EMBRİYONİK KÖK HÜCRE

Stem cells, embryo

20 yıllık hikayesi ile insan embriyonik kök hücreleri biyolojik kavramları yeniden şekillendirip kliniğe taşınmaya başladı.

***

Araştırmacılar, insan embriyonik kök hücrelerinin nasıl türediği üzerine ilk çalışmalar yapmaya başladıkları 1998 yılında Dieter Egli mezun olduğu okula başlamak üzereydi. Yirmi yıl içinde, hızlı bölünen hücreler üzerine sağlam bir kariyer oluşturdu. O şimdi New York City'deki Columbia Üniversitesi'nde biyologtur ve bilgilerini, olgun hücre DNA'larının embriyonik bir duruma nasıl yeniden programlanabileceğini ve diyabetin gelişimi ve tedavisi ile ilgili soruların üstesinden nasıl gelebileceğini araştırmak için kullanıyor. Farklı insan genlerinin işlevlerine dair bakış açımızı değiştirebilecek tamamen yeni bir insan embriyonik kök hücresi geliştirilmesine bile yardımcı oldu.

“Embriyonik kök hücreler konusunda çok heyecanlıyım” diyor Egli. “Hayatı değiştirecek eşi görülmemiş keşiflere öncülük edecekler. Bundan hiç şüphem yok. ”

Embriyonik kök (ES) hücreler, erken gelişim hakkında eşsiz bilgiler sağlar. Evren hakkında temel bilgiler edinmek için Big Bang'a geri dönen astronomlar gibi biyologlar, bu olağanüstü varlıkların içindeki molekülleri, tek bir orijinal hücrenin bir dizi biçim ve işlevle baş döndürücü bir diziyle nasıl dönüştüklerine dair ip uçlarını ortaya koyabilmektedir. Bilim adamları hücrelerin vücuttaki çeşitli doku ve organları temsil eden düzinelerce olgun hücre tipine nasıl dönüştürüleceğini öğrendi. Bunlar, ilaçları test etmek, hastalıkları modellemek ve giderek, vücuda enjekte edilen terapiler olarak kullanılmaktadır. 2010 yılında spinal kord yaralanmaları tamir etme girişimi ile başlayarak, ES hücrelerini kullanan bir düzine klinik çalışma, Parkinson hastalığını ve şeker hastalığını tedavi etmek için diğer tedavilere destek olarak sunulmuştur. Erken sonuçlar bazı yaklaşımların çalıştığını göstermektedir.

“Bazı yönlerden sürpriz değil, çünkü 20 yıl önce bunu bekledik” diyor Egli, “Ama bu sözün bir gerçekliğe dönüştüğünü hala şaşırıyorum.”

İLK ADIMLAR

1981 yılında, araştırmacılar fare embriyolarından kök hücreleri kültüre etmeyi başardı. Kısa süre sonra bu ilgi çekici varlıkların araştırma potansiyelini fark edildi, Kök hücreler kendilerini çoğaltabilir ve vücudun 200'den fazla hücre tipine dönüşebilir. Ancak bu hileyi primatlarda gerçekleştirmek kolay değildi. Biyolog James Thomson'un maymunlar üzerinde yaptığı çalışmalar üç yıl sonra, doğurganlık tedavilerinde kullanılmayan bağışlanmış embriyoları kullanan Thomson’un, dünyanın ilk insan ES-hücre hattını yaratması ile neticelendi.

Bu keşif, etik bir fırtınaya da yol açmıştır. Çoğunlukla dini çevrelerden gelen eleştirmenler, embriyoların insanları oluşturduğunu ve onları yok etmeyi içeren herhangi bir araştırmanın engellenmesi gerektiği yönündeydi. 2001'de ABD Başkanı George W. Bush, hükümet fonlarını sınırlama kararı aldı. Karar, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki araştırmaları zorlaştırmıştır. Almanya ve İtalya dahil olmak üzere diğer ülkelerde ise bu hücrelerin oluşturulması tamamen yasaklandı.

Bütün bu engellemelere rağmen araştırmaların, nerelere uzanabileceği gösterilebilmiştir. Avustralya, Singapur, İsrail, Kanada ve ABD'deki araştırmacılar, kısa bir süre sonra embriyonik kök hücrelerin nöronlara, bağışıklık hücrelerine ve kalp hücrelerine dönüştürdüklerini bildirdiler.

