Omurilik hasarı: kök...
Transcript of Omurilik hasarı: kök...
Omurilik hasarı: kök hücreler
cevaba sahip mi?
Omurilik hasarı tipik olarak kalıcı felce yol açar ve şu an için
tedavisi olmayan bir durumdur. Kök hücre tedavisi umut
sağlayabilir mi?
Andrew Brown
Çeviri
Canbolat Gürses ve Hikmet Geçkil
İnönü Üniversitesi
Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü
Amerikalı aktör ve aktivist Christopher
Reeve 1978’de hâsılat rekoru kıran
Superman filminde öne çıkan rolüyle
hatırlanacak. Perde önü ve arkasındaki
aktif hayatının acı bir kaza sonucu altüst
olup, 2004’teki ölümüne kadar
boynundan aşağısının felç olması ile de
hatırlanacak.
Mayıs 1995’te, bir binicilik yarışması
sırasında, Reeve atından kafa üstü düştü.
Vücudunun ağırlığı omurgasına binerek
boynundaki iki omurunun kırılmasına ve
aşırı derecede omurilik hasarınaw1 neden
olduw1
.
Bu kaza sırasında kan, kemik, hücre ve
molekül düzeyinde ne oldu da bu durum
onun hayat boyu felç kalmasına neden
oldu? Kök hücrelere dayalı yeni tedaviler,
omurilik hasarına bağlı felç insanlara umut
vaat etmekte midir? Bu tedavi şekli, bu
insanların vücutlarının ve hayatlarının
kontrolünü tekrar ellerine almalarında
yardımcı olabilir mi?
Omurilik hasarı nedir?
Omurilik, beyninizi vücudunuzun kalanına
bağlayan bir bilgi otoyoludur (Şekil 1).
38 I Science in School I Issue 26 : Spring 2013
Christopher Reeve, 2003’de
Massachusetts Teknoloji
Enstitüsünde (ABD) sinir bilim
konferansında kök hücrelerinin
potansiyel yararlarını tartışıyor.
Omurilik hasarları genellikle spor veya Bu durum, yaralanmanın olduğu yerden
araba kazaları gibi ani travmalardan aşağıda kalan tüm vücutta duyu ve motor
kaynaklanır. Bu tür kazalarda omurga kontrolünün kaybolmasına sebep olur
kayarak veya parçalanarak omurilik (Şekil 2).
dokusunun içine girer ve aksonlara
zarar verir.
Bir omurganın yatay kesiti
A B
Omurilik
Omurga Omur siniri Şekil 1: Omuriliğin anatomisi ve işlevi.
www.scienceinschool.org
Biy
olo
ji
GÖ
RÜ
Ş
Bilim konuları
Biyoloji
Fizik Kimya Tıp Sinir sistemi Kök hücreler Hücre çoğalması ve farklılaşması Bağışıklık sistemi Biyokimya 11+ Yaş
Bu makale, insanlardaki omurilik hasarının çeşitli
sonuçlarına odaklanmakta, bilimin geldiği son noktayı
sunmakta ve kök hücrelere dayanarak gelecekteki
potansiyel tedavileri göz önünde bulundurmaktadır.
Christopher Reeve Superman’in durumu ile genç öğrenciler
(yaşları 11-14) sinir sistemini (örn., yay refleksi) çalışmaya
motive edilebilir. Ancak, metnin basitleştirilmesi gerekli
olacaktır.
Sunulan detay seviyesi dolayısıyla makale özellikle
ortaokul üstü öğrenciler (15-18 yaşları) içindir. Sinir
sisteminin anatomi ve fizyolojisi, bağışıklık sisteminin
fizyolojisi, hücre çoğalması ve farklılaşmasını içeren
konularla bağlantılıdır. Önerilen kaynakların listesi
makaleyi iyi bir şekilde tamamlamaktadır.
Makale, fizik ve kimyaya ilişkili disiplinlerarası araştırma
projeleri için de başlangıç noktası olarak kullanılabilir. Bu
gibi projeler için konular: Hasarlı hücreler serbest radikal-
ler neden hücrelere zararlıdır? Serbest radikallerle hangi
moleküller öncelikli olarak reaksiyona giriyor? Niçin kan
ve omurilik hücreleri arasındaki besin ve moleküllerin
değişimiyle ödem etkisi azalır? Hangi tip moleküller
omurilik tamirini teşvik edebilir?
