Kök Hücre

Farklı hücre tiplerine dönüşebilme potansiyeline ve kendisini yenileyebilme gücüne sahip olan hücrelere "kök hücre" deniyor. Vücudumuzdaki kas, cilt, karaciğer hücreleri gibi hücrelerin belli bir hedefi var ve bölündüklerinde yine kendileri gibi bir hücre oluşturuyorlar. Yani karaciğer hücresi bölününce yeni bir karaciğer hücresi oluşuyor.

Bundan farklı olarak, kök hücrelerin bu şekilde belirlenmiş bir görevi yok. Aldıkları sinyale göre farklı hücre türlerine dönüşüyorlar. Bunu kontrol eden unsurlarsa genler. Bir kök hücresinin hangi hücreye dönüşeceğini hücre çekirdeğindeki genler belirliyor. Diğer hücreler ölünce veya hasar görünce, kök hücreler hangi hücre türüne ihtiyaç varsa o hücreye dönüşüyor. Bu işlem sırasında bazı genler daha aktif hale gelirken, bazıları da baskılanıyor. Kendisini yenileme gücüne sahip olan kök hücreler, bir bakıma diğer hücre türleri için tükenmez bir kaynak görevi üstleniyor.

İlk olarak 1998 yılında insan embriyosundan kök hücre elde edilip kültürlerde çoğaltılmasından sonra kök hücre araştırmaları hız kazandı. Değişik hücre türlerine dönüşebilme potansiyeli olan kök hücreleri, kontrol edilebildikleri taktirde laboratuvar ortamında istenilen hücre türüne dönüştürülebiliyorlar. Böylece vücutta eskiyen, hastalanan veya ölen hücrelerin veya organların yerini doldurmak üzere laboratuvarda
kök hücrelerinden yeni hücreler, hatta yeni bir organ elde edilebilir. Ancak bunu başarabilmek için hücrenin genetik şifresini ve kontrol mekanizmalarını çok iyi bilmek gerekiyor.

Kök Hücre Nedir?

Erkeğin spermi ile kadının yumurtası birleştiğinde, yani döllenme sonrası oluşan hücre (zigot) tek başına tüm organizmayı meydana getirebilecek genetik bilgiye ve güce sahip. Vücuttaki tüm hücrelere dönüşebilecek potansiyele sahip olan bu ilk embriyonel hücreye "totipotent" herşeyi yapabilen anlamında hücre deniliyor. Döllenmeyi izleyen ilk dört ile beş gün içerisinde tek hücreden meydana gelen tüm hücreler aynı güce sahip. Yani döllenme sonrası ilk dört gün içerisinde oluşan hücreler rahim içerisine yerleştirildiğinde her biri tek başına bir organizma, yani insan oluşturabilecek güçte. Anne karnında ilk dört gün içerisinde eğer herhangi bir nedenle bu hücreler birbirinden ayrılırsa, ayrılan her hücre kendi başına büyüyor ve ayrı bir insan meydana geliyor. Genetik şifreleri aynı olan bu kişilere "tek yumurta ikizi" deniliyor.

Beşinci günden, yani 2-3 hücre bölünmesinden sonra meydana gelen hücreler "blastosit" denilen küresel bir şekil alıyorlar. Bu kürenin içerisindeki hücreler vücuttaki tüm hücrelere dönüşebilecek potansiyele sahipler; ancak tek başlarına tüm organizmayı oluşturamıyorlar. Yani, döllenmeden 6-7 gün sonra meydana gelen hücrelerden herhangi
biri alınıp rahime yerleştirilirse bu hücre artık bir insan oluşturamıyor.

Beşinci günden sonra oluşan hücreler her hücre türüne dönüşebilecek güce sahipler. Gerekli ortam sağlandığında bu hücreler bilinen yaklaşık 200 hücre türüne dönüşebiliyorlar. Ancak bu hücreler artık tek başına tüm organizmayı oluşturamıyorlar. Bu nedenle bu hücrelere "pluripotent" hücre deniliyor. Hayvanlardan ilk olarak 1981 yılında elde edilen bu tür kök hücreler yaklaşık 15 yıl sonra insanlardan da elde edildi.

