Kök Hücreler

Kök Hücreler
Kök Hücreler
Ali Uður URAL*
Kök hücreler, henüz farklýlaþmamýþ hücreler
olup, kendi kendini yenileme yeteneðine sahiptirler,
kaynaklandýklarý dokularýn özelleþmiþ hücrelerine
farklýlaþabildikleri gibi özel biyolojik sinyallerle
fenotipik olarak prekürsöründen farklý özel hücreye
farklýlaþabilirler.
Bir hücreyi, kök hücre olarak tanýmlamak için 5
tane gerekli ölçüt vardýr (1).
1. Kök hücreler, uzun süre bölünebilme ve kendi
kendilerini yenileme yeteneðine sahiptirler.
Hücrelerin uzun süre bölünebilmesini belirleyen faktörlerden birisi, kromozomlarýn ucunda yer alan,
telomer denilen ve binlerce kez tekrarlanan kýsa
DNA tekrar dizileri (TTAGGG) içerirler. Telomerler,
kromozom uçlarýnýn parçalanmasýný, diðer kromozomlarla kaynaþmasýný engelleyerek kromozomlarýn
yapýsal bütünlüðünü korunmasýný saðlar. Ancak, her
bir çoðalmada hücre siklusu esnasýnda ve oksidatif
DNA hasarlanmasý gibi nedenlerle kromozom
kýsalýr. Çünkü, DNA polimeraz ana zincirde, 3'ucunda yeni bir DNA sentezini baþlatmaz ve sonuçta normal bir hücrenin her bölünüþünde, telomer
boyu yaklaþýk 100 baz çifti kadar kýsalýr.
Bu kaybý karþýlamak için telomeraz enzimi,
sayýsýz telomerik tekrar dizilerini kromozomun
3' ucuna takarak kromozomun kýsalmasýný engeller.
Telomer kýsalmasý hücre bölünmesini sayan bir saat
gibidir ve telomerler normal insan somatik
hücrelerinin bölünme sayýlarýný düzenleyen önemli
unsurlar olarak ortaya çýkmýþlardýr. Birçok bölünmeden sonra telomerde ciddi aþýnmalar olur ve
hücre daha fazla bölünme kapasitesini yitirir. Bunun
yanýnda, insan germ tümörü ve embriyonik kök
hücre dizilerinde telomeraz etkinliði bulunmuþtur ve
bu hücre tiplerinin sýnýrsýz bir þekilde kendini
yenileyebilme kapasitesinden sorumlu olduðu
düþünülmektedir.
Koyunlarýn ortalama ömürleri 10-12 yýldýr.
Eriþkin bir hücreden klonlanan ilk memeli Dolly'dir.
Dolly'nin klonlandýðý hücre, saðlýklý 6 yaþýndaki bir
koyundan alýnmýþtý. Yaklaþýk 6 yýl yaþadý. Bazý
araþtýrýcýlar, bu erken ölümü klonlanan memelinin
ayný yaþtaki diðer memelilerden daha kýsa telomerlerinin olmasýna baðladýlar (2).
2. Kök hücreler özelleþmemiþlerdir. Bir kök
hücre, bir kalp kasýnda olduðu gibi kaný vücuda
pompalamak için komþu hücrelerle birlikte çalýþmaz, eritrositlerde olduðu gibi oksijeni dokulara
taþýyamaz. Ancak, özelleþmiþ hücrelere dönüþmek
üzere kaynak oluþturabilir.
Örneðin hematopoetik kök hücrenin farklýlaþmadan çoðalabilmesi için Wnt/ß-katenin proteini
gereklidir. ß-katenin'in aþýrý ifade edilmesi, fare kök
hücrelerinin farklýlaþmasýný engellerken proliferasyona katkýda bulunur. ß-kateninin aktarýlmýþ olduðu
hematopoetik kök hücrelerin transplante edildiði
farelerde hematopoetik sistemin uzun süreli
yapýlanmasý saðlanabilir. Saflaþtýrýlmýþ fare Wnt3a'sý
eksojen olarak in vitro kültüre eklendiðinde, benzer
þekilde farklýlaþma olmaksýzýn hematopoetik kök
hücre proliferasyonunu saðlar. Wnt sinyal sisteminin
aktivasyonu, çekirdekteki Notch-1 ve HOXB4 genlerinin ekspresyonunu da artýrarak kök hücrelerin
farklýlaþmadan kendi kendilerinin yenileyebilmelerini
saðlar(3).
3. Kök hücreler, özelleþmemiþ hücrelere kaynaklýk edebilirler. Bu olaya, farklýlaþma (differentiation)
denir. Kök hücreler birden fazla hücre tipine farklýlaþabilirler. Bunun en iyi örneðini döllenmiþ yumurta hücresi ya da zigottan itibaren görebiliyoruz.
