Mezenkimal Kök Hücreler

Mezenkimal kök hücreler (MKH), erişkin kök hücre tipidir. Stromal kökenli olmaları nedeniyle genel anlamda destek hücresi özelliği taşımaları, MKH’lerin tıbbın birçok alanında kullanım potansiyelinin temelini oluşturmaktadır. Birçok dokudan elde edilebilen, sayıca çoğaltılmaya elverişli, dayanıklı hücrelerdir⁸³.

2.9.2.1. Mezenkimal Kök Hücre Kaynakları

Organizmanın en zengin kök hücre kaynaklarından biri olan kemik iliği, MKH’ler için ana kaynak sayılmaktadır. Kemik iliğinde, mezodermden köken alan hematopoetik, endotel ve mezenkimal kök hücreler bulunmaktadır. Kemik iliği dışında birçok dokudan da MKH izole edilebilmektedir. Solid dokulardan hücre izolasyonunda

maksillofasiyal dokular, karaciğer, lipoaspirasyon materyalleri, kordon kanı, kordon stroması, plasenta, amniyon sıvısı, sinovial sıvı, hatta periferik kandan da adezyon özellikleri nedeniyle ayrıştırılarak çoğaltılabilmeleri mümkündür⁸³. Son zamanlarda endometriyum ve adet kanından da MKH izole edilmiştir⁸⁴.

2.9.2.2. MKH’lerin Genel Özelllikleri

MKH’ler başta konnektif doku kökenli hücreler (kemik, kıkırdak, yağ, tendon, stroma) olmak üzere birçok farklı doku hücresine (kalp, karaciğer, pankreas, sinir sistemi) farklılaşarak ve/veya solübl faktörler sentezleyerek doku/organ rejenerasyonuna katkıda bulunmaktadırlar. MKH’ler in vitro ortamda kök hücre özelliklerini koruyarak kolaylıkla çoğaltılabilmesi, hematopoezi desteklemesi, immünsüpresif özellikleri ile transplantasyon edildiklerinde red edilmemesi, ayrıca gen aktarımı kolaylığı nedeniyle birçok klinik alanda uygulama potansiyeline sahiptir⁸⁵.

MKH‘ler bağ dokunun ana hücreleridir. Bu hücreler ilk kez 1976 yılında Friedenstein⁸⁶ tarafından tanımlanmıştır. Friedenstein, kemik iliği kültüründe fötal dana serumu kullanarak adezyon yeteneği gösteren, morfolojik olarak fibroblastlara benzeyen hücre kolonilerinin bulunduğunu ve bunların kemik, yağ ve kıkırdak hücrelerine farklılaşma yeteneğine sahip olduklarını göstermiştir. Yıllar sonra yapılan çalışmalarda hematopoetik özellikte olmayan bu pluripotent hücrelerin her üç germ yaprağına ait hücrelere farklılaşma yeteneğine sahip olduğu gösterilmiştir. Önceleri, CFU-f (Colony Forming Unit-fibroblast) ve ―Kemik iliği stromal fibroblastları denilen bu hücreler daha sonra mezenkimal kök/stromal hücre olarak tanımlanmışlardır^86,87.

Organizmanın en zengin kök hücre kaynaklarından biri olan kemik iliği, mezodermden köken alan hematopoetik, endotel ve mezenkimal kök/progenitör hücreleri barındırmaktadır⁸⁸. Farklı çalışmalarda kemik iliği aspirasyonunda 1x10⁶ mononükleer hücre içerisinde ortalama 2 ile 100 arasında değişen sayıda MKH bulunduğu belirlenmiştir. Kemik iliği dışında birçok dokudan da MKH izole edilebilmektedir. Katı dokulardan MKH izolasyonunda enzimatik yöntemler kullanılmaktadır. MKH‘lerin, elde edildikleri dokudan bağımsız olarak plastik doku kültür kaplarına yapışabilme, fibroblastoid morfoloji gösterme, çok yönlü farklılaşabilme ve bazı yüzey belirteçleri taşımaları gibi birçok özellikleri vardır. Bu özellikler büyük ölçüde benzerlik gösterir; ancak farklılaşma kapasitesi ve fonksiyonel

özelliklerinde, köken alınan doku tipine göre bazı değişiklikler gösterebildikleri de belirlenmiştir. Bulundukları mikroçevreye ve organizmada ihtiyaç duyulma haline bağlı olarak, MKH‘lerin biyolojik özellikleri ve fonksiyonlarında önemli değişiklikler olduğu da gösterilmiştir⁸⁹.