Hücrelerin bölünme kapasitesini, yani bir bakıma ömrünü belirleyen faktörlerden biri, kromozomların ucunda bulunan ve "telomer" denilen DNA zincirleri. Bu zincirlerin uzun kalmasını sağlayan ise telomeraz enzimi. Bir hücrede telomeraz ne kadar aktifse telomer uzunluğu da o kadar korunabiliyor. Telomerler ne kadar uzun olursa hücrelerin bölünme kapasitesi de o kadar fazla oluyor. Kök hücrelerde de çok aktif telomeraz faaliyeti ve buna bağlı uzun telomer zinciri var. Bu nedenle kök hücreler çok uzun sürelerle bölünerek kendilerini kopyalayabiliyorlar.

Anne karnındaki organizmanın daha sonraki gelişim aşamalarında hücreler biraz daha özel görevlere sahip oluyor ve erişkin kök hücrelerine dönüşüyorlar. Bu erişkin kök hücreleri de belirli hücre türlerini meydana getiriyor. Örneğin kan kök hücresi kemik iliğinde bulunuyor ve gerektiğinde beyaz kan hücreleri, kırmızı kan hücreleri ve
kanın pıhtılaşmasında görev alan trombositlere dönüşüyor. Aynı şekilde deri kök hücreleri de değişik deri hücrelerine dönüşebiliyorlar. Biraz daha özelleşmiş olan bu kök hücrelere "multipotent" (çok yetili) hücre deniliyor.

Tüm organizmayı oluşturma gücüne sahip olan veya tüm hücre türlerine dönüşebilen kök hücreler, insan gelişiminin ilk aşamalarında, yani embriyo aşamasında bulunuyor. Ancak biraz daha özelleşmiş kök hücreleri çocuklarda ve hatta eri.kinlerde bulunabiliyor. Buna
en iyi örnek kemik ili¤indeki kan kök hücreleri. Bu hücreler hem çocuk hem de erişkin kemik iliğinde bulunuyorlar. İnsan vücudunda ancak belirli birkaç hücre türüne dönüşebilen erişkin kök hücreleri, laboratuvar koşullarında gerekli ortam ve sinyaller sağlandığında çok daha fazla hücre türüne dönüşebiliyorlar. Örneğin, normal koşullarda sadece kan hücrelerine dönüşen kan kök hücreleri, istenildiğinde sinir hücresine dönüşebiliyorlar.

Kök Hücrelerin Kaynağı

Kök hücreler üç kaynaktan elde ediliyor. Bunlardan ilki insan veya hayvan embriyosu. Yani daha anne karnında 5-6 hücre aşamasındaki organizmadan kök hücre elde edilebiliyor. Buna embriyonel kök hücre deniliyor. İnsan embriyonel kök hücresi ilk olarak 1994 yılında elde edildi, 1998 yılındaysa laboratuvarlarda üretilmeye başlandı. Anne karnında büyüyerek fetus haline gelen organizmanın ileride sperm veya yumurta olacak üreme hücreleri de kök hücre kaynağı olarak kullanılabiliyor.

Kök hücrelerin diğer bir kaynağıysa erişkinlerde bulunan ve birkaç hücre türüne dönüşebilen "erişkin kök hücre"ler. Hücrelerin duvarındaki belirli işaretleri tespit ederek, yani bir bakıma bar kodunu okuyarak hangi hücrenin kök hücre, hangisinin farklılaşmış hücre olduğunu anlamak mümkün. Erişkin kök hücrelere en iyi örnek, her insanda kemik iliğinde bulunan kan kök hücreleri.

