Kök Hücre Kavramı ve Klinik Uygulamaları

Prof. Dr. Teoman SOYSALİ.Ü. Cerrahpaşa Tıp F

İç Hastalıkları AD Hematoloji BD

1. Kök hücre kavramı ve kök hücre tipleri

2. Kök hücre ile ilgili potansiyel tedavi olasılıkları

3. Hematopoetik (kan yapıcı) kök hücre kavramı

4. Habis hematolojik hastalıklarda tedavi prensipleri ve hematopoetik kök hücre nakli• Tanım• Yöntem• Sonuçlar

İçerik

“omnis cellula e cellula” “Her hücre bir hücreden meydana

gelir.”

Dr. Rudolph Virchow

“Stem Cell” veya “Kök Hücre”

Tanım:• Vücutta çeşitli hücre tiplerine

dönüşme potansiyeline sahip hücreler

Önemi• Canlılığın devamı• Bazı hastalıkların altında yatan

nedenler• Bazı hastalıkların tedavisi

– Metabolik – Dejeneratif– İmmünolojik– Habis– Genetik

Ör: Rejeneratif tıp Hematopoetik kök hücre nakli

Canlılardan örnekler• Sequoia sempervirens (kızıl ağaç): kök

hücre rezervuarı 2000 yıldan fazla aktif kalabiliyor

• Arabidopsis thaliana bitkisi : kökünde kök hücre nişleri var

• Notophtalmus viridescens (sürüngen): deri, kuyruk,ve ekstremiteler hasar ardından yenileniyor

• Zebra balığı: Yüzgeç, pullar, spinal kord ve kalbi yenilenebiliyor

• vd

TarihçeVirchow (1821-1902): “omnis cellula e cellula”

Julius Friedrich Cohnheim (1839-1884):Yaraları

iyileştiren hücreler kandan (Kİ) geliyor

Ernst Haeckel (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

Ord Prof Dr Süreyya Tahsin Aygün

– 1924: İstiklal madalyası (antrax aşısı)

– 1964: Hücre kültürü çalışmaları ile Pieter Pijl Prijo (Hollanda) ödülü

– 1979 yılında kalp kültür hücresi nakledilen organizmalarda hücrelerin kalbe yerleşip yaşamlarını sürdürdüğünü belirtti

• Transplantasyon– Böbrek: 1954 (Murray ve Holden)– Kemik iliği : 1957-58 (Thomas)

• Kök Hücre – Fare embryonal KH: 1981 (Kaufman)– İnsan embryonal KH: 1998 (Thomson)

Kök Hücrenin Genel Özellikleri

1. Farklılaşma / plastisite2. Çoğalabilme3. Kendini kopyalama

– Hücrenin kendi kopyasını ,kendi yedeğini oluşturması

• Kök hücre havuzu yaşam boyu yeterlidir

Kök Hücreler

Embryonik Kök Hücre (pluripotent)

Erişkin (somatik) Kök Hücre (unipotent)

Somatik hücre

İndüklenmiş pluripotent kök hücre

Totus= bütün

Pluripotent

Yetişkin / dokuya özel kök hücreler

Ovum + sperm h = zigot

Blastokist

Unipotent

Farklı doku/hücre oluşturma yeteneği

4-5. gün:Morula

6-7. gün : Blastokist

EKH

Multipotent

Totipotent

KÖK HÜCRE TİPLERİİsim Tip (yerleşim) Farklanm

a etkinliğiFarklanma yönü

Embryonal Kök Hücre

Morula aşamasındaki h

Totipotent Embryon ve embryon dışı tabakalar

Embryonal Kök Hücre

Blastokist iç hücre kitlesi

Pluripotent Embryon gövdesiSomatik ve germ h’leri

Embryonal Kök Hücre

Gastrula aşamasındaki epiblast

Pluripotent Endoderm, mezoderm, ektoderm

Embryonal Kök Hücre

Ektoderm , endoderm ve mezoderm h’leri

Pluripotent Tüm somatik hücreler

Yetişkin Kök Hücre

Özgün doku hücreleri

Multipotent Birden daha fazla türde hücre: Ör: dokunun tamamını oluşturma yeteneği Hematopoetik kök hücre : eritrosit , lökosit,trombosit

Yetişkin Kök Hücre

Bir dokudaki yerleşik hücreler

Unipotent Bir hücre tipi ör: kas dokusundaki uydu h

Embriyonik Kök Hücre (EKH)