Vücuttaki tüm hücrelere dönüþebilecek potansiyele
sahip bu ilk embriyonel hücreye "totipotent" (her
þeyi yapabilen) hücre denmektedir. Bu hücreler
sýnýrsýz farklýlaþma ve farklý yönlere gidebilme
yeteneðine sahip kök hücrelerdir. Erken embriyoner
dönemde 4 hücreden 8 hücreye kadar olan tüm
blastomerler totipotenttir. Fertilizasyonun yaklaþýk 5.
gününde bu hücreler "blastosist" denilen içi
boþluklu
hücre
topluluklarýna
dönüþürler.
Blastosistin iç hücre kitlesindeki hücreler (embriyoblastlar), endoderm, ekdoderm ve mezodermden
*Gülhane Askeri Týp Akademisi,
Hematoloji BD, Týbbi ve Lab. Arþ. Mrk., Prof. Dr.
140
TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi
2006 • Cilt: 5 Sayý: 3-4
A. U. URAL
köken alan çok farklý hücre çeþidine (yaklaþýk 250
çeþit) farklýlaþabilirler. Bu özelliðe sahip hücrelere
"pluripotent" hücreler denir. Ýnsan embriyonik kök
hücreleri blastosistin iç hücre kitlesinden elde edilirler ve pluripotenttirler. Geliþimin ilerleyen dönemlerinde (fetal hayat), hücreler biraz daha özel
görevlere sahip olup ve eriþkin tip kök hücrelere
dönüþürler. Bu eriþkin kök hücreleri tipik olarak yer
aldýklarý dokunun hücre tiplerini üretirler. Kemik iliði
kök hücreleri en iyi örnektir. Biraz daha özelleþmiþ
bu hücrelere "multipotent" hücreler denir (4).
Bir kök hücrenin "lineage" (dizi) deðiþtirmesi
veya farklýlaþmasý için baþlýca 4 alternatif yol
mevcuttur(5). Pluripotent veya multipotent kök
hücreler daha sonra belirli hücre dizilerine farklýlaþacak progenitor hücreleri oluþtururlar.
a. Transdetermination: Belli hücre grubunu
oluþturmaya programlanmýþ bir kök hücrenin,
baþka bir yönde hücre oluþturmak üzere planlanmýþ
diðer bir kök hücreye deðiþip, bu prekürsörün hücre
tiplerini oluþturmasýdýr. Buradaki prekürsör veya kök
hücre multipotenttir ve belirlenmiþ bir diziye
irreversibl olarak deðiþime gitmemiþtir.
b. Transdiferansiyasyon: Farklýlaþmýþ (committed) bir hücrenin diðer bir farklýlaþmýþ hücrenin
fenotipini almasýdýr. Burada hücrenin gen ekspresyon þekli tamamen farklý bir hücre tipine dönüþür.
Örneðin normal memeli geliþimi esnasýnda, özefagusta düz kas hücrelerinin iskelet miyozitlerini oluþturmasý transdiferansiyasyona örnektir (6).
c. Dediferansiyasyon: Ýlk iki terimin toplamýný
anlatýr. Dediferansiye olacak bir hücre farklýlaþmýþ
bir hücre veya bir hücre grubunu yapmaya planlanmýþ bir hücre olabilir. Bu tür bir hücrenin, diðer bir
hücre grubuna farklýlaþmasýný takiben diðer kola
kaymasýna dediferansiyasyon denilir. Bu tipte bir
farklýlaþmaya örnek olarak, semenderlerde
ekstremite amputasyonunu takiben myozitlerin
farklý hücre gruplarýna farklýlaþmalarý verilebilir (5).
d. Hücre füzyonu: Deneysel bir örnek tedavi
amaçlý klonlama ile gösterilmiþtir. Burada, olgun ve
bir hücre grubunu oluþturmaya programlanmýþ
hücrenin çekirdeði, çekirdeði çýkarýlmýþ bir ovum
içerisine sokularak tekrar programlanabilir ve
böylece deðiþen çevre ile olgun çekirdeðin tekrar
programlanmasý çoðu dokularýn oluþumunu
saðlar(2). Benzer þekilde fibroblastlarýn miyoblastlarla füzyonu, fibroblast çekirdeðinde kasa-spesifik
mRNA ekspresyonunun artmasýna sebep olmuþ-
2006 • Cilt: 5 Sayý: 3-4
tur(7). Kemik iliðinden türeyen hücrelerin nonhematopoetik hücreler içerisinde farklýlaþmasýnýn
hücre füzyonunun bir neticesi olup-olmadýðýný belirlemek üzere, embriyonik kök hücrelerle (EKH)
eriþkin somatik hücrelerin kokültür çalýþmalarý
baþlatýlmýþtýr(8).