Deneysel çalışmalarda her iki kaynaktan elde edilen kök hücreler kullanılıyor. Hangi kaynaktan alınırsa alınsın elde edilen kök hücrelerin laboratuvarda çoğaltılmasıyla yeni kök hücre elde edilmesi veya farklı hücre elde edilmesi mümkün. Ancak embriyodan elde edilen kök hücreler ahlaki açıdan oldukça tartışmalı. Bu hücreleri elde etmek için embriyonun hayatına son vermek gerekiyor ve bu da özellikle toplumun tutucu kesiminin tepkisine yol açıyor.

Kullanım Alanları

Kanser veya organ yetmezlikleri gibi kronik hastalıklar insan kaybına yol açan nedenlerin başında geliyor. Bunların kişilerde yol açtıkları olumsuz psikolojik etkiler ve ekonomik kayıplar da eklenince kronik hastalıklar en büyük toplumsal sorunlardan biri oluyor.

ABD’de halen 128 milyon insan bu tür hastalıklardan doğrudan veya dolaylı olarak etkileniyor. Kanser veya organ yetmezlikleri ülke ekonomilerini de oldukça etkiliyor. Örneğin şeker hastalığının tedavisi için ABD’de bugüne kadar toplam 140 milyar dolar harcandığı tahmin ediliyor. Böbrek, karaciğer, akciğer ve kalp gibi hayati organların yetmezliği nedeniyle organ nakli için sıra bekleyenlerin sayısı ABD’de yaklaşık 75 bini aşıyor. Organ yetmezlikleri, organlardaki hücrelerin işlevlerini yitirmesi veya ölmesi sonucu gelişiyor. Sonuçta organ görevini yerine getiremiyor ve tedavi edilmediğinde ölümle sonuçlanıyor. Tedavi edilmeyen kronik hastalıkların yarattığı psikolojik sorunlar ve yol açtığı işgücü kaybı, sorunun diğer yönü.

Ölüm nedenlerinin başlarında gelen kronik hastalıklar, organ yetmezlikleri ve kanserler tam olarak tedavi edildiği taktirde insan ömrünün uzayacağı, bilinen bir gerçek Sinir sistemini ve beyni etkileyen Parkinson ve Alzheimer gibi hastalıklar doğrudan ölüme yol açmasa da yaşam kalitesini düşürüyorlar. Bu hastalıklarda görevini yapamayan veya ölen sinir hücreleri kendilerini yenileyemiyorlar.

Vücudumuz eskiyen, görevini yerine getiremeyen veya ölen hücrelerin yerine yenileri oluşturduğu, yani kendisini yenilediği sürece organlar çalışıyor ve yaşam devam ediyor. Ancak normal görevini yapamayan veya ölen hücrelerin yerine yenileri gelmediği zaman organlar çalışamıyor ve çeşitli hastalıklar meydana geliyor. Vücudun gerektiğinde hücre yenilemesi yapamadığı durumlarda vücuda dışarıdan verilen yeni hücreleri kullanmak, hastalığı tedavi edip insan hayatını uzatabilir. Örneğin kan kanseri olan bir hastaya sağlıklı kemik iliği verilmesi o kişinin hayatını kurtarabilir.

Son yıllarda üzerinde çalışılan kök hücreler, hastalıklı hücrelerin yenilenmesi için sonsuz kaynak oluşturuyorlar. Laboratuvarlarda kök hücrelerden üretilen özelleşmiş hücreler vücutta eskilerinin yerini alabilecek. Çok sayıda bölünebilme ve değişik hücre türlerini oluşturabilme özelliğine sahip olan kök hücreler önümüzdeki yıllarda belki de eskiyen hücreler ve dokular için sonsuz bir yedek parça görevini üstlenecek. İnsandan alınan tek bir hücredeki genetik bilgi, embriyodan alınan kök hücresine verildiğinde, kişiyle aynı genetik yapıyı taşıyan, istenilen türde hücreler elde edilebilecek. Kök hücrelerin daha
iyi anlaşılması ve gen mühendisli¤indeki gelişmeler sayesinde belki de kısa bir gelecekte, tek bir kök hücreden istenilen bir organ, üç boyutlu olarak oluşturulabilecek. Böylece organ yetmezliği nedeniyle nakil sırasında bekleyen hastalar için sınırsız bir organ kaynağı oluşacak.