Bu makale kavrama ve genişletilmiş etkinliklerin temeli
olarak kullanılabilir:
1. Özel nöral hücreler yaratmaktaki potansiyellerini göz
önüne alarak, pluripotent kök hücrelerin nöral olmayan
yetişkin kök hücrelerden ve nöral kök hücrelerden
(yetişkinlerden veya embriyolardan) farkını belirle. Bunu
gen düzenlenmesi mekanizmasıyla ilişkilendir.
2. “Pluripotent kök hücreler embriyolardan (embriyonik
kök hücreler) elde edilebilir veya deri hücreleriw2 gibi
özelleşmiş hücrelerden laboratuvarda (indüklenmiş
pluripotent kök hücreler) oluşturulabilir.” “Pluripotent kök
hücrelerin hayvanlara transplantasyonu tümör oluşması
gibi çeşitli ciddi yan etkilere yol açar.” Bu cümleleri hücre
farklılaşması ve genetik düzenleme süreçleriyle
ilişkilendir.
3. “Kök hücrelerin transplantasyonu hassas bir cerrahi
prosedür gerektirdiği ve embriyonik ve nöral kök hücre
durumlarında immün sistemin yeni tanıtılan hücreleri
reddedebileceği risklere sahiptir.” Bu risk için sorumlu
biyolojik mekanizmayı açıklayın.
Betina da Silva Lopes, Portekiz
Resimler: Debivort / Wikimedia Commons (vertebra) / Wikimedia Commons (neuron); Barnabé-Heider & Frisén (2008), Elsevier’in izniyle.
Omurilik, beyin sapından bele kadar
uzanan yumuşak, jelimsi bir yapıdır (A).
Uzunluğu 38 ila 43 cm, kalınlığı başparmak
genişliğindedir. Omurilik, omurga sütununun
33 sıkı omurunun içinden geçen oyuklu
kanala oturur (B).
C
Akson
Omurilik sinirleri (periferal sinir
sisteminin parçası) omuriliğin
uzunluğu boyunca çeşitli aralıklarla
bağlıdır ve vücudun spesifik
bölgelerine uzanır. Omurilik ve beyin
merkezi sinir sistemini oluşturur.
Oligodendrosit
Miyelin kılıf
Duyu alımı (duyu aksonları) veya motor direktifler (motor aksonları)
www.scienceinschool.org
Omurilik duyu ve motor sinirlerini içerir (C). Duyu aksonları vücuttan beyne his
bilgilerini taşır, oysa motor aksonları istemli ve istemsiz motor hareketlerini ters
yönde taşır. Omurilik sinirleri, çeşitli gliyal hücreler tarafindan desteklenirler. Örneğin
bu gliyal hücrelerden oligodentrositler aksonların etrafındaki myelinleri sararak onları
yalıtırak, akson potansiyelinin hızlı ve etkili iletimini sağlarken, astrositler diğer sinir
hücreleri için besleyici madde sağlama ve büyüme faktörleri salınımı gibi çoklu
fonksiyonlara sahiptir.
Science in School I Issue 26 : Spring 2013 I 39
Sağrı
Bel
Gögü
s Se
rvic
al
Resim: Barnabé-Heider & Frisén (2008), Elsevier’den.
A
Omurilik
Şekil 2: Omurilik yaralanmasının sakatlık etkisinin doku seviyesinde görünüşü. Omurilik hasarının
çoğu genel nedeni travma
Omurganın bölgeleri
B
yüzünden kırılan ya da
yerinden çıkan omurga
Hasar bölgesi
Travmanın ikincil etkisine bağlı
olan kan ihtiyacındaki değişiklik,
bağışıklık yanıtı, serbest radikal-
lerin ve uyarıcı nörotransmitter-
lerin artması gibi sebeplerden
dolayı, omurilik yaralanmasının
olduğu yer ve çevresinde birçok
kaynaklıdır (A). Felç ve his
kaybı yaralanmanın olduğu
bölgenin alt kısmında meydana
gelir (B’deki koyu gri bölgeler).
hücre çeşidi ölür (omurilik yaralanma-
sının ikincil etkileri için kutucuğa
bakınız).
