Giriş

Kök hücreler giderek artan kullanım alanları ile bilim dünyasında daha geniş bir yer edinmeye devam etmektedirler. Deri, epidermal ve dermal kök hücre kaynakları ise bu alandaki en önemli organ kaynağıdır. Bununla beraber bilinenin aksine deri vücudumuzun en büyük organı değildir. Yapılan araştırmalar yüzey alanı açısından akciğer ve ince bağırsakların daha geniş bir yüzey kapladıklarını göstermiştir ancak deri kök hücre araştırmalarında epidermal kök hücreler, kolay ulaşılabilme ve gösterdikleri transdiferansiyasyon özelliği ile diğer organ kök hücrelerinden ayrılmaktadırlar (1,2). Bu alandaki çalışmaların keratinosit kültürlerinin yapılarak başladığı 1987 yılından bu yana, epidermal kök hücrelerle ilgili araştırmalar göstermiştir ki kök hücrelerin, araştırmalarda ve tedavilerde kullanılmalarına kadar birçok alanda çok büyük değişim içindedirler. Bu makalede, bu değişimin anlatılması dışında güncel kullanımları ile dermatolojide kök hücreler ve gelecekteki muhtemel rolleri hakkında genel bilgiler verilecek ve konu 3 başlık altında incelenecektir.

1. Kök Hücreler Hakkında Genel Bilgiler

Kök hücreler sahip oldukları genetik ve epigenetik özellikleri ile birçok dokuya dönüşebilme yeteneği olan hücrelerdir. Bu hücrelerin en önemli özellikleri kendileri gibi kök hücrelere ve dokulara dönüşebilecek transit hücrelere dönüşme yetenekleridir (3-5). Köken aldıkları doku kaynağına bağlı olarak, kök hücreler birçok farklı kök hücre grubundan oluşmaktadır. Bunların başlıcaları; embriyonik kök hücre, fötal kök hücre, amniotik kök hücre, kordon kanı kökenli kök hücre, uyarılmış pluripotent kök hücre ve yetişkin kök hücredir. Burada, kök hücrelerin saptanabilen başlıca özellikleri; potens, plastisite, transdiferensