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