Farklýlaþmanýn örnekleri arasýnda sinir hücrelerine dönüþen kan hücreleri, insülin üreten karaciðer
oval hücreleri ve kalp hücrelerine, kas hücrelerine,
kemik hücrelerine dönüþebilen hematopoetik kök
hücreleri sayýlabilir.
4. Kök hücreler, hasar gören alýcýya nakil sonrasýnda kaynak dokuyu iþlevsel olarak tekrar
çoðaltabilirler. Bu en iyi hematopoetik kök hücrelerde ve yakýn geçmiþte de karaciðer öncüllerinde ve
sinir kök hücrelerinde gösterilmiþtir.
5. Kök hücreler, in vivo koþullarda doku
hasarýnýn olmadýðý durumlarda bile farklýlaþmamýþ
kuþaklara katký saðlayabilirler. Buna en iyi örnek,
embriyonik ya da yakýn geçmiþte gösterildiði gibi
eriþkin kök hücrelerinin (nöral ve mezankimal gibi)
blastokiste enjekte edildiklerinde farklý hücre
tiplerine kaynaklýk etmeleri verilebilir.
Kök Hücre Tipleri
Embriyodan, fetal dokulardan, kordon kanýndan
çeþitli kök hücreler izole edilmiþtir. Bunun yanýnda
kemik iliði, beyin, deri, göz, kalp, böbrek, akciðer,
gastrointestinal sistem, pankreas, karaciðer, meme,
over, prostat ve testis gibi memeli eriþkin dokularýndan da kök hücreler izole edilmiþtir (9).
Embriyonik Kök Hücreler (EKH)
EKH, blastokistin iç hücre kitlesinden elde edilir,
bu kitle vücuttaki bütün dokularýn yaný sýra
embriyon dýþý endoderm, ektoderm, mezoderm ve
amniyon gibi dokulara kaynaklýk eder. Dolayýsýyla bu
hücreler pluripotenttir. Kompleman aracýlýklý olarak
alýnan iç hücre kitlesi zeminde fare embriyonik
fibroblastlarýnýn bulunduðu bir ortama alýnýr. Bu
hücre tabakasýna besleyici hücre tabakasý (feeder
layer) denir ve bu hücreler bölünme ve çoðalma
açýsýndan inaktif durumdadýrlar, bu hücreler embriyonik kök hücrelerin farklýlaþmadan çoðalmasýný
saðlarlar. Fare EKH'leri besleyici hücre tabakasý
olmaksýzýn lösemi engelleyici faktör (LIF) varlýðýnda
da farklýlaþmadan çoðalabilmektedirler. Alt pasaj
yapýlarak yaklaþýk 6 ay sonra bu iç hücre kitlesinden
milyonlarca embriyonik kök hücre serisi elde edilir.
TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi
141
Kök Hücreler
Ýnsan EKH'leri pluripotent ve farklýlaþmamýþ
hücrelerin belirteçlerinden olan CD9, CD24,
oktamer baðlayýcý protein (Oct-4), Nanog, alkalen
fosfataz, LIN28, Thy-1, SSEA-3 ve -4 eksprese ederler (10). Elde edilen bu hücreler kültür ortamýnda uzun
süre yüksek derecede telomeraz ekspresyonu ve
aktivitesi gösterirler. EKH'ler sýnýrsýz kendi- kendilerini yenileme kapasitesine sahiptirler ve tüm fetal
dokulara ve eriþkin kök hücrelerine ve bunlarýn daha
farklýlaþmýþ progenitörlerine farklýlaþabilir. EKH'ler in
vitro süspansiyonda kültür edildiklerinde kendiliklerinden embriyonik cisimler (embryoid bodies)
oluþtururlar. Daha özel büyüme faktörlerinin veya
sitokinlerin kullanýlmasýyla bu tomurcuklarýn daha
özel hücre dizilerine farklýlaþmasý mümkündür.
Örneðin, sinir büyüme faktörü (NGF) ve hepatosit
büyüme faktörü (HGF) ile EKH'ler her üç embriyonik germ tabakasýna farklýlaþabilirler, halbuki
fibroblast büyüme faktörü (FGF-2), retinoik asit ve
kemik morfojenik protein (BMP-4) ile ektodermal ve
mezodermal markerlarý gösteren progenitorlara
farklýlaþabilirler (11).
Saflaþtýrma veya embriyonik cisimlerden oluþan
progenitör hücreleri zenginleþtirmede en önemli
nokta, pluripotent ve farklýlaþmamýþ kök hücrelerin
ortamdan uzaklaþtýrýlmalarýdýr. Ýn vivo olarak teratom veya teratokarsinom oluþturabilecek farklýlaþmamýþ bu hücrelerin ortamdan uzaklaþtýrýlmalarý,
farklý hastalýklarýn tedavisi için farklýlaþmýþ kök hücre
kaynaklarýnýn elde edilmesinde gerekli bir basamaktýr (12).
