Kök Hücre Kavramı ve Klinik Uygulamaları

1. Kök Hücre Kavramı ve Klinik Uygulamaları Prof. Dr. Teoman SOYSAL İ.Ü. Cerrahpaşa Tıp F İç Hastalıkları AD Hematoloji BD

2. İçerik • Kök hücre kavramı ve kök hücre tipleri • Kök hücre ile ilgili potansiyel tedavi olasılıkları • Hematopoetik (kan yapıcı) kök hücre kavramı • Habis hematolojik hastalıklarda tedavi prensipleri ve hematopoetik kök hücre nakli • Tanım • Yöntem • Sonuçlar

3. “omniscellula e cellula” “Her hücre bir hücreden meydana gelir.” Dr. RudolphVirchow

4. “StemCell” veya “Kök Hücre” Tanım: • Vücutta çeşitli hücre tiplerine dönüşme potansiyeline sahip hücreler

5. Önemi • Canlılığın devamı • Bazı hastalıkların altında yatan nedenler • Bazı hastalıkların tedavisi • Metabolik • Dejeneratif • İmmünolojik • Habis • Genetik Ör: Rejeneratif tıp Hematopoetik kök hücre nakli

6. Canlılardan örnekler Sequoiasempervirens (kızıl ağaç): kök hücre rezervuarı 2000 yıldan fazla aktif kalabiliyor Arabidopsisthaliana bitkisi : kökünde kök hücre nişleri var Notophtalmusviridescens (sürüngen): deri, kuyruk,ve ekstremiteler hasar ardından yenileniyor Zebra balığı: Yüzgeç, pullar, spinalkord ve kalbi yenilenebiliyor vd

7. Tarihçe Virchow (1821-1902): “omniscellula e cellula” Julius FriedrichCohnheim(1839-1884):Yaraları iyileştiren hücreler kandan (Kİ) geliyor ErnstHaeckel(1834-1919): stamzelle=kök hücre E Donnal Thomas:Hematopoetik kök hücre nakli : 1959, akut lösemili çocukta tek yumurta ikizinden Kİ nakli Nobel Tıp Ödülü (1990) Schofield,1978; Kök hücre nişi (mikroçevre) kavramı

8. Ord Prof Dr Süreyya Tahsin Aygün • 1924: İstiklal madalyası (antrax aşısı) • 1964: Hücre kültürü çalışmaları ile PieterPijlPrijo (Hollanda) ödülü • 1979 yılında kalp kültür hücresi nakledilen organizmalarda hücrelerin kalbe yerleşip yaşamlarını sürdürdüğünü belirtti

9. Transplantasyon • Böbrek: 1954 (Murray ve Holden) • Kemik iliği : 1957-58 (Thomas) • Kök Hücre • Fare embryonal KH: 1981 (Kaufman) • İnsan embryonal KH: 1998 (Thomson)

10. Kök Hücrenin Genel Özellikleri • Farklılaşma / plastisite • Çoğalabilme • Kendini kopyalama • Hücrenin kendi kopyasını ,kendi yedeğini oluşturması • Kök hücre havuzu yaşam boyu yeterlidir

11. Kök Hücreler Embryonik Kök Hücre (pluripotent) Erişkin (somatik) Kök Hücre (unipotent) Somatik hücre İndüklenmiş pluripotent kök hücre

12. Farklı doku/hücre oluşturma yeteneği Totipotent Ovum + sperm h = zigot Totus= bütün 4-5. gün:Morula 6-7. gün : Blastokist Pluripotent Blastokist EKH • Yetişkin / • dokuya özel kök hücreler Multipotent Unipotent

13. KÖK HÜCRE TİPLERİ

14. Embriyonik Kök Hücre (EKH) • Embriyonik kök hücre embriyodan elde edilir • İn-vitrofertilizasyon sonucu fertilize olmuş ve bağışlanmış bir yumurtadan elde edilir • 4-5 günlük embriyo blastokistadını alır. • Eğer blastokistinbir köşesinde 30 kadar hücreden oluşan iç hücre kitlesi alınıp kültür ortamında bekletilirse EKHoluşur

15. Embryonik Kök Hücre • TotipotentPluripotent • Kültür ortamlarında diferansiye olmaksızın 1-2 yıl üreme • Telomerazaktivitesi yüksek • Yüksek membranalkalenfosfataz aktivitesi • oct-4 transkripsiyonal faktörü ekspresyonu • Hayvan deneylerinde teratom oluşturma

16. EKH Nasıl Elde Ediliyor ?

17. EKH Nasıl Elde Ediliyor ? Blastokist Zigot Ovum Trofektoderm İç hücre kitlesi Sperm İn vitrofertilizasyon Pluripotent EKH dizileri