• Embriyonik kök hücre embriyodan elde edilir– İn-vitro fertilizasyon sonucu fertilize olmuş ve

bağışlanmış bir yumurtadan elde edilir• 4-5 günlük embriyo blastokist adını alır.• Eğer blastokistin bir köşesinde 30 kadar

hücreden oluşan iç hücre kitlesi alınıp kültür ortamında bekletilirse EKH oluşur

Embryonik Kök Hücre

• Totipotent Pluripotent• Kültür ortamlarında diferansiye olmaksızın 1-2 yıl

üreme– Telomeraz aktivitesi yüksek

• Yüksek membran alkalen fosfataz aktivitesi • oct-4 transkripsiyonal faktörü ekspresyonu• Hayvan deneylerinde teratom oluşturma

EKH Nasıl Elde Ediliyor ?

EKH Nasıl Elde Ediliyor ?

Ovum

Sperm

Zigot Blastokist

İç hücre kitlesi

Trofektoderm

İn vitro fertilizasyon

Pluripotent EKH dizileri

Tedavi amaçlı kopyalama (Somatik hücre çekirdek transferi)

ovum

Ayrılmış çekirdek

Somatik (vücut) hücresi Ayrılmış

çekirdek

Çekirdek transferi

Somatik hücre çekirdeği aktarılmış ovum

Hücre bölünme işleminin uyarılması

blastokist

Embryonik kök hücre dizisi

Rejeneratif tıp uygulamaları

Üreme amaçlı kopyalamaSTOP

İn-vitro koşularda embriyonik kök hücreden oluşan hücreler

• Nöral hücreler,astrosit,oligodendrosit

• Hematopoetik kök hücre• İnsülin salgılayan hücreler• Kardiyomyosit• Hepatosit• Endotelial hücreler

EKH: Rejeneratif Tıp Açısından Geleceği

• Hayvan deneyleri– Diyabet– Alzheimer– Multiple skleroz– Medulla spinalis lezyonları– Karaciğer hastalıkarı– Maküla dejenerasyonu – vd

EtikTeratojenik Tümör oluşumuDoku reddi

PROBLEMLER

Adrian K, Biochem. J. (2010)

İnsan pluripotent kök hücreleri

EKHBlastokistin iç hücre kütlesindenKendini yenileme

Farklılaşma

İPKHİndüklenmiş Pluripotent KH(Somatik Hücre kaynaklı)

Hücre yerine koyma

Sinir h

Retina h

Kalp kası h

Karaciğer h

Pankreas Beta h

Embryonik gen transferi

Somatik hücreÖr: fibroblast

İndüklenmiş pluripotent kök hücre

Yamanaka kokteyli:(Oct4,Sox2,c-Myc,Klf4,Lin28 vd)

Etik problem aşılırFakatMikroRNA değişimiTm riski+Epigenetik hafıza

Çeşitli doku hücreleri

Çeşitli doku hücreleri

EKH Çalışmaları

……..2010: • > 600 EKH elde edilmiş durumda http://www.

hescreg.eu/

• FDA onaylı 2 EKH çalışması (Faz I)– Paraplejide : EKH sinir hücresi

(oligodendrosit)

– Retinitis pigmentosa: EKH retinal hücreler

Adult (erişkin) Kök Hücre

TANIM:• Bir doku veya organda

bulunan,kendini yenileme (kopyalama) ve bulunduğu organ veya doku hücrelerine dönüşme (farklanma) potansiyeli olan hücrelerdir.

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

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 , medulla

spinalis• Periferik kan• Damarlar• Dişler• Deri• İskelet kası• Kalp kası• Barsak• Karaciğer, akciğer• Meme dokusu• Overler ve testisler

vd

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.

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 potansiyeli PLASTİSİTE adını alır.

Mezenkimal kök hücreH Kök hücre nişi

İmmün modülasyon

B ve T lenfositler

Dendritik hücreler

NK hücreler

Doku rejenerasyonuParakrin etkiler

Soluble faktörler

Anti-enflamasyon

Angiogenez

Engraftman

GVHH

Doku onarı

mı

KİKordon kanı Yağ dokusuAmnios sıvısı ve plasentadan elde edilebilir

Osteoblast,Adiposit,Kondrosit,Hepatosit benzeri,Epitel,Endotel veNöral hücreler geliştirebilir

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

• Kardiyoloji• Nöroloji• Endokrinoloji• Ortopedi• Plastik Cerrahi• KBB• Göz …….vd

REJENERATİF TIP

Doku veya organın yeniden oluşturulması/onarımı

İmmünomodülatör etkiler

Sınırlı çoğalma yeteneği?Dokuda devamlılıkları ?Genetik değişiklik?