Ýnsan ve fare EKH'leri, hücre biyolojisinin pek
çok temel ve uygulamalý yönleri için güçlü araçlarý
temsil etmektedir. EKH'lerin in vitro koþullarda
özgün hücre serilerine farklýlaþmasýna dayanan
gözlemler, bu hücrelerin;
a. Yeni ilaçlarýn tanýmlanmasý ve toksisitelerinin
belirlenmesi için gen hedeflerinin tanýmlanmasýnda,
b. Geliþimsel biyolojide teratolojik ve toksik
bileþiklerin tanýmlanmasýnda,
c. Gen tedavilerinde,
d. Malignitelerin oluþum mekanizmalarýnýn öðrenilmesinde,
e. Hücre kaynaklý tedavilerde kullanýlmak üzere,
daha olgun hücrelerin ve dokularýn üretilmesinde
kullanýlabileceðini göstermektedir (13).
Sadece 5-6 yýl gibi bir sürede bu derece ileri
sonuçlarýn elde edilmesi, EKH'lerden ileriye yönelik
beklentileri artýrmaktadýr. Ýnsan EKH'leri kullanýlarak
142
tedavi edilebilecek hastalýklar arasýnda Alzheimer,
Parkinson, tip I diabetes mellitus, multiple skleroz,
amiyotrofik lateral sklerozis, omurilik zedelenmesi,
iskemik kalp yetmezliði, depo hastalýklarý, kanser,
osteogenezis imperfekta, romatoid artrit yer alabilir.
Ancak, bu yaklaþýmlarýn kliniðe uygulanmasýndan
önce, EKH'leri ile oluþabilecek bazý sorunlarýn
çözülmesi gerekir.
a. Ýstenilen hücre tipini yeterli sayýda ve saf bir
þekil-de elde etmek,
b. Bilinen bir patolojiyi düzeltmek üzere, hangi
hücre tipinin hangi þartlar altýnda çoðaltýlacaðýnýn
anlaþýlmasý,
c. Hücre kaynaklý tedavilerin deðerlendirilebilmesi amacýyla bazý in vitro modellerin geliþtirilmesi,
kök hücrelerin akýbetinin bilinmesi, farklýlaþmanýn
yerinde deðerlendirilmesi, bunlarýn söz konusu
iþlevler üzerindeki etkilerinin deðerlendirilmesi için
gerekli gözükmektedir.
d. Hücre kaynaklý tedavilerde, istenmeyen
durumlarda tedavinin sonlandýrýlabilmesi gerekmektedir.
e. EKH'lerin zaman içinde ortaya çýkabilecek
mutas-yonlardan etkilenip etkilenmeyeceðinin
tespit edilmesi,
f. Teratom oluþumu,
g. Aktarýlan hücrelerin baðýþýklýk sistemi tarafýndan reddedilmesini engellemeye yönelik stratejilerin
geliþtirilmesi.
Eriþkin Kök Hücreler
Eriþkin kök hücre olarak adlandýrýlan bir grup
hücre, bu hücreleri destekleyen hücreler mikroçevre
olarak adlandýrýlan ir yörede ve eriþkinde kemik iliði,
kalp, böbrek, beyin, deri, göz, gastrointestinal
sistem, karaciðer, pankreas, akciðer, meme, over,
prostat ve testis gibi organlarda tespit edilmiþtir (14).
Eriþkin kök hücreler, adý geçen organda kendilerine
ait bir mikroçevre içerisinde kýsa veya uzun bir süre
dinlenmede kalabilirler. Bunlar, özel mikroçevre
içerisinde yüksek telomeraz aktivitesine sahip
olduklarý halde EKH'lerle karþýlaþtýrýldýklarýnda daha
kýsýtlý bir farklýlaþma potansiyelleri vardýr ve daha
sýnýrlý sayýda progenitör hücre oluþtururlar. Eriþkin
kök hücreler, mikroçevrelerindeki deðiþiklikleri
takiben prolifere olabilirler veya daha olgun ve
dokuya özel hücre tiplerine farklýlaþabilirler (15).
Eriþkin kök hücrelerin kendi kendilerini
yenilemeleri esnasýnda, her bir kök hücre simetrik
TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi
2006 • Cilt: 5 Sayý: 3-4
A. U. URAL
olarak bölünmeyle iki benzer kardeþ kök hücreleri
oluþturur. Aksine, farklýlaþma esnasýnda kök
hücrenin asimetrik bölünmesi ise, bir kardeþ kök
hücre ile bir kardeþ ara geçiþ kök hücre oluþturmasýný gerektirir. Eriþkin kök hücreleri, özellikle
hematopoetik kök hücreler, bazý fizyolojik veya
patolojik koþullarda dolaþým yoluyla diðer uzak
dokulara yayýlabilirler. Daha önce bahsedilen çoðu
dokuda da kök hücre bulunmasýna raðmen, en sýk
kullanýlaný ve elde edilmesinin en kolay olmasý
nedeniyle burada hematopoetik kök hücreden
bahsedilecektir.
