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

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

“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

Tarihçe Virchow (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 Kök Hücre 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 Farklılaşma / plastisite Çoğalabilme 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

EKH Totipotent Pluripotent Yetişkin / dokuya özel kök hücreler 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

KÖK HÜCRE TİPLERİ İsim Tip (yerleşim) Farklanma etkinliği Farklanma yönü Embryonal Kök Hücre Morula aşamasındaki h Totipotent Embryon ve embryon dışı tabakalar Blastokist iç hücre kitlesi Pluripotent Embryon gövdesi Somatik ve germ h’leri Gastrula aşamasındaki epiblast Endoderm, mezoderm, ektoderm Ektoderm , endoderm ve mezoderm h’leri 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 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 ? Blastokist Zigot Ovum Trofektoderm İç hücre kitlesi Sperm İn vitro fertilizasyon Pluripotent EKH dizileri

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

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 PROBLEMLER Etik Teratojenik Tümör oluşumu Doku reddi

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) Karaciğer h Pankreas Beta h Adrian K, Biochem. J. (2010)

Embryonik gen transferi 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

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 Diğerleri Beyin , medulla spinalis Periferik kan Damarlar Dişler Deri İskelet kası Kalp kası Barsak Karaciğer, akciğer Meme dokusu Overler ve testisler vd Hematopoetik kök hücre (Kİ/kan/göbek kordonu) Mezenkimal KH Kemik iliği, yağ dokusu, göbek kordonu, amnios sıvısı vd kaynaklı

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 hücre GVHH Engraftman H Kök hücre nişi İmmün modülasyon B ve T lenfositler Dendritik hücreler NK hücreler Doku rejenerasyonu Parakrin etkiler Soluble faktörler Anti-enflamasyon Angiogenez Kİ Kordon kanı Yağ dokusu Amnios sıvısı ve plasentadan elde edilebilir GVHH Engraftman Osteoblast, Adiposit, Kondrosit, Hepatosit benzeri, Epitel, Endotel ve Nöral hücreler geliştirebilir Doku onarımı

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

Kardiyoloji Nöroloji Endokrinoloji Ortopedi Plastik Cerrahi KBB Göz …….vd 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 Doku veya organın yeniden oluşturulması/onarımı İmmünomodülatör etkiler

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

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. Reimers CANCER 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 Lenfosit Ve Plazma h Nötrofil RBC Monosit Bazofil Eozinofil 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) KT Tam Yanıt Akut lösemi Lösemik hücre:109

Yanıt ? Başlangıç hedefi:Tam yanıt (Remisyon) Zamana dayalı hedef: Şifa (kür) KT Nüks Tam Yanıt Akut lösemi Lösemik hücre:109

Yanıt ? Tam yanıt sonrası tedaviler KT TamYanıt Akut lösemi Lösemik hücre:109

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

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

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

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 KT:Doz= x Tümör hücre sayısı:106 - 999.000.000 KT:Doz= 2x Tümör hücre sayısı:105 Tümör hücre sayısı:109 - 999.900.000

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

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

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)

İlk HKHN 1957 Donell E. Thomas

HKHN İşlem Özeti Yeni kök hücre verilmesi; NAKİL Hematopoez Habis hastalık Lösemi vd Yüksek doz Kt/Rt Tümör eradikasyonu Kök hücre hasarı Yeni kök hücre verilmesi; NAKİL Hematopoez ± Anti-Tm etki Başkasından Veya Kendisinden

Nakil Tipleri:Terminoloji Otolog Allogeneik HLA uyumlu : Akraba Akraba dışı HLA uyumsuz Sinjeneik (tek yumurta ikizi) Kök Hücre Kaynakları Kemik İliği Kan Kordon Kanı

kök hücrelerin kandan toplanması (aferez)

Kordon Kanı

ALLO-HKHN İzolasyon Lösemi, veya Kİ yetmezliği (AA) vd HLA uygun donör Hazırlık rejimi (Kemoterapi +/- Rt ) veya immünsupresif tedavi Kİ , PKH, Kordon İzolasyon Allogeneik kök hücre nakli : 0. gün GVHH profilaksisi: İmmünsupresif tedavi Engraftman (2-4 hafta) (yeni iliğin oluşumu) ve sağlıklı kan yapımı +/- Komplikasyonlar Uzun dönem takip

Otolog-HKHN İlk Tedavi Lenfoma Nüks için kurtarma tedavisi Yanıt Nüks Kök hücreler toplanır, saklanır Yüksek doz kemo/radyoterapi Kök hücreler hastaya geri verilir Tm eradikasyonu Miyeloablasyon Hematopoetik toparlanma (kan yapımı)

Otolog HKHN Allo- 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 Otolog Akut lösemiler ve Miyelodisplastik sendrom Kronik lösemiler Lenfomalar M. Miyelom Aplastik anemi Hemoglobinopatiler Diğer M.Miyelom Lenfomalar Akut lösemiler Kronik lösemiler

KÖK HÜCRE NAKLİ-2010: TÜRKİYE 38 nakil merkezi >80 uzman hekim 1400 nakil 708 (ilk 6 ay) 10 yılda 5 kat artış TC Sağlık Bakanlığı, 2010

Komplikasyonlar Allogeneik Otolog Erken Geç Erken Geç 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 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

Lösemilerde Farklı Nakil Tipleri İle 3 Yıllık Yaşam Olasılığı (%) Tanı Evre Allogeneik Otolog Akraba Akraba dışı AML 1. Remisyon 59 45 50 >1. Remisyon 25-49 20-43 21-50 ALL >20 yaş 49 43 20-34 15-32 (CIBMTR verileri) KML 1. Kr Faz 71 Akselere Faz 56 KLL 51 58 77

Aplastik Anemi, Lenfoma ve M Miyeloma Olgularında 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 hastalık 70 51 Tümü 38 32 Foliküler Lenfoma Kemoterapi duyarlı Dirençli hastalık 67 64 Diffüz B H 39 21 62 36 M Miyelom 47 68

Cerrahpaşa Deneyimi: Tüm nakiller, toplam sağkalım % 100 %93 80 Genel sağkalım ortalaması %76 60 40 20 1992 2007 2008 2009 2010