Varolan tedaviler:hasar sınırlandırılması
Omurilik hasarı sonucu meydana gelen
hücre kaybı vücudun kendisi tarafından
yerine konamaz ve böylece omurilik
Şekil 3: Omurilik hasarının potansiyel semptomları
Düzensiz kalp atışı Solunum ve düşük kan basıncı güçlüğü Felç Duyu kaybı Cinsel fonksiyon kaybı
Ağrı Mesane ve bağırsak problemleri
Kan pıhtılarının
artamsı
Resim: Nicola Graf ’ın iznyle.
fonksiyonu kalıcı olarak kaybolur.
Günümüz kısa dönem tedavileri sadece
zararın azaltılmasını içerir (örn., omurilik
üzerindeki basıncı dindirilmek için
cerrahi müdahale). Uzun dönemde,
hastalara ağrı ve kazayla ilişkili
semptomları rahatlatıcı fizyoterapi ve
tedavilerin yanı sıra danışmanlık da
verilir (Şekil 3).
Omurilik hasarının şu an için tedavisi
olmayıp, yoğun fiziksel ve duygusal bir
sürece sebep olur. Ancak bazı bilim
çevreleri tarafından son zamanlarda kök
hücrelerin omurilik hasarındaki kullanım
potansiyelleri araştırılmaya başlanmıştır.
Kök hücre tedavileri
Kök hücreler hem özel hücre çeşitlerine
farklılaşabilir hem de kendi kendilerini
yenileyerek daha çok kök hücre üretebilir-
ler. Genel anlamda iki çesit kök hücre
vardır: herhangi bir vücut hücresine
farklılaşabilen pluripotent kök hücreler ve
sadece bazı tip hücrelere farklılaşabilen
yetişkin kök hücreler.
40 I Science in School I Issue 26 : Spring 2013 www.scienceinschool.org
Biy
olo
ji
AR
KA
PLA
N
Bilim konuları
Omurilik hasarının ikincil etkileri
Omurilik yaralanması sırasında yer alan ikincil etkiler
sinir ve oligodendrositleri içeren çok sayıda hücre
çeşidinin ölümüne yol açar.
Bu ikincil etkiler:
1. İskemi: uygun kan beslemesinin eksikliği (kan
damarlarının çatlamasına bağlı olarak). Bu, hücrelere
oksijen ve besin tedarikini azaltır.
2. Ödem: doku sıvısı toplanması. Bu, şişmeye yol
açar ve kanla omurilik hücreleri arasındaki besin
maddelerinin ve moleküllerin değişimindeki verimi
azaltır.
3. Bağışıklık istilası: yaralanma, yangı (enflamasyon) yanıtını
tetikleyerek yaralanma bölgesi ve civarındaki omuriliğe
bağışıklık hücrelerinin (nötrofil, T-hücreleri, makrofajlar ve
monositler) akın etmesine yol açar. Bu yanıt hem
koruyucu (örn., omurilik tamirini destekleyen
moleküllerin salınması ve hasarlı dokuların temizlenmesi)
ve hem de zararlı olabilir (örn., enflamasyondan sağlıklı
dokuların da etkilenmesi).
4. Nörotransmitter salınımı: glutamat uyarıcı bir
nörotransmitter olup, zarar görmüş nöronlar tarafından
bol miktarda salınır. Bu nörotransmitter sinir hücrelerinin
aşırı uyarılmasını sağlayarak, onların ölümüne ya da
işlevlerinin kaybolmasına neden olur.
5. Serbest radikal salınımı: hücre hasarı ve inflamasyon
yanıt, düzgün hücresel fonksiyonlar için çok önemli olan
moleküllerle reaksiyona girerek sinir hücrelerine başka
hasarlar veren serbest radikallerin düzeyini yükseltir.