Hematopoetik Kök Hücre (HKH): Kemik iliði
stromasý ve hematopoetik sistem elemanlarýndan
oluþan çok organize bir dokudur. Stromada bulunan
osteoblastlar granulosit koloni stimüle edici faktör,
IL-6, Notch ligandý jagged 1 gibi çeþitli faktörleri
eksprese ederek HKH'lerin proliferasyon ve farklýlaþmasýný etkileyebilirler. HKH'ler de osteoblastik
sekresyonu düzenler (16). Doðum sonrasý, HKH'ler
kemik iliði, kordon kaný ve mobilize edilmiþ periferik
kan gibi hematopoetik dokularda bulunurlar.
HKH'lerin en önemli belirteçlerinden birisi CD34
dür, bu, insan kemik iliði hücrelerinin %0.5-5 inde
eksprese olur. Erken progenitorlarda bulunurken
daha olgun hücrelerde bulunmaz(17). HKH'ler
kemoterapi ve/veya radyoterapi ile miyeloablasyon
saðlanan hastalara verildiðinde adezyon molekülleri
sayesinde kemik iliðinde yerleþir ve yeni kan
hücrelerini oluþturur, yani engraftment özelliði gösterir. Allojeneik kemik iliði transplantasyonu (KIT) ile
lösemiler, kemik iliði yetmezlikleri, prelösemik
sendromlar tedavi edilirken, yüksek dozda kemoterapi uygulanmasýna imkan saðlayacak otolog KIT
ile çoðu solid tümörlerin tedavisi mümkün olmaktadýr. Kemik iliðindeki HKH'ler pluripotent özellikte
olup, en azýndan 10 farklý fonksiyonel (nötrofil,
monosit/makrofaj, bazofil, eozinofil, eritrosit, trombosit, mast hücreleri, dendritik hücreler, B ve T
lenfositler) hücre tipini oluþturabilirler. Kemik iliði
mikroçevresinde bulunan HKH'ler Sca-1, CD34 gibi
yüzey belirteçlerini taþýr. Hematopoesis esnasýnda,
periferik kanda az miktarda CD34+ hücrelerin
bulunmasý, HKH'lerin kemik iliði ile diðer organlar
arasýnda sürekli bir hareketini akla getirir.
Kemoterapiden sonra kemik iliðinin tekrar yapýlanmasý ve büyüme faktörlerinin uygulanmasý CD34+
hücrelerin periferik kan içerisine mobilizasyonunu
2006 • Cilt: 5 Sayý: 3-4
kolaylaþtýrýr. Kemik iliði ve mobilizasyondan sonra
periferik kanda bulunan CD34+ hücrelerde
transkripsiyon faktörlerinin tanýmlanmasý, CD34+
hücrelerin kendi kendilerini yenileme, farklýlaþma,
mobilizasyon ve migrasyon özelliklerini de ortaya
çýkarýr (18).
HKH'lerin kemik iliðinde varlýðýný gösteren en
önemli bulgu, kemoterapi ve/veya radyoterapi ile
myeloablasyona uðratýlmýþ kiþiye verilen kemik
iliðinin hematopoetik yapýlandýrmayý saðlamasýdýr.
HKH'lerin hematopoetik yapýlandýrmayý saðlamasýnýn en önemli sebebi, HKH'lerin kendi kendini
yenileme yeteneklerinin olmasý ve daha olgun hücre
gruplarýna farklýlaþabilmesindendir (4).
Hematopoetik organlardan elde edilen kök
hücrelerin, hematopoetik hücrelerden farklý olarak
kemik, kýkýrdak, nöral hücreler, pnömositler, kas,
deri, endotel, epitel hücreleri, hepatositler gibi
hücreleri oluþturma kapasiteleri vardýr (19). HKH'ler
den baþka, hematopoetik hücreleri oluþturan dokularda en azýndan üç tane primitif progenitor/kök
hücre tipi tanýmlanmýþtýr: i) Hemanjioblast (HB):
hematopoetik ve kan damar endotel hücrelerinin
prekürsörüdür (5). ii) Mezankimal kök hücre (MKH):
mezodermal kökenli kemik, kýkýrdak, kas, nöral
hücreler, adipoziti oluþturur ve hematopoetik stromayý destekler. iii) Multipotent eriþkin progenitor
hücreler (MAPC): Ekdodermal, endodermal, mezodermal kökenli hücrelerin çoðunu oluþturur (20).