Yine kök hücreler kullanılarak organın tamamını değiştirmeden, yani kişiyi hiç ameliyat etmeden sadece o organdaki hastalıklı veya ölü hücreleri sağlıklı hücrelerle değiştirmek mümkün olacak. Örneğin kalp krizi geçirerek kalp kaslarının büyük kısmını kaybeden hastaya, kök hücrelerden üretilen sağlıklı kalp kası hücreleri nakledilebilecek. Hastayı ameliyat etmeden sadece damardan enjekte ederek verilen bu hücreler kalbe ulaşarak hastalıklı veya ölü hücrelerin yerini alabilecek. Aynı yöntem böbrek veya karaciğer gibi organların hastalıklarında da kullanılabilecek. Belki bu yöntem sayesinde önümüzdeki yıllarda açık ameliyatlar tarihe karışacak.

Günümüzde kesin tedavisi mümkün olmayan Parkinson, Alzheimer gibi beyni ve sinir sistemini etkileyen hastalıkların tedavisi de mümkün olacak. Kök hücrelerden sağlıklı sinir hücreleri elde edilebiliyor. Elde edilen sağlıklı sinir hücreleri beyne yollandığında buraya yerleşerek normal çalışmasını sürdürüp hastalıklı hücrelerin görevini üstlenebiliyor.

Çeşitli kaza ve yaralanmalara bağlı olarak kesilen omuriliğin tam olarak tamiri henüz mümkün değil. Kopan sinir liflerinin tamamını ameliyatla bir araya getirmek olanaksız. Ancak, sinir hücrelerinin kılıfını tamir eden hücreleri kök hücrelerden elde etmek mümkün. Bu tamirci hücreler omurilik sıvısına verildiğinde kopan sinirlerin kılıfını tamir edebiliyor. Böylece tüm kopan sinir lifleri uç uca geliyor. Bu çalışmalar felçli hastalar için son derece büyük bir umut kaynağı. Örneğin, trafik kazası sonrasında tekerlekli sandalyeye mahkum olan bir insanın kök hücreler sayesinde yeniden yürüyebilme umudu, kök hücre çalışmalarının başarısına bağlı.

Son yıllarda hızlı bir ilerleme içerisinde bulunan gen mühendisli¤i ve gen tedavisinde de kök hücrelerden faydalanılmaya başlandı. Genetik mühendisliği sayesinde çeşitli hastalıkların ve kanserlerin tedavisi mümkün olabilecek. Çeşitli hastalıklar genetik şifredeki bozulmalara bağlı. Herhangi bir gen düzgün çalışamayınca kodladığı, yani yapılmasını sağladığı protein de normal yapıda olmuyor. Buna bağlı olarak vücutta çeşitli bozukluklar ve hastalıklar medyana geliyor. Bir kısmı doğuştan olan bu bozuklukların kök hücreler kullanılarak tedavisi olası. Örneğin karaciğer hücrelerindeki bozuk veya eksik bir gene bağlı karaciğer hastalığı bu geni onararak tedavi edilebilir. Kişiden alınan bir kök hücre, genetik bozukluk düzeltildikten sonra tekrar programlanarak kişiye geri verilebilir. Tamir edilen kök hücreler artık sağlam karaciğer hücreleri üretmeye başlar. Zamanla sağlam karaciğer hücreleri hastalıklı hücrelerin yerini alarak organı yeniler.