2.9.2.3. MKH’lerin Yüzey Molekül Özellikleri

Heterojen hücre topluluğu ile başlanan kültürlerde MKH popülasyonunu diğer hücre popülasyonlarından ayırt etmek için hematopoetik kök hücreler (HKH) veya hücrelerin izole edildiği dokuya özgü antijenleri taşımamaları gerekmektedir. Buna karşın adezyon, hücre-hücre, hücre-hücre dışı matris ilişkilerinde rol oynayan ve stromaya özgü antijenleri yüksek oranda eksprese ettikleri bilinmektedir. Bununla birlikte MKH‘leri tanımlayabilecek spesifik bir antijen henüz tanımlanmamıştır⁹⁰.

Kemik iliğinden elde edilmiş ve kültürde çoğaltılmış MKH‘lerin akım sitometri ile hücre yüzey molekül özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. Buna göre hücre popülasyonunda CD45, CD34, CD14 veya CD11b, HLA sınıf II, CD79α veya CD19 gibi hematopoetik antijenlerdeki pozitiflik oranının %2‘yi geçmemesi gerekmektedir.

Buna karşın, MKH‘ler stroma ile ilgili antijenlerden CD73, CD90, CD29, CD44 pozitif olmalıdır. Uluslar arası Hücresel Tedavi Derneği (International Society for Cellular Therapy, ISCT) kriterlerine göre MKH popülasyonunda %95 veya daha fazlasının CD105 (endoglin), CD73 (ekto-5´-nükleotidaz), CD90 (Thy-1) antijenleri yönünden pozitif olması gerekmektedir^89,91.

2.9.2.4. MKH’lerin Sekretuar ve İmmünmodulatuar Özellikleri

Çeşitli dokularda destek hücresi olarak bulunmakta olan MKH‘ler, bu özellikleri ile ilişkili olarak çok sayıda biyoaktif molekül, sitokin, kemokin, enzim ve hücre dışı matris proteinlerini sentezlemektedir. Kemik iliği MKH‘leri hematopoetik hücreler için gerekli makrofaj koloni stimule eden faktör (M-CSF), Flt- ligand, kök hücre faktörü (Stem cell factor/SCF) gibi büyüme faktörlerini salgılamaktadır. Ayrıca MKH‘lerden interlökin-6 (IL-6) , IL-7, IL-8, IL-11, IL-12, IL-14, IL-15 gibi sitokinler yanı sıra başlıca SDF1-alfa (Stromal Derived Factor-1alfa/CXCL12), monosit kemoatraktan

protein (Monocyte Chemoattractant Protein-1/MCP-1) olmak üzere kemokinler de sentezlenmektedir⁹².

MKH‘lerin in vivo uygulamalar için en avantajlı özelliklerinden birisi, bu hücrelerin immünojenitesinin düşük olması ve immün sistemi baskılayıcı özellikte olmalarıdır. Bu immün-düzenleyici özellik yanında anti-inflamatuar etki de göstermektedirler. Ayrıca T lenfosit aktivasyonu ve alloreaktif reaksiyonları önler, aktive B lenfositleri inhibe eder ve regülatör T hücreleri uyarırlar. Böylece hayvan ve insanlarda lenfosit proliferasyonunu engelleyerek immünsüpresif etki gösterdikleri bildirilmiştir. Bunun yanında doz bağımlı olarak bazı koşullarda immün sistem üzerine uyarıcı etkileri olabileceği de gösterilmiştir⁹³. MKH‘lerin sekretuar fonksiyonunda immünomodulatuar etkili faktörler yanında antiapoptotik, anjiyojenik, antifibrotik özellikleri de bulunmaktadır. Bu özellikler ile MKH‘lerin hasar onarımındaki rolleri açıklanmaktadır.

2.9.2.5. MKH’lerin Farklılaşma Potansiyeli

MKH‘lerin, özellikle rejeneratif tıp uygulamaları için en çok ilgi çeken özelliği, bu hücrelerin uygun mikroçevre koşullarında başta konnektif doku olmak üzere çok çeşitli hücre tiplerine farklılaşabilme potansiyelinin gösterilmiş olmasıdır. Caplan⁹⁴ ve arkadaşlarının ardından çeşitli araştırıcılar in vitro koşullarda uygun stimülanlarla osteojenik (kemik yapıcı), adipojenik (yağ yapıcı), kondrojenik (kıkırdak yapıcı), miyojenik (kas yapıcı) farklılaşma kapasitelerini ve hematopoetik stroma oluşturabildiklerini göstermiştir. Kök hücre plastisitesi, bir hücrenin köken aldıkları dokuların dışındaki dokulara farklılaşma özelliğini tanımlamaktadır⁸⁹. Kemik iliği kökenli kök hücreler ile yapılan çalışmalarda, bu hücrelerin miyoblast⁹⁵, hepatik⁹⁶, kardiyak⁹⁷, renal⁹⁸ ve nöral hücrelere⁹⁹ farklılaşabildiği gösterilmiştir.