MKH'ler ve MAPC'ler, hematopoetik hücrelerin
en önemli belirteci olan CD45'i taþýmazlar. MKH'ler
kültür ortamýndan zemine yapýþan, hýzlý çoðalan ve
fibroblast benzeri hücreler olarak belirirler. Kemik
iliðide bulunan çekirdekli hücrelerin % 0.0001 gibi
küçük bir kýsmýný oluþtururlar. Mezodermal kökenli
dokulara diferansiye olabilirler. Ýn vitro koþullarda T
lenfosit proliferasyonunu inhibe ederler. En önemli
özellikleri sistemik dolaþýma verildiklerinde mezodermal kökenli dokulardaki infarkte dokuya yerleþebilirler. Bu özellikleri, MKH'lerin kültür süreleri arttýkça ve infarkt eskidikçe azalýr. Uzun süreli kültürlerde destek tabakasý oluþturur. MKH'leri tanýmlamakta kullanýlan özel bir belirteç olmamakla birlikte
Stro 1, CD13, alfa-integrinler (CD49a ve CD49b),
beta1-integrinler (CD29), CD44 (hyaluronat), CD71
(transferrin), CD90 (thy-1) gibi belirteçlerden
bazýlarýný taþýrlar (21).
MAPC'ler, MKH'lerden farklý olarak besin desteði
fakir kültür ortamýnda ve çok daha yavaþ olarak
TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi
143
Kök Hücreler
büyürler (izolasyondan 100 gün sonra). ROSA-26
fareden alýnan MAPC'ler fare blastosisti içine enjekte edildiklerinde oluþan þimerik farenin beyin,
akciðer, myokard, karaciðer, barsak ve böbrek gibi
çoðu somatik dokularýný oluþturabilirler. Subletal
ýþýnlanmýþ immünyetersiz bir fareye IV olarak verildiðinde kemik iliði, kan ve dalaktaki hematopoetik
hücrelere ve karaciðer, akciðer ve mide epiteline
diferansiye olabilirler (22). Ýn vitro koþullarda süresiz
olarak büyüme ve in vivo kendini yenileme özellikleri
ile uyumlu olarak MAPC'ler telomeraz eksprese
ederler, telomer uzunluðu birçok bölünmeden sonra
bile korunur (23).
HKH'lerin nöral hücrelere farklýlaþmasý:
Kemik iliði mononükleer hücrelerin alt gruplarýndan
elde edilen MKH ve MAPC'lerin de insan, fare ve
ratlarda in vitro olarak nöron, oligodendrosit ve
astrositleri oluþturabildikleri gösterilmiþtir (19). Lösemi
veya immün yetmezlik nedeniyle erkek donörden
kemik iliði nakli yapýlan kadýn hastalarýn beyinlerinde donör Y kromozomunun oluþtuðu immünohistokimyasal olarak ve FISH ile gösterilmiþtir.
Beyindeki bu hücrelerin çoðu nöronal olmayýp,
donör kaynaklý hücrelerin küçük bir kýsmýnýn
oligodendrosit, astrosit, mikroglia, meningeal ve
ependimal hücreleri içerdiði bulunmuþtur (24).
HKH'lerin kalp kasý hücrelerine farklýlaþmasý: G-CSF ile mobilize edilmiþ ve saflaþtýrýlmýþ
CD34+ insan kemik iliði prekürsörlerinin, akut
myokard infarktüslü ratlara enjekte edilmesiyle
hasarlý kalbin revaskülarizasyonuna katkýda bulunabileceði gösterilmiþtir (25). SCF, G-CSF ve VEGF ile
in vivo mobilize edilmiþ fare HKH'lerinin damar
tamiri ve kardiyomiyozit aracýlýðýyla kalp fonksiyonunda düzeltme yaptýðý gösterilmiþtir (26). By-pass
operasyonu ile nekrotik bir sahada ölmüþ olan
hücreleri canlandýrmak ve dolayýsýyla kalp fonksiyonunu düzeltmek mümkün deðildir. Bu yöreye herhangi bir hücre desteði ile yeni kan akýmýnýn saðlanmasý kalp kasý yenilenmesi için amaç olmalýdýr. Bu
çalýþmalarýn ýþýðýnda myokard infarktüsü tamirinde
kas yenilenmesi ve kalp fonksiyonlarýnýn düzeltilebilmesi amacýyla koroner damara veya lezyon içine,
by-pass operasyonuna ilave olarak otolog kemik iliði
hücrelerinin kullanýldýðý insan çalýþmalarý baþlamýþtýr. Burada, kemik iliði kökenli hematopoetik
144
prekürsörlerin (CD133+ hücreler) by-pass
operasyonu esnasýnda verilmesi veya koroner
damar içine verilmesi çeþitli yaklaþýmlardýr (27,28).