Yapay mesane Atala ve ark 2006

Trakea Macchiarini ve ark 2008Yanık tedavisi, kemik dokusu, kornea

• Kardiyoloji• Nöroloji• Endokrinoloji• Ortopedi• Plastik Cerrahi• KBB• Göz …….vd

• Hematopoetik kök hücreden yeniden hematopoez oluşturma

REJENERATİF TIPDeneysel !!!!!!

Hematopoetik kök hücre nakliKanıtlanmış!!!!!!!!

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. Paulsen And K. ReimersCANCER BIOTHERAPY & RADIOPHARMACEUTICALS 17; 2002,405-426

Hematopoetik kök hücre

Mikst miyeloid kök hücre Lenfoid kök hücre

BFU-E CFU-GM CFU-Baz CFU-Eo CFU-Meg T B

CFU-E CFU-M CFU-G

Trombosit

NK

Ve Plazma h

Nötrofil EozinofilBazofil

Lenfosit

MonositRBC

Trombosit

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.

Habis Hematolojik Hastalıklarda Tedavi Hedefi: Yanıt ?

• Başlangıç hedefi: Tam yanıt (Remisyon)• Zamana dayalı hedef: Şifa (kür)

Akut lösemi

KT

Tam Yanıt

Lösemik hücre:109

Yanıt ?

• Başlangıç hedefi:Tam yanıt (Remisyon)• Zamana dayalı hedef: Şifa (kür)

Akut lösemi

KT

Tam Yanıt

Lösemik hücre:109

Nüks

Yanıt ?

Akut lösemi

KT

TamYanıt

Lösemik hücre:109

Tam yanıt sonrası tedaviler

Yanıt ?

Akut lösemi

KT

TamYanıt

Lösemik hücre:109

Nüks

Nüks tedavisi

Kemoterapi:Kavramlar

• Hızlı çoğalan hücrelerin kemoterapiye duyarlılığı fazladır.

• Hematolojik kanser hücreleri hızlı çoğalırlar.

Kemoterapi:Kavramlar

• Tümör miktarının iki katına çıkış süresi

1, 2, 3........................................................................ gün

Lösemi Solid tümörler

Lenfoma

Kemoterapi

• Habis hematolojik hastalıklar kemoterapiye genel olarak duyarlıdır.

• Daha etkin tümör eradikasyonu için tümör dokusu logaritmik olarak azaltılmalıdır.

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

Logaritmik azaltma

Tümör hücre sayısı:109

Tümör hücre sayısı:106

- 999.000.000

KT:Doz= x

KT:Doz= 2x

Tümör hücre sayısı:109

Tümör hücre sayısı:105

- 999.900.000

• Daha etkin tümör eradikasyonu için tümör dokusu logaritmik olarak azaltılmalıdır.

Yüksek kemoterapi dozu Toksisite

Sınırlayıcı Toksisite Yok

Kemik iliği Toksisitesi

Diğer (Ölümcül) Toksisite

Kür İçin Gerekli Doz Artışı

DOZ

YanıtZarar

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

• 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.

Kemik İliği Nakli

Hematopoetik Kök Hücre Nakli (HKHN)

Donell E. Thomas

İlk HKHN 1957

HKHN İşlem Özeti

Habis hastalık• Lösemi• vd

Yüksek doz Kt/Rt• Tümör

eradikasyonu• Kök hücre

hasarı

Yeni kök hücre verilmesi; NAKİL

Hematopoez± Anti-Tm etki

BaşkasındanVeya Kendisinden

Nakil Tipleri:Terminoloji

• Otolog• Allogeneik

– HLA uyumlu : • Akraba• Akraba dışı

– HLA uyumsuz• Akraba• Akraba dışı

• Sinjeneik (tek yumurta ikizi)

Kemik İliği

Kan

Kordon Kanı

Kök Hücre Kaynakları

kök hücrelerin kandan toplanması

(aferez)