Bütün bu çalışmalar henüz deney aşamasında. Ancak kök hücreler üzerinde yapılan çalışmaların çok büyük miktarlarda fonları mevcut. Açık ameliyatlarla veya bazı ilaçlarla yapılan tedavilerin yerine hastalığın temeline inip, kökteki bozukluğu düzeltmek günümüzdeki en büyük tedavi stratejisi. Tüm hücrelerimizi genetik şifre kontrol ediyor ve tüm hücreler kök hücrelerden oluşuyor. Bu nedenle, bizi kontrol eden genetik şifrenin çözülmesi ve hayatın kökeni olan kök hücrelerin davranışlarının anlaşılması hastalıkların tedavisi için çok önemli. Genetik şifre ve kök hücreler üzerindeki bilgimiz arttıkça hakimiyetimiz de artacak. Hücre kontrolünü tam olarak ele geçirdiğimizde ise belki de tüm hastalıkların mutlak tedavisi ve insan ömrünün uzaması mümkün olacak.

Organ Nakilleri

Böbrek, kalp, akciğer gibi hayati organların çeşitli hastalıklar veya yaşlanmaları nedeniyle işlevlerini yitirmesi insan ömrünü sınırlayan nedenlerin başında geliyor. Çalışmayan organların sağlam olan bir organla değiştirilmesine organ nakli deniliyor. Eskiyen veya hastalanan organın yenisiyle değiştirilmesi fikri binlerce yıl geriye gider. Eski Mısır dönemlerinden kalan şekiller bize ilk organ nakli denemelerinin bu dönemlerde yapıldığı fikrini veriyor. İlk başarılı organ nakli 1954 yılında Amerikalı cerrah Dr. Murray tarafından yapılan böbrek nakli. Diğer Striatum insanlardan alınan organlar farklı genetik yapı nedeniyle, takıldıkları vücutta yabancı olarak kabul ediliyor. Vücuttaki bağışıklık sistemi,
yabancı olarak kabul edilen organa karşı şiddetli bir savaş başlatıyor. Bu savaşı azaltmak veya engellemek amacıyla bağışıklık sistemini baskılayan çeşitli ilaçlar kullanılıyor. Buna rağmen takılan organlar alıcının vücudunda ancak sınırlı bir süre yaşamını devam ettirebiliyor.

Organ nakillerinde karşılaşılan tek sorun organın reddedilmesi değil. Organ yetmezliği olan hasta sayısı, mevcut organ vericilerinin çok üzerinde. Halen ülkemizde 30 binin üzerinde böbrek hastası var ve yılda bunların ancak 400 kadarına organ temin edilebiliyor. Organ bağışlarının ihtiyacı karşılayamaması ve buna bağlı organ azlığına çözüm arayışları devam ediyor. Hayvanlardan alınan organların insanlara nakledilmesi üzerinde çalışmalar yapılıyor. Klinik uygulamalarda, maymundan alınan böbrekler insan vücudunda en fazla bir yıl kadar yaşatılabiliyor, daha sonra vücut bu organı reddediyor. Son yıllarda kök hücreler üzerinde yapılan çalışmalar, bu hücrelerden çeşitli doku veya organların oluşturulabileceğini gösterdi. Kök hücrelerin daha iyi anlaşılması ve kullanımı önümüzdeki yıllarda organ sıkıntısına belki de son verecek.

Kök hücreler vücuttaki her türlü hücreye dönüşebiliyor. Yani gerekli sinyaller verildiğinde kök hücre kas hücresine veya karaciğer hücresine dönüşebiliyor. Bu amaçla, embriyodan elde edilen kök hücreler laboratuvarlarda çoğaltılarak uzmanlaşmış hücreler elde ediliyor. Daha sonra bu hücreler hasta hayvanlara naklediliyor. Nakledilen hücreler hastalıklı organda çalışmayan hücrelerin yerini alıyor. Böylece organ eski işlerliğini kazanıyor. Kök hücrelerden elde edilmiş olan kalp kası hücreleri farelere nakledildiğinde kalpteki çalışmayan hücrelerin yerini alıyorlar. Nakledilen bu hücreler, farenin diğer kalp hücreleriyle birlikte çalışıyorlar. Kök hücrelerden elde edilen bu tür dokuların nakli, henüz
deney aşamasında.