HKH'lerin hepatositlere farklýlaþmasý: lethal
dozda ýþýnlanmýþ diþi ratlara sinjeneik erkek ratlardan KIT yapýlmýþ ve erkek donör kemik iliði kaynaklý
hücrelerin diþi ratlarýn karaciðerinde yamalandýðý ve
karaciðerin oval hücrelerine, bilier epitel hücrelerine
ve hepatositlere diferansiye olduðu gösterilmiþtir(29).
Lagasse ve ark. fumarylacetoacetate hidrolaz (FAH)
eksikliði gösteren farelerde kök hücre diferaransiyasyonunu destekleyen çalýþmalar yapmýþlardýr.
FAH eksikliði olan farelerde tip I tirozinemiye sebep
olan metabolik bir karaciðer hastalýðý ve böylece
ölümcül karaciðer yetmezliði geliþir. Bu çalýþmada
eriþkin kemik iliði hücreleri FAH -/- fenotipinin yaþamasýný saðlamýþ ve karaciðer fonksiyonu korunmuþtur. Buna göre kemik iliðinden köken alan
hücrelerin fonksiyonel hepatositlere faklýlaþabildiði
gösterilmiþtir (30). Alison ve ark.nýn yaptýðý çalýþmada
erkek fare donörlerden kemik iliði nakli yapýlan diþi
alýcýlarýn karaciðerinde donör kaynaklý Y-kromozomu pozitif hücreler gösterilmiþtir. Y-kromozomu
pozitif hücreler ayný zamanda hepatositlerin oluþtuðunu gösteren cytokeratin-8 de eksprese etmekteydiler(31).
HKH'lerin pankreas adacýk hücrelerine
diferansiyasyonu
Kemik iliði kökenli hücreler in vivo pankreas
adacýk hücrelerine de farklýlaþabilirler. Ianus ve
ark.nýn yaptýðý bir çalýþmada, GFP-pozitif erkek fare
kemik iliði hücrelerinin diþi farelere naklinden 4-6
hafta sonra alýcý farelerin pankreas adacýk
hücrelerinden GFP-pozitif hücreler izole edilmiþtir
Ýzole edilen hücrelerde insülin için immünohistokimyasal ve Y kromozomu için FISH ile GFP-pozitif hücrelerin donör kaynaklý beta hücreler olduðu
anlaþýlmýþtýr. Genel olarak alýcýdaki adacýk
hücrelerinin %1.7-3'ünün donör kaynaklý olduðu ve
adacýk hücreler için standart þartlarda in vitro
koþullarda kültüre edildiklerinde kemik iliði kökenli
hücrelerin normal morfolojide olduklarý ve glukoz ve
exendin'e (glukagona benzer bir peptid) cevaben
insülin salgýladýklarý gösterilmiþtir(32).
TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi
2006 • Cilt: 5 Sayý: 3-4
A. U. URAL
Yazýþma Adresi:
Prof. Dr. Ali Uður URAL
Gülhane Askeri Týp Akademisi
Hematoloji BD, Týbbi ve
Lab. Arþ. Mrk.
E-posta: aural@gata.edu.tr
17. Civin CI, Strauss LC, Fackler MJ, Trischnamm TM, Wiley JM,
Loken MR: Positive stem cell selection-basic science.
Progress in Clinical Biological Research. 1990, 333:387-401
18. Bellantuono I: Hematopoietic stem cells. Int J Biochem Cell
Biol. 2004, 36:607-20.
Kaynaklar
1. Verfaillie CM, Pera MF, Lansdorp PM: Stem cells hype and
reality. In: Hematology Am Soc Hematol Educ Program
2002, s:369-391.
2. Campbell KH, McWhir J, Rirchie WA, Wilmut I: Sheep
cloned by nuclear transfer from a cultured cell line. Nature.
1996, 380:64-66.
3. Reya T, Duncan AW, Ailles L: A role for Wnt signaling in selfrenewal of hematopoietic stem cells. Nature 2003, 423:409414.
4. Herzog EL, Chai L, Krause DS: Plasticity of marrow-derived
stem cells. Blood 2003, 102:3483-3493.
5. Martin-Rendon E, Watt SM: Stem cell plasticity. Br J
Haematol 2003, 122:877-891.
6. Patapoutian A, Wold BJ, Wagner RA: Evidence for developmentally programmed transdifferentiation in mouse
esophageal muscle. Science 1995, 270:1818-1821.
7. Hardeman EC, Chiu CP, Minty A, Blau HM: The pattern of
actin expression in human fibroblast X mouse muscle heterocaryons suggests that human muscle regulatory factors
are produced. Cell 1986, 47:123-130.
8. Terada N, Hamazaki T, Oka M: Bone marrow cells adopt the
phenotype of other cells by spontaneous cell fusion. Nature
2002, 416:542-545.