Kordon Kanı

Lösemi, veya Kİ yetmezliği (AA) vd

HLA uygun donör

Hazırlık rejimi (Kemoterapi +/- Rt ) veya immünsupresif tedavi

Kİ , PKH, Kordon

Allogeneik kök hücre nakli : 0. gün

Engraftman (2-4 hafta) (yeni iliğin oluşumu) ve sağlıklı kan yapımı

GVHH profilaksisi: İmmünsupresif tedavi

+/- Komplikasyonlar

Uzun dönem takip

İzola

syon

ALLO-HKHN

Lenfoma

Yanıt

Nüks

İlk Tedavi

Kök hücreler toplanır, saklanır

Yüksek doz kemo/radyoterapi

Tm eradikasyonuMiyeloablasyon

Kök hücreler hastaya geri verilir

Hematopoetik toparlanma (kan yapımı)

Nüks için kurtarma tedavisi

Otolog-HKHN

Otolog HKHN• Donör gerekmez• Yaş: ≤ 60-70• Mortalitesi düşüktür• Yeniden kan yapımı

(ort):15 gün

• Nüks oranı yüksektir• GVHH ve GVT yoktur

Allo- HKHN• Donör gerekir• Yaş: ≤ 45-60• Mortalitesi yüksektir• Yeniden kan yapımı :

(ort) ≥ 21 gün

• Nüks oranı düşüktür• GVHH ve GVT vardır

HKHN Yapılan Bazı Hastalıklar

Allo• Akut lösemilerve Miyelodisplastik

sendrom• Kronik lösemiler• Lenfomalar• M. Miyelom• Aplastik anemi• Hemoglobinopatiler• Diğer

Otolog• M.Miyelom• Lenfomalar• Akut lösemiler• Kronik lösemiler

KÖK HÜCRE NAKLİ-2010: TÜRKİYE

293374

443 498 460

665801 855

986

1203

708

0200400600800100012001400

2000 2002 2004 2006 2008 2010

TC Sağlık Bakanlığı, 2010

• 38 nakil

merkezi

• >80 uzman

hekim

• 1400 nakil

– 708 (ilk 6

ay)

– 10 yılda 5

kat artış

KomplikasyonlarAllogeneik• Erken

– Kemo-Rt komplikasyonları• Mukozit / diyare /beslenme boz.• Organ komplikasyonları• VOH , hemorajik sistit,int

pnömoni– İnfeksiyonlar– Akut GVHH– Rejeksiyon /engraftman

yetersizliği– Diğer

• Geç– Kronik GVHH– İkincil Tm– Endokrin/büyüme gelişme

sorunu– Sterilite– Katarakt– Nüks– Diğer

Otolog• Erken

– Kemo-Rt komplikasyonları• Mukozit / diyare /beslenme boz.• Organ komplikasyonları• VOH , hemorajik sistit,int

pnömoni– İnfeksiyonlar– Engraftman yetersizliği– Diğer

• Geç

– Nüks– İkincil Tm– Endokrin/büyüme gelişme

sorunu– Sterilite– Diğer

KML 1. Kr Faz 71

Akselere Faz 56

KLL 51 58 77

Tanı Evre Allogeneik Otolog

Akraba Akraba dışı

AML 1. Remisyon 59 45 50

>1. Remisyon 25-49 20-43 21-50

ALL >20 yaş

1. Remisyon 49 43

>1. Remisyon 20-34 15-32

Lösemilerde Farklı Nakil Tipleri İle 3 Yıllık Yaşam Olasılığı (%) (CIBMTR

verileri)

Tanı Evre/ Hastalık tipi Allogeneik Otolog

Kardeş Akraba dışı

Aplastik A < 20 yaş 86 65

> 20 yaş 74 56

Hodgkin 2. Tam remisyon 82

Remisyon yok

Dirençli hastalık7051

Tümü 38 32Foliküler Lenfoma

Kemoterapi duyarlı

Dirençli hastalık6764

74 56

Diffüz B H Kemoterapi duyarlı

Dirençli hastalık3921

6236

M Miyelom 47 68

Aplastik Anemi, Lenfoma ve M Miyeloma OlgularındaFarklı Nakil Tipleri İle 3 Yıllık Yaşam Olasılığı (%) (CIBMTR verileri)

2007 2008 2009 2010

100

80

60

20

40

%76

%

1992

%93

Cerrahpaşa Deneyimi: Tüm nakiller, toplam sağkalım

Genel sağkalım ortalaması