Araştırmacılar ayrıca, somatik hücre nükleer transferi olarak adlandırılan bir süreç ile vücut hücrelerinden embriyonik kök hücre türetilmesi planlarını ortaya koydu. Aynı yöntem, Dolly gibi klonlanmış hayvanların üretilmesinde de kullanılıyordu ki bu süreç yetişkin bir donör hücreden gelen çekirdeğin bir insan yumurtasına aktarılması esasına dayalıdır. Bu 'terapötik klonlama' mantığı, hücre vericisi ile aynı DNA'ya sahip sınırsız bir dinamik hücre kaynağı sağlamaktadır. Karmaşık genetik hastalıkların 'bir bütün olarak' çalışılmasından söz etmeye başladılar ve başarısız olan organ ve dokuları, otomobil parçalarını değiştirir gibi değiştirdiler. 

Bununla birlikte, ilk 15 yıl boyunca, çok sayıda ES-hücresi araştırması, pluripotensi anlamaya odaklandı. Bilim adamları moleküler yolları bir araya getiriyorlar: Mitalipov, “ES hücrelerinde pluripotency öğrendik” diyor.

Bu tür araştırmalar, 2000'li yıllarda rejeneratif tıp ve biyolojik araştırmalardaki en büyük yeniliğe de kapı açmıştır: indüklenmiş pluripotent stem (iPS) hücrelerinin keşfi. 2006 yılında, Japonya'nın Kyoto Üniversitesi'nde kök hücre biyologu Shinya Yamanaka, yetişkin fare hücrelerini, sadece dört genetik faktör kullanarak, embriyonik bir duruma nasıl döndüreceğini araştırdı. Ertesi yıl, o ve Thomson insan hücrelerinde aynı başarıya ulaştılar. Süreç, teorik olarak, terapötik klonlama ile pluripotent hücrelerin sınırsız tedariğini etik bir sorun oluşturmadan teklif etti.

Pek çoğu, iPS hücrelerinin kısa bir süre sonra, embriyonik kök hücreler ile yer değiştireceğini tahmin etmişti, ancak bu olmadı. ES-hücre yayınlarının sayısı 2006'dan sonra hızla artmıştır ve 2012'den bu yana yılda 2,000'e yaklaşmıştır. Bunun sebebi, ES hücrelerinin, araştırmacıların iPS hücrelerini karşılaştırabilecekleri standart bir taban oluşturmasıdır. Ve bugün dahi, iPS hücrelerini güvenliğinden şüphe duyanlar var. Çin Ziraat Bilimleri Enstitüsü Zooloji Akademisi'nde kök hücre biyoloğu olan Zhou Qi, bir düzineden fazla klinik çalışmanın ES hücrelerinin kullanılmasını teşvik ettiğine dair endişelerin olduğunu söylüyor.

ES hücreleri üzerinde yapılan araştırmaların çoğu, onlarla çalışmayı daha da kolay hale getirmektedir. Onları türetmek başlangıçta çok fazla incelikli bir süreçti. Bir avuç ilerlemeler bunu değiştirdi. 2007 yılında, örneğin, Japonya'daki RIKEN Gelişimsel Biyoloji Merkezi'nde bulunan Yoshiki Sasai, ROCK inhibitörü 12 olarak adlandırılan bir molekülü keşfetti. Bu, ES hücrelerinin, geliştikleri kolonilerden çıkarıldıklarında ölmelerini engelleyebiliyordu. İlerleyen çalışmalar ile yeni koloniler yaratma başarısı %27'ye çıktı. İsveç'teki Lund Üniversitesi'nde hücre biyoloğu Malin Parmar “Temelde yapabileceğiniz şeyler değişiyor” demektedir. Klinik deneyler için nöron türetmede ES hücrelerini kullanan Parmar, ES-hücre araştırması için bu tür teknik ilerlemelerin “yeni bir altın çağ” da başladığını söylüyor.

Hücreler artık hızlı, güvenilir ve uzun ömürlü olarak üretilebilmektedir. Bütün bunlara rağmen ve bir şekilde hücreler kansere dönüşmekten kaçınıyorlar; ES ve iPS hücrelerinden sınırsız sayıda kan trombositleri yapmaya çalışan Tokyo Üniversitesi'nde kök hücre biyoloğu olan Hiromitsu Nakauchi, “Bu dengeyi nasıl sürdürdüklerini hala bilmiyoruz” diyor.

Çeşitlendirme zamanı

Araştırmacılar ayrıca organları büyütmeye çalışıyorlar. Doğru sinyal molekülleri ve 3D ortamı göz önüne alındığında, ES hücreleri, tabak biçimli bir kapta bile, organoidler olarak bilinen karmaşık dokular halinde organize edilir. Bu kapasite, Ohio'daki Cincinnati Çocuk Hastanesinde James Wells gibi araştırmacıların, ilaçları test etmek için bağırsak organoitleri geliştirmesine olanak sağlamıştır. Bu durum gelecekteki nakiller için de önemlidir.