9. Mimeault M, Batra SK: Concise Review: Recent advances on
the significance of stem cells in tissue regeneration and cancer therapies. Stem Cells 2006, 24:2319-2345.
10. Trounson A: The production and directed differentiation of
human embriyonic stem cells. Endocr Rev 2006, 27:208219.
11. Schuldiner M, Yanuka O, Itskovitz-Eldor J: Effects of eight
growth factors on the differentiation of cells derived from
human embriyonic stem cells. Proc Natl Acad Sci USA
2002, 97:11307-11312.
12. Fujikawa T, Oh SH, Pi L:. Teratoma formation leads to failure
of treatment for type I diabetes using embriyonic stem cellderived insulin-producing cells. Am J Pathol 2005,
166:1781-1791.
13. Karaöz E, Ovalý E: Kök hücreler. Celepler Matbaasý, Trabzon,
2004, s:17-63.
14. Blau HM, Brazelton TR, Weimann JM: The evolving concept
of a stem cell: Entity or function. Cell 2001, 105:829-841.
15. Fuchs E, Tumbar T, Guasch G: Socializing with the neighbors: Stem cells and their niche. Cell 2004, 116:769-778.
16. Murphy MJ, Wilson A, Trumpp A: More than just proliferation: Myc function in stem cells. Trends Cell Biol 2005,
15:128-137.
2006 • Cilt: 5 Sayý: 3-4
19. Jiang Y, Jahagirdar BN, ReinhardtRL, Schwartz RE, Keene
CD, Ortiz-Gonzalez XR, Reyes M, Lenvik T, Lund T:
Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult
marrow. Nature. 2002, 418:41-49.
20. Reyes M, Dudek A, Jahagirdar B, Koodie L, Marker PH,
Verfaillie CM: Origin of endothelial progenitors in human
post-natal bone marrow. J Clin Invest 2002, 109:337-346.
21. Pittinger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, Douglas R,
Mosca LD, Moorman MA: Multilineage potential of adult
human mesenchymal cells. Science 1999, 284:143-147.
22. Horwitz EM: Stem cell plasticity: The growing potential of
cellular therapy. Arch of Med Res 2003, 34:600-606
23. Morrison SJ, Prowse KR, Ho P, Weissman IL: Telomerase
activity in hematopoietic cells is associated with self-renewal
potential. Immunity 1996, 5:207-216.
24. Mezey E, Key S, Vogelsang G, Szalayova I, Lange GD, Crain
B: Transplanted bone maroow generates new neurons in
human brains. PNAS 2003, 100:1364-1369.
25. Kocher AA, Schuster MD, Szabolcs MJ, Takuma S, Burkhoff
D, Wang J, Homma S, Edwards NM, Itescu S:
Neovascularization of ischemic myocardium by human bone
marrow-derived angioblasts prevents cardiomyocyte apoptosis, reduces remodeling and improves cardiac function.
Nature Medicine 2001, 7:430-436.
26. Orlic D, Kajstura J, Chimenti S, Limana F, Jakoniuk I, Quaini
F, Nadal-Ginard B, Bodine DM, Leri A, Anversa P: Mobilized
bone marrow cells repair the infracted heart, improving function and survival. PNAS USA 2001, 98:10344-10349.
27. Stamm C, Westhpal B,Kleine HD, Petzsch M, Kittner C,
Klinge H, Schumichen C, Nienaber CA, Freund M, Steinhoff
G: Autologous bone-marrow stem-cell transplantation for
myocardial regeneration. Lancet 2003, 361:45-46.
28. Assmus B, Schachinger V, Teupe C, Britten M, Lehmann R,
Dobert N, Grunwald F: Transplantation of progenitor cells
and regeneration enhancement in acute myocardial infarction. Circulation 2002, 106:3009-3017.
29. Petersen BE, Bowen WC, Patrene KD, Mars WM, Sullivan
AK: Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells.
Science 1999, 284:1168-1170.
30. Lagasse E, Connors H, Al-Dhalimy M, Reitsma M, Dohse M,
Osborne L, Wang X: Purified hematopoietic stem cells can
differentiate into hepatocytes in vivo. Nature Medicine 2000,
6:1229-1234.
31. Alison MR, Poulsom R, Jefferey R, Dhilon AP, Quaglia A,
Jacob J: Hepatocytes from non-hepatic adult stem cells.
Nature 2000, 406:257.
32. Ianus A, Holz GG, Theise ND, Hussain MA: In vivo derivation
of glucose-compenent pancreatic endocrine cells from bone
marrow without evidence of cell fusion. J Clin Invest 2003,
111:843-850.
TOTBÝD (Türk Ortopedi ve Travmatoloji Birliði Derneði) Dergisi
145