Pluripotent kök hücreler embriyolardan
(embriyonik kök hücreler) elde edilebilir
veya deri hücreleriw2
gibi özelleşmiş
hücrelerden laboratuarda
oluşturulabilirler (indüklenmiş
pluripotent kök hücreler). Yetişkin kök
hücreler ise kemik iliği gibi çeşitli
dokularda bulunurlar. Omurilik yaralanmasında kök
hücrelerin kullanıldığı iki potansiyel
yaklaşım vardır: 1. Yaralanan bölgeye kök hücrelerin
transplantasyonu. 2. Hasar görmüş omurilikteki sinir kök
hücrelerinin kullanılması.
Her iki yaklaşımda da amaç, zarar
görmüş omurilik hücrelerinin yerine
bunlara dönüşecek kök hücreler
koymak veya dolaylı olarak iyileşmeyi
teşvik etmeye dayanır. Bu dolaylı yarar
kök hücrelerin kendisinden ya da
farklılaştıkları hücrelerden gelebilir.
1) Kök hücre transplantasyonu
Model hayvanlar (genellikle
kemirgenler) üzerinde yapılan omurilik
hasarı tedavi çalışmaları,
transplantasyon tedavisinin iyileşmeye
yardımcı olduğunu göstermiştir. Ancak,
bu iyileşmede hangi mekanizmaların
sorumlu olduğu henüz bilinmemektedir. www.scienceinschool.org
Bu çalışmalarda, üç çeşit kök hücre
kullanılır: pluripotent kök hücreler,
nöral olmayan yetişkin kök hücreler
ve nöral kök hücreler (yetişkinden
veya embriyodan elde edilen).
Pluripotent kök hücreler
Pluripotent kök hücrelerin hayvanlara
transplantasyonu tümör oluşumu gibi
çeşitli ciddi yan etkilere yol açar.
Omurilik yaralanmasının etkili
tedavisinde kullanılmadan önce bu
hücreler nöral progenitör hücrelere
(özel nöral hücrelerin belirli biçimlerine
farklılaşma potansiyeline sahip olan
hücreler) farklılaşmaları için muamele
edilir. Bir çalışma oligodendrosit
progenitör hücrelerin omurilik
yaralanmasına sahip sıçanlara
transplantasyonundan yedi gün sonra
aksonların yeniden miyelinlendiğini ve
sıçanların ayaklarını daha iyi hareket
ettirebildiklerini göstermiştir (Keirstead
ve ark., 2005).
Nöral olmayan yetişkin kök hücreler
Nöral olmayan yetişkin kök hücreler
kemik iliği, yağ dokusu ve plasenta gibi
çeşitli dokulardan çıkarılır. Bu kök
hücrelerin omurilik yaralanmasını dolaylı
olarak tamir etmede yardımcı oldukları
düşünülmektedir.
Birçok çalışma bu hücrelerin transplan-
tasyonundan sonra hayvanların daha iyi
hareket edip hissettiklerini gösternektedir
(Parr ve ark., 2007).
Nöral kök hücreler Nöral kök hücreler
embriyo veya yetişkinlerin sinir sistemlerinin
belli kısımlarından çıkarılır. Birçok çalışma
transplantasyon yapılan hücrelerin yeni
nöral hücrelerin büyümesine yardım eden
astrositlere farklılaştığını göstermektedir
(Enzmann ve ark., 2006; Pfeifer ve ark.,
2006). Geçen yıl yayınlanan bir araştırma,
nöral kök hücrelerin yaralanmaya karşı lokal
inflamatuar yanıtını yeniden
programlayabildiğini ve böylece makrofajlar
gibi yıkıcı bağışıklık hücrelerinin azaltılması
hasarlı omuriliğin iyileşmesini teşvik ettiğini
ortaya koymuştur (Cusimano ve ark., 2012).
Birçok araştırma, nöral kök hücre
transplantasyonundan sonra hayvanların
ayaklarını daha iyi hareket ettirdiğini ortaya
koymuştur.
2) Yerleşik kök hücrelerden yararlanma
Kök hücrelerin transplantasyonu riskli bir iş
olup hassas bir cerrahi prosedür gerektirir.
Eembriyonik ve nöral kök hücre kullanımı
durumlarında immün sistemin yeni
hücreleri reddedebileceği olasıdır.