MKH‘ler vücuttaki hasarlı inflamasyon bölgesine göç edip; o bölgeye ait hücrelere farklılaşarak, yara iyileşmesine yardımcı olmaktadırlar. Aynı özelliği hasarlı bölgeye transplante edilen MKH‘ler de gerçekleştirmektedir.

Bağ doku dışındaki dokularda MKH‘ler ile hasar onarımında rol oynayan temel mekanizmaların solübl faktörler ve hücre-hücre ilişkileri yoluyla hasarlı hücrelerin onarımında destek hücresi olarak etki göstermeleri ve immünmodulatuar/anti-inflamatuvar özellikleri sayesinde bir taraftan rejeksiyonun diğer taraftan skar dokusu

gelişiminin önlenmesine katkıları ile ilişkili olduğu sanılmaktadır. Buna karşılık, bağ doku kökenli dokuların onarımında MKH‘lerin farklılaşma özelliğinin de aktif rolü olabileceği düşünülmektedir¹⁰⁰.

2.9.2.6. MKH’lerin Hasarlı Doku Tamirine Katkısı

Hasarın iyileştirilmesinde etkili mekanizmalar; MKH‘lerin farklılaşarak olgun fonksiyonel hücrelere dönüşmesi, hasarlı hücre-MKH füzyonu sonucu hücre fonksiyonunun yeniden kazanılması, MKH‘nin hasarlı dokuda hücre-hücre, hücre-hücre dışı matris ilişkileri ve solübl faktörlerin (büyüme faktörü, sitokin, kemokin vs.), parakrin faktörlerin, enzimlerin salınımı veya immünmodülatör, inflamatuar, anti-apoptotik, anjiyogenik etki göstermek yoluyla hasarın giderilmesine katkıları olarak sayılabilir. Burada en önemli mekanizmanın solübl faktörler ve hücre-matris arasındaki adeziv ilişkiler sayesinde olduğu düşünülmektedir⁵.

MKH‘lerin bulundukları bölgelerdeki nişlerinden, hasarlı dokuya doğru migrasyonu (göçü) gerekmektedir. Bunu sağlayan uyarının da, hasarlı dokunun değişen mikroçevresinden geldiği gösterilmiştir. Hasarlı bölgede salınan solübl faktörlerden SDF-1 (Stromal Derived Factor-1/CXCL12), MCP-1 (Macrophage Chemoattractant Protein-1) ve kompleman C3a fraksiyonunun önemli rolü olduğu ileri sürülmektedir¹⁰¹.

2.9.2.7. MKH’lerin Klinik Kullanımı Açısından Avantajları

MKH‘lerin klinik uygulamalarda sağladıkları avantajlar aşağıdaki gibidir;

1) Bağ doku hücrelerine farklılaşmaları nedeniyle stromal destek sağlayarak ilgili doku hücrelerinin gelişimine ve fonksiyonuna katkı sağlamaları,

2) Farklılaşma yeteneklerinin olması;

a) Kendi köken aldığı mezenkimal doku hücreleri olan kas, yağ, kemik, kıkırdak, stromal hücreler, tendon, ligament ve

b) Diğer doku hücrelerine farklılaşma özelliği (transdiferansiasyon; nöron, hepatik, pankreatik gibi)^102,103.

3) Hasarlı hücre ile füzyon yeteneğinin olması,

4) Büyüme faktörleri, sitokin ve kemokinler gibi çözünür faktörler salgılayarak hasarlı

5) Migrasyon özellikleri sayesinde hasarlı dokuya ulaşabilmeleri,

6) İmmünsüpresif/non-immünojenik özellikte olmaları; bu özellikleri nedeniyle MKH‘lerin klinik kullanımı için HLA doku uyumu gerekmemesi,

7) Anjiyojenik, antiapoptotik, anti-inflamatuar özellikleri nedeniyle doku onarımına katkıda bulunmaları,

8) Gen transferi kolaylığı ve dayanıklı olmaları nedeniyle gen tedavisi için uygun olmaları; bu nedenle kalıtsal hastalıklarda ve kanser tedavisinde kullanım potansiyeli bulunması hücresel tedaviler içinde MKH‘lerin öne çıkmasını sağlamaktadır^104,105.