda, vücudun çeşitli yerlerinden alınan kök hücrelerle bu işlem yapılır. Bir bebeğin doğumundan hemen sonra göbek kordonundan alınan doku bir kök hücre bankasında muhafaza edilirse, o bebeğin ileriki yaşlarında ortaya çıkabilecek hastalıklar bu saklanan kök hücre yardımıyla çözüme kavuşturulabilir. Üstelik bu kök hücreler bebeklerin yakın akrabalarında uygulanacak tedavilerde dahi işe yarayabilir. Amerika’da bu bankaların sayısının diğer ülkelere kıyasla daha fazla olduğu bilinmektedir. Ayrıca bu bankalar özel veya devlete ait olabilir. Özel olanlar belirli ücretler karşılığında bu hizmeti verirken devlete bağlı olanlar vatandaşlarına ücretsiz bir şekilde hizmet vermektedir. Kök hücre bankacılığı dünya üzerinde sınırlı sayıda uygulanabilen bir sistem olmasına rağmen sayıları gün geçtikçe artacaktır ve bu artış birçok tedavinin uygulanmasını daha da kolaylaştırarak sağlık dünyasında köklü değişikliklere sebep olacaktır.
Dünyada genel adı anti aging olan yaşlanma karşıtı tedaviler uygulanmaktadır. Kök hücreler bu tedavilerin başarıya ulaşması için büyük öneme sahiptir. Vücudumuzdaki hücreler birçok tetikleyici faktöre bağlı olarak sınırlı bir ömre sahiptir. Hücrelerimiz yaşlandıkça bizler de yaşlanmaktayız. Kök hücreler ölümle sonuçlanan bu yaşlanma sürecini tersine çevirme potansiyeline sahiptir. Doku yenilenmesi, organ fonksiyonlarının iyileştirilmesi ve bağışıklık sisteminin güçlendirilmesi gibi birçok alanda yapılacak iyileştirmeler insanları yaşlanması geciktirerek daha uzun ve kaliteli bir yaşam sunabilir. Bu alanda yapılan çalışmalar günümüzde aktif olarak uygulanmasa da ilerde klinik uygulamalara girmesi modern tıbbın heyecanla beklediği ve üzerinde çalıştığı alanlardan bir tanesidir.
Kök Hücre ve Etik Tartışmalar
Bahsedilen araştırmalarla beraber kök hücre hakkında bazı etik tartışmalar da oluşmaya başladı. Özellikle embriyonik kök hücrelerin elde edilip kullanılması konusunda dünyada çok fazla fikir ayrılıkları vardır. Bu fikir ayrılıklarının temel sebebi embriyonik kök hücreyi elde etmek için ilgili embriyonun yok edilmesi gerektiğidir. Bazı gruplar dini veya başka sebeplerden ötürü embriyodan kök hücre alınmasına karşı çıkarken bazı gruplar bu hücrelerin yaratacağı potansiyel tedavilerden ötürü kullanılması gerektiğini savunur. Her devlet bu konuda kendi yasal düzenlemeleri uygulamaktadır.
Bu embriyonik çalışmaların tasarım bebekler yaratabilme ihtimali de etik tartışmaların başlıca sebeplerindendir. Ayrıca bu tedavilerin yüksek maliyetleri sebebiyle sadece sınırlı sayıda insan tarafından ulaşılabilir olması sosyal adaletsizlik gibi diğer toplumsal sorunları da ortaya çıkarmaktadır. Görünen o ki bu çalışma sayılarının artması, toplumsal ve etik tartışmaları da beraberinde getirecektir.
Sonuç
Kök hücre birçok farklı alanda laboratuvar ve klinik çalışmaların yapıldığı bir araştırma konusudur. Yapılan bu çalışmalar bizlere heyecan verse de henüz kök hücre sayesinde kesin olarak tedavisi bulunan hastalık sayısı çok sınırlıdır. Bahsedilen çalışmalar isimlerinden de anlaşılacağı üzere sadece araştırma kısmındadır. Bu tedavilerin hastalarda uygulanabilmesi için Laboratuvar araştırmalarından sonra klinik araştırmaların da yapılması gerektiğini göz önüne alacak olursak ne zaman hayata geçirilebileceğini söylemek çok zordur. Bu sebepten dolayı bu çalışmaları olduğu yerlerden daha uzak yerlere koyup kendimizi umutlandırmadan bilime güvenerek takip etmemiz en doğrusu olacaktır.
Kaynak
Ören, H. (2019). Kök Hücreler. Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi, 33(3), 271-280.
https://www.longevilab.com/kok-hucre-bankaciligi-gelecegin-guvencesi-mi
Karaşahin, T. (2012). Embriyonik kök hücreler. Erciyes üniversitesi veteriner fakültesi dergisi, 9(1), 65-71.
Sağsöz, H., & Ketani, M. A. (2008). Kök hücreler. Dicle Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, (2), 29-33.