18. Tedavi amaçlı kopyalama (Somatik hücre çekirdek transferi) Üreme amaçlı kopyalama ovum STOP Ayrılmış çekirdek Hücre bölünme işleminin uyarılması blastokist Çekirdek transferi Embryonik kök hücre dizisi Somatik (vücut) hücresi Somatik hücre çekirdeği aktarılmış ovum Ayrılmış çekirdek Rejeneratif tıp uygulamaları

19. İn-vitro koşularda embriyonikkök hücreden oluşan hücreler • Nöral hücreler,astrosit,oligodendrosit • Hematopoetik kök hücre • İnsülin salgılayan hücreler • Kardiyomyosit • Hepatosit • Endotelial hücreler

20. EKH: Rejeneratif Tıp Açısından Geleceği PROBLEMLER Etik Teratojenik Tümör oluşumu Doku reddi • Hayvan deneyleri • Diyabet • Alzheimer • Multiple skleroz • Medullaspinalis lezyonları • Karaciğer hastalıkarı • Maküla dejenerasyonu • vd

21. İnsan pluripotent kök hücreleri Hücre yerine koyma Sinir h EKH Blastokistin iç hücre kütlesinden Retina h Farklılaşma Kendini yenileme Kalp kası h İPKH İndüklenmiş Pluripotent KH (Somatik Hücre kaynaklı) Karaciğerh Pankreas Beta h Adrian K, Biochem. J. (2010)

22. Somatik hücre Ör: fibroblast İndüklenmiş pluripotent kök hücre Embryonik gen transferi Çeşitli doku hücreleri Çeşitli doku hücreleri Yamanaka kokteyli: (Oct4,Sox2,c-Myc,Klf4,Lin28 vd) Etik problem aşılır Fakat MikroRNA değişimi Tm riski+ Epigenetik hafıza

23. EKH Çalışmaları ……..2010: • > 600 EKH elde edilmiş durumda http://www.hescreg.eu/ • FDA onaylı 2 EKH çalışması (Faz I) • Paraplejide : EKH sinir hücresi (oligodendrosit) • Retinitispigmentosa: EKH retinal hücreler

24. Adult (erişkin) Kök Hücre TANIM: • Bir doku veya organda bulunan,kendini yenileme (kopyalama) ve bulunduğu organ veya doku hücrelerine dönüşme (farklanma) potansiyeli olan hücrelerdir.

25. Adult(Yetişkin/erişkin/ergin) Kök Hücre • Erişkin kök hücre bulunduğu organ veya dokunun tamir-hücresel devamlılık işlevini gerçekleştirir. • Dokularda çok az sayıda bulunur. • Erişkin kök hücrenin,bulunduğu dokunun spesifik bir bölgesinde sessiz (bölünmeksizin) kaldığı ve gerektiğinde aktive olduğu düşünülür. • hücre yenilenme gereksinimi , bir hastalık veya doku hasarı • Embryonel kök hücreye göre • Farklılaşabilme yeteneği sınırlıdır: • Multipotent veya unipotent • Kültür ortamında çoğalabilme yetenekleri daha azdır: • Telomer kısalması

26. Yetişkin (erişkin/ergin) kök hücreler • Hematopoetik kök hücre (Kİ/kan/göbek kordonu) • Mezenkimal KH • Kemik iliği, yağ dokusu, göbek kordonu, amnios sıvısı vd kaynaklı Diğerleri • Beyin , medullaspinalis • Periferik kan • Damarlar • Dişler • Deri • İskelet kası • Kalp kası • Barsak • Karaciğer, akciğer • Meme dokusu • Overler ve testisler vd

27. Kök Hücre Plastisitesi Nedir ? • Yakın bir zamana kadar embriyonik kök hücrenin sınırsız bir yaşam ve her türlü hücreye dönüşme potansiyeli olduğu,buna karşın erişkin kök hücrenin sınırlı yaşam ve sadece bulunduğu dokunun hücrelerine dönüşme potansiyeli olduğu kabul edilirdi.

28. Kök Hücre Plastisitesi Nedir ? • Son yıllarda yapılan çalışmalar uygun ortamlarda Erişkin Kök Hücrenin kendini yeniden programlayarak kendi kökeniyle ilişkisiz farklı hücrelere dönüşebileceğini göstermiştir. • Erişkin kök hücrenin bu farklı hücre tiplerine dönüşme potansiyeliPLASTİSİTEadını alır.

29. Kİ Kordon kanı Yağ dokusu Amnios sıvısı ve plasentadan elde edilebilir • Engraftman • GVHH • Doku onarımı Osteoblast, Adiposit, Kondrosit, Hepatosit benzeri, Epitel, Endotel ve Nöral hücreler geliştirebilir

30. Kasım 2010: MKH Çalışmaları (Devam eden kayıtlı 105 çalışma)

31. Yapay mesane Atala ve ark 2006 Trakea Macchiarini ve ark 2008 Yanık tedavisi, kemik dokusu, kornea Sınırlı çoğalma yeteneği? Dokuda devamlılıkları ? Genetik değişiklik? REJENERATİF TIP • Kardiyoloji • Nöroloji • Endokrinoloji • Ortopedi • Plastik Cerrahi • KBB • Göz …….vd Doku veya organın yeniden oluşturulması/onarımı İmmünomodülatör etkiler

32. Kardiyoloji • Nöroloji • Endokrinoloji • Ortopedi • Plastik Cerrahi • KBB • Göz …….vd • Hematopoetik kök hücreden yeniden hematopoez oluşturma REJENERATİF TIP Deneysel !!!!!! Hematopoetik kök hücre nakli Kanıtlanmış!!!!!!!!