Diğer yandan genetik hastalık için yeni ES hücre kaynakları da sunulmaktadır. Örneğin, 2004 yılında, Chicago'da, genetik bir bozukluğa sahip olduğu tespit edilen ve böylece fertilite uygulamaların için uygun görülmeyen in vitro fertilizasyon yoluyla oluşturulan embriyolardan ES-hücre dizileri yapmaya başladılar. Bu takım talasemi, Huntington hastalığı, Marfan sendromu, kas distrofisi ve diğer genetik bozuklukar için hücresel modeller oluşturmak için izin aldı. 2007 yılında araştırmacılar, Fragile X sendromu olarak bilinen kalıtsal bir durumda görülen kognitif bozukluklara yol açan moleküler değişimleri bastırmak için ES hücrelerini kullandılar.

Araştırmacılar, iPS hücrelerinin hastalıklar için daha fazla ümit vaat ettiklerini söylüyorlar; yani, genetik rahatsızlığı olan herhangi bir canlı kişiden kök hücreler yetiştirilebilir. Ancak pek çok araştırmacı bu alanda ES hücreleri için hala güçlü bir potansiyel görüyor. iPS nin kontrol dışı olabildiği senaryolar bulunmaktadır ve ES hücrelerinin hala destekleyici olarak düşünülmektedir.

2008 yılında, Kevin Eggan, nörodejeneratif hastalık amiyotrofik lateral skleroz (ALS) olan kişilerden iPS hücre dizileri üretmiştir. ES hücreleri ile yapılan önceki çalışmalardan, pluripotent hücrelerin hastalıktan etkilenen beyin hücrelerine, motor nöronlara dönüşmesini nasıl yapacağını biliyordu. Hastadan türetilen iPS hücreleriyle aynı şeyi yaptığında, iki hücre türünü hızlı bir şekilde karşılaştırabildi. Hastalardan gelen hücreler, hastalıkları olmayan 15 kişiden daha fazla iş çıkardılar. Eggan, “Motor nöronları anlamak için ES hücreleri ile yaptığımız tüm çalışmalardan yararlandık” diyor. Şimdi, hastalardan yapılan iPS hücrelerini sakinleştiren bir anti-nöbet ilacı, insanlarda test ediliyor. Sonuçlar önümüzdeki iki ay içerisinde alınacaktır.

Haploit ES-hücre hatları türetilen Kudüs İbrani Üniversitesi'nden Egli ve Nissim Benvenisty insan biyolojisinin kavramlarını altüst etmektedir. Araştırmacılar, genlerin gelişim içinde nasıl işlediğini anlamak için bu 'haploid' ES hücrelerinde gen düzenleme araçlarını kullanmaya başladılar.

KLİNİK

Melton'un hala ES hücrelerinden elde ettiği β-hücreleri için planları var. İnsülin enjeksiyonlarına olan bağımlılıklarını sona erdirmek ya da en azından azaltmak için onları tip 1 diyabetli insanlara nakletmeyi umuyor. Çalışmadaki son engel, hücreleri bağışıklık sistemi tarafından yok edilmeyecek şekilde tanıtmaktır. Melton'un Cambridge'de kurduğu bir şirket olan Semma Therapeutics, bunu, hücrelerin beslenmesini ve insülin vermesine izin verecek bir poşet içinde bulunmasını sağlamayı amaçlamakta, bu yöntemle bağışıklık hücrelerine erişimi engelleyecektir. Üç yıl içinde klinik denemelere başlamayı bekliyor. San Diego, Kaliforniya'daki ViaCyte, kapsülleme teknolojisini yeniden tasarladıktan sonra 2014 yılında başlattığı benzer bir klinik denemeyi yeniden başlattı. Danimarka'daki Novo Nordisk gibi diğer şirketler de ES hücrelerinden türetilen hücreleri kullanan diyabet programları başlatıyorlar.

Klinik alanda, birçok kişi iPS hücrelerinin sonunda ES hücreleri üzerinde kazanacaklarını varsaymıştır. Bir potansiyel avantaj, hasta ile aynı DNA'ya sahip hücreler ve dokular üretebilmeleri ve böylece nakledildikleri zaman bir immün reaksiyona neden olmamasıdır. Ancak, tip 1 diyabet dahil olmak üzere çoğu genetik hastalık için, bir hastadan oluşturulan iPS hücreleri, probleme neden olan mutasyonu da içerecektir ve hücrelerin, herhangi bir terapötik fayda sağlaması için modifiye edilmesi gerekecektir.