Science in School I Issue 26 : Spring 2013 I 41
Omuriliğin kendi nöral kök hücreleri-
nin ilaç yardımı ile tedaviyi teşvik
etmesinde alternatif bir yaklaşım
olarak kullanılması bu riski azaltabilir
(Barnabé-Heider & Frisén, 2008).
Bu risklerin üstesinden gelinilse bile,
kök hücre iyileştirme tedavisi olarak
bilinen bu potansiyel terapideki
araştırma hala erken bir aşamadadır
ve hayvanlardaki omurilik hasarından
iyileşmeye yardımcı olup olmadığı
henüz gözlemlenmemiştir.
Küçük değişiklikler büyük farklar
yaratabilir İlişkili mekanizmayı anlamak, hayvanlar-
daki etkinin testi, insanlardaki klinik
deneme (tedavi geliştirme) süreçleri
yavaş ve karmaşıktır. En azından
şimdilik, transplantasyon tedavisi kök
hücrelerle omurilik hasarının tedavisi
için büyük bir umudu barındırmaktadır.
2010’da, Kalifornya’lı şirket Geron bu
yönteme dayanarak bir klinik denemew3
başlatmasına rağmen finansal
nedenlerden bunu durdurmak zorunda
kalmıştır. Son olarak, Zürih (İsviçre)’deki
Balgrist Üniversitesi Hastanesi, insan
beyin dokusundan elde edilen
hücrelerin kullanıldığı bir deneme
yürütüyor. Hasarlı omuriliğe bu
hücrelerin transplantasyonu ile vücut
etrafında bilgi taşıyan sinir ağı için
devrelerin yeniden kurulması umut
edilmektedirw4.
Çok yönlü doğasından dolayı omurilik
hasarının her hangi tek bir uygulamanın
sonucu tedavisinin yapılabilirliği
şüphelidir. Ancak çok küçük
gelişmeler bile hastaların hayatlarında
büyük bir fark yaratacaktır. Christopher
Reeve gibi boyundan altınızın felç
olduğunu hayal edin: kollarınızı hareket
ettirebilmeniz ve ellerinizle sıkıca
tutabilmeniz bile bağımlı veya bağımsız
yaşam arasında fark yaratırdı.
Teşekkür
Bu makale Eurostemcell websitew5
ve
Barnabé-Heider & Frisén (2008) derleme
makalesi için yaratılan bilgi formuna
dayanmaktadır.
Yazar, makalenin yazımı ve
planlanmasındaki yardımı için
Eurostemcell’den Kate Doherty’e
teşekkür etmektedir. University of
Cambridge, Klinik Sinirbilimleri
Bölümü’nden Dr Stefano Pluchino’ya
uzman tavsiyeleri için de teşekkürler.
Referanslar
Barnabé-Heider F, Frisén J (2008)
Stem cells for spinal cord repair. Cell Stem Cell 3(1): 16-24. doi: 10.1016/j. stem.2008.06.011
Cusimano M et al. (2012) Transplanted neural stem/precursor cells instruct phagocytes and reduce secondary tissue damage in the injured spinal cord. Brain. 135(2): 447-60. doi: 10.1093/brain/aws002
Enzmann GU et al. (2006) Func- tional considerations of stem cell transplantation therapy for spi- nal cord repair. Journal of Neuro- trauma 23: 479–495. doi: 10.1089/ neu.2006.23.479.
Keirstead HS et al. (2005). Human em- bryonic stem cell-derived oligoden- drocyte progenitor cell transplants remyelinate and restore locomotion after spinal cord injury. The Journal of Neuroscience 25: 4694–4705. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0311-05.2005
Parr AM et al. (2007). Bone marrow- derived mesenchymal stromal cells for the repair of central nervous system injury. Bone Marrow Trans- plant 40: 609–619. doi: 10.1038/ sj.bmt.1705757
Pfeifer K et al. (2006). Autologous adult rodent neural progenitor cell transplantation represents a feasible strategy to promote structural repair in the chronically injured spinal cord. Regenerative Medicine 1: 255– 266. doi: 10.2217/17460751.1.2.255
Web kaynakları
w1 – Christopher ve Dana Reeve Vakfı
araştırmalara destek vererek omurilik
hasarı ve felçlilerin hayatlarının
kalitesini iyileştirmeye kendini
adamıştır.