33. Kemik iliğinde hücre yapımı: • Erişkinde kemik iliği toplam miktarı : 2600 g • Hematopoezde aktif ilik: 1500 g • Kemik iliğinde toplam hücre: 126x1010 • Hücre yapımı: 18.8x107/kg/saat • Eritrosit yapımı: 200 x 109/gün • Granülosit yapımı: 120 x 109/gün • Trombosit yapımı: 150 x 109/gün • Lenfosit değişimi: 20 x 109 /gün Exposure.T.M. Fliedner, D. Graessle, C. PaulsenAnd K. Reimers CANCER BIOTHERAPY & RADIOPHARMACEUTICALS 17; 2002,405-426

34. Hematopoetik kök hücre Mikstmiyeloidkök hücre Lenfoid kök hücre BFU-E CFU-GM CFU-Baz CFU-Eo CFU-Meg T B CFU-E CFU-M CFU-G Trombosit NK Lenfosit Ve Plazma h Nötrofil RBC Monosit Bazofil Eozinofil Trombosit

35. Hematopoetik Kök Hücre • Tüm kan hücrelerine farklılaşabilir. • Kemik iliği , kan, göbek kordonundan elde edilebilir. • Uygun koşullarda dondurularak canlılığı korunabilir. • Damar içine verilirse kemik iliğine yerleşir ve kan yapımını başlatır. • Doku grubu uygun farklı bireyler arasında nakli mümkündür.

36. Habis Hematolojik Hastalıklarda Tedavi Hedefi: Yanıt ? • Başlangıç hedefi: Tam yanıt (Remisyon) • Zamana dayalı hedef: Şifa (kür) KT Tam Yanıt Akut lösemi Lösemikhücre:109

37. Yanıt ? • Başlangıç hedefi:Tam yanıt (Remisyon) • Zamana dayalı hedef: Şifa (kür) KT Nüks Tam Yanıt Akut lösemi Lösemikhücre:109

38. Yanıt ? Tam yanıt sonrası tedaviler KT TamYanıt Akut lösemi Lösemikhücre:109

39. Yanıt ? Nüks tedavisi KT Nüks TamYanıt Akut lösemi Lösemik hücre:109

40. Kemoterapi: Kavramlar • Hızlı çoğalan hücrelerin kemoterapiye duyarlılığı fazladır. • Hematolojik kanser hücreleri hızlı çoğalırlar.

41. Kemoterapi: Kavramlar • Tümör miktarının iki katına çıkış süresi Lösemi Solid tümörler Lenfoma 1, 2, 3........................................................................ gün

42. Kemoterapi • Habis hematolojik hastalıklar kemoterapiye genel olarak duyarlıdır. • Daha etkin tümör eradikasyonu için tümör dokusu logaritmik olarak azaltılmalıdır.

43. 2 x Kemoterapi dozu 10 x hücre ölümü (Antitümöral etkinlikte x 10 artış)(1 log)

44. Logaritmik azaltma KT:Doz= x Tümör hücre sayısı:106 Tümör hücre sayısı:109 - 999.000.000 KT:Doz= 2x Tümör hücre sayısı:105 Tümör hücre sayısı:109 - 999.900.000

45. Daha etkin tümör eradikasyonu için tümör dokusu logaritmik olarak azaltılmalıdır. Yüksek kemoterapi dozu Toksisite

46. DOZ Zarar Yanıt Diğer (Ölümcül) Toksisite Kemik iliği Toksisitesi Sınırlayıcı Toksisite Yok Kür İçin Gerekli Doz Artışı

47. Yüksek doz tedavinin toksik etkilerinden kurtulma yolları: • Kombine tedaviler • Koloni uyarıcı faktörler • Kök hücre desteği • vd

48. !!!!! • Yüksek doz tedavi ile daha etkin tümör eradikasyonu sağlanabilir. • Yüksek doz tedavilerin toksik etkileri vardır • Kemik iliği-kök hücre hasarı : Kemik iliği yetersizliği (ağır kansızlık) Yüksek doz kemoterapinin ardından kök hücre desteği yapılırsa kan yapımı tekrar oluşturulabilir.

49. Kemik İliği Nakli Hematopoetik Kök Hücre Nakli (HKHN)

50. İlk HKHN 1957 Donell E. Thomas