Kök hücrelerden üretilen özelleşmiş hücrelerin nakli tıpta devrim niteliğinde. Bunun yanısıra tüm organların üç boyutlu orijinal şekliyle üretilmesi de önemli. Bu şekilde organ üretimi, organ yetmezliği olan hastalar için tükenmez bir kaynak olacak. Organların laboratuvarlarda üretilmesi organ naklinde büyük bir aşama olacak. Ancak organ naklindeki tek sıkıntı, verici organ sayısının azlığı değil. Diğer bir önemli sorun da vücudun organı kabul edip etmemesi. Kök hücrelerden elde edilecek organlar üretildikleri embriyonel kök hücrenin genetik yapısını taşıyacakları için nakil sonrası organın reddi yine söz konusu olabilecek. Nakledilen organın hiçbir şekilde reddedilmemesi için nakledildiği kişiyle aynı DNA yapısına sahip olması gerekiyor. Bunu sağlamanın yolu, organı meydana getiren kök hücrenin genetik yapısını değiştirmek, yani organın nakledileceği kişiyle aynı genetik yapıyı oluşturmak. Bu amaçla ilk olarak embriyodan elde edilen kök hücrenin çekirdeği çıkarılıyor ve geride çekirdeksiz bir kök hücre bırakılıyor. Daha sonra kişinin herhangi bir hücresi alınarak bu hücrenin çekirdeği çıkarılıyor. Elde edilen bu çekirdek, kök hücreye transfer ediliyor. Böylece elde edilen yeni
kök hücre yapısal olarak hem kök hücrelerin özelliğini taşıyor hem de kişiyle aynı genetik yapıya sahip oluyor. Bu kök hücreden elde edilen organ kişiye nakledildiğinde, aynı genetik yapıya sahip olduğu için reddedilmiyor.

Sadece organ değil, bazen kemik iliği, kornea veya deri gibi dokuların nakli de gerekli olabiliyor. Yanıklardan sonra oluşan cilt kusurlarının kapatılması için bazen geniş deri parçalarına ihtiyaç duyuluyor. Genellikle bu deri parçaları kişinin sağlıklı derisinden alınan parçalardan karşılanıyor. Ancak bazen kapatılması gereken yara çok büyük olduğu için alınan deri parçaları yeterli olmayabiliyor. Bu tür durumlarda ek deri parçalarına ihtiyaç duyulabiliyor. Kök hücrelerden üretilen deri hücreleri kültürlerde çoğaltılarak ince bir cilt tabakası elde edilebiliyor. Bu tabaka organik yapay bir zemin üzerine oturtulduktan sonra hasarlı bölgeye naklediliyor. Hayvan deneylerinde oldukça başarılı sonuçlar veren bu yöntemin insanlardaki başarısı henüz bilinmiyor.

Artık laboratuvar ortamında kemik oluşturulabiliyor. Kemiğin içerisinde, kemik hücreleri dışında kıkırdak, yağ ve kan kök hücreleri bulunuyor. Bütün bu hücreler embriyonel kök hücrelerden üretilebiliyor. Bu hücrelerin sadece üretilmesi yeterli değil. Bunların üç boyutlu kemik yapısını da kazanması gerekiyor. Bu amaçla hücreler arasında yerleştirilen organik maddeler ve sentetik mineraller üç boyutlu kemik oluşumu için gerekli.

Bu bileşim kültür ortamında üç boyutlu kemik oluşturuyor. Elde edilen bu kemik belirli bir büyüklüğe geldiğinde kemik kusuru olan başka bir hayvana naklediliyor. Nakledilen kemik
dokusu kusurlu bölgeyi doldurarak kemiğin normal şekle gelmesini sağlıyor.

Kaynak:

Bilim ve Teknik Dergisi
www.biltek.tubitak.gov.tr

Bu yazı, Bilim ve Teknik dergisi Genel Yayın Yönetmeni Raşit Gürdilek'in onayı ile yayınlanmaktadır.