Websitesi, hayatları hakkında
konuşan felçli insanların videolarını
içermektedir
w2 – 2012’de, John Gurdon ve Shinya
Yamanaka, yetişkin hücrelerin yeniden
programlanarak pluripotent
olabileceğini keşfettiklerinden Nobel
Fizyoloji ve Tıp ödülüyle ödüllendirildi
Bkz.: http://www. nobelprize.org/nobel_prizes/ medicine/laureates/2012 Embriyonik ve indüklenmiş pluripotent kök
hücreler hakkında Nature Education’s Scitable
web sayfasından daha çok bilgi edeinebilrsiniz. Bkz: www.nature.com/scitable veya http://tinyurl.com/ipscell Konunun öncü bilim adamları Eurostemcell
web sayfasındaki bir online videoda, ‘Kök
hücreler – gelecek: iPS hücrelerine giriş’,
indüklenmiş pluripotent kök hücreleri
anlatmaktadır (www.eurostemcell.org) veya
http://ow.ly/fGrTE
w3 – Geron klinik deneme hakkında New York
Times’ı okuyun veya
link http://tinyurl.com/gerontrial
w4 – Klinik Denemeler için bkz. Balgrist
Üniversite Hastanesi’nin websitesi (www. clinicaltrials.gov) veya
http://tinyurl.com/acz5hun
w5 – Eurostemcell’in web sayfasından Omurilik
yaralanmaları: kök hücreler nasıl yardım
edebilir? bilgi notunu indirin.
(www.eurostemcell.org) veya
http://tinyurl.com/aqkj6s6
Eurostemcell’in kök hücre alet takımı
indirilebilir. Eğitimsel aktiviteler için Creative
Commons lisanslı kaynaklar:
(www.eurostemcell.org/ Embriyonik kök hücre araştırması: etik bir
ikilem bilgi notu. Hope Beyond Hype kök
hücre tedavisi hakkında, keşiften tedaviye,
etkileşimli çizgi roman şeklinde bir hikayedir. Hazır veya değil? omurilik yaralanmaları
hakkında sınıf kullanımı için dizayn edilmiş
bir rol oyunudur. www.eurostemcell.org veya
http://tinyurl.com/b7jrs78
42 I Science in School I Issue 26 : Spring 2013 www.scienceinschool.org
Biy
olo
ji
Imageco
urte
syofB
arn
abé-H
eid
er&
Frisé
n(2
008),w
ithperm
ission
from
Else
vie
r
Bilim konuları
Kaynaklar
Okullar için Eurostemcell’in
DVDlerinin birinin
incelenmesi için bkz.:
Gebhardt P (2006) Review of A Stem Cell Story. Science in School 3: 88. www.scienceinschool.org/2006/ issue3/stemcell
Omurilik hasarı: kök hücre
araştırmasında gelişim ve vaat
omurilik hasarlı (eski futbolcu)
avukat Roman Reed’i gösteren
kısa bir videodur: http://youtu.be/zGcjlZzMq3Q
Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve
Felç Enstitüsü’nün web sayfası
omurilik hasarı bilgilerini
detaylandırıyor:
www.ninds.nih.gov/disorders/sci/detail_sci.
htm
Omurilik Hasarı Felcinin Tedavileri
için Uluslararası Kampanyası,
omurilik hasarları hakkında başka
bilgilere ve istatistiklere sahiptir: www.campaignforcure.org/iccp
Bu makaleyi ilginç bulduysanız, Science
in School’un medikal başlığı altındaki
makalelerin yayınladığı tam
koleksiyonuna bakmak hoşunuza
gidebilir.
Andrew Brown, University of Bath (Birleşik
Kırallık) moleküler ve hücresel biyolojisi
mezunudur. Science in School için çalıştıktan
sonra, British Society for Immunology’nin
iletişim ve yayımcılık takımına katıldı..
Bu kodu nasıl
kullanacağınızı
öğrenmek için, bkz. sayfa 57.
www.scienceinschool.org
Science in School I Issue 26 : Spring 2013 I 43