Sonra maliyet meselesi var. La Jolla, Kaliforniya'daki Scripps Araştırma Enstitüsü'nde kök hücre biyoloğu olan Jeanne Loring, klinik kullanım için tek bir iPS hücresi hattının hazırlanması yaklaşık 1 milyon ABD dolarına mal olacağını söylüyor. Hedef şu anda hastanın kendi hücrelerini kullanmaksa yasaklayıcıdır, ancak Loring fiyatın düşeceğini ve Parkinson hastalığı için bir tedavi olarak iPS hücrelerini geliştirmeye çalışacağını beklemektedir.

Şimdiye kadar, araştırmacılar iPS hücrelerinden türetilen hücreleri kullanarak sadece bir insan deneyi başlattı. RIKEN Gelişimsel Biyoloji Merkezi'nde oftalmolog Masayo Takahashi tarafından yönetilen, makula dejenerasyonunu tedavi etmeyi amaçlar, ancak araştırmacılar, prosedürü basitleştirmeye ve hastadan elde edilen kök hücrelerden ziyade donör türevli kullanmaya karar verdiklerinde 2014 yılında durduruldu. 2017 yılında yeniden başladı, ancak bir katılımcının gözünde bir zar geliştiği ve cerrahi olarak çıkarılması gerektiği anlaşılınca ocak ayında bir başka engele çarptılar.

Maküler dejenerasyon ES-hücre terapileri için popüler bir hedef olmuştur. Amerika Birleşik Devletleri, Birleşik Krallık, Güney Kore, Çin ve İsrail'de en az altı klinik çalışma yapıldı. Londra Projesinin Cure Körlüğü ve California Üniversitesi, Santa Barbara, oftalmolog Pete Coffey tarafından yönetilen araştırmacılar, 19 Mart'ta, ES hücrelerinden yapılmış hücrelerin bir parçasının hasarlı retinalara implante edilmesinin bir çalışmasının sonuçlarını bildirdiler. 2. Prosedürden bir yıl sonra, katılımcılar yavaş da olsa okuma yeteneğini yeniden kazanmışlardır.

Rochester, Minnesota'da Mayo Clinic'te bir göz doktoru olan Alan Marmorstein, bu alana “ileriye doğru büyük bir adım” diyor. “Bu, insanlarda etkililiğin ilk güçlü göstergesidir ve kesinlikle vücudun diğer bölgelerinde daha ileri çalışmaları desteklemektedir” diyor. Coffey, atılımların sonunda geldiğini söylüyor çünkü bilim adamları şu anda hücreleri insanlara nasıl yerleştireceklerini araştırıyorlar. “On yıl önce, “Sadece hücreleri içeri almanız gerekir ve hücreler ne yapacağını bilecektir” diye düşündük. Bu doğru değil- uygun bir şekilde kontrol edilmeleri gerekiyor.

Önemli bir soru, pluripotent hücrelerin, nakilden önce, ne kadar olgunlaştırılmaları gerektiğidir. 2017'de başlayan bir araştırma, dopamin üretmeyen olgunlaşmamış nöral prekürsör hücreleri kullanıyor. Araştırmacılar, hücrelerin olgunlaşmasının, transplantasyonda hayatta kalma ve yeni ev sahibinin beynine entegre olmasına yardımcı olacağını söylüyor. Ancak, topluca GForce-PD olarak bilinen bir grup ES- ve iPS-hücre denemesinin liderleri, kullandıkları daha olgunlaşmış hücrelerin istenen tipte dopamin üreten hücreye dönüştüğünü ve kontrol dışı büyümenin daha az olası olduğunu söylemektedir.

Sözün Özü

ES-hücre araştırmaları, bazı engelleri aşabiliyorsa, ümit vermeye devam ediyor demektir. Bir büyük sorun, birçok hücre tipinin başarı ile üretilmesidir. Melton, şimdiye kadar üretilen hücrelerden sadece yaklaşık on hücre tipinin normal insan hücrelerinin gerçekten işlevlere eş değer işlevler gerçekleştirdiğini tahmin etmektedir.

Saha ayrıca fonlama konusunda belirsizlikle karşı karşıyadır. Bilim adamları, ABD Başkan Donald Trump'ın ES hücreleri üzerinde araştırma yapmak için federal fonlara yeni kısıtlamalar getirebileceği konusunda sık söylentiler duymaktadır.

Ancak engebeli öykülerine rağmen, ES hücreleri tekrar tekrar değerini kanıtladılar. Bazı araştırmacılar hayvan modellerini kullanmaya bile geri döndüler çünkü ES hücreleri insan hastalığını araştırmak için daha iyi bir yol sağlıyor gibi görünüyor. 

Yamanaka, ES hücrelerinin iPS hücreleri üzerinde kendi çalışmaları için motivasyon kaynağı olduğunu söylüyor.

KAYNAK
https://www.nature.com/articles/d41586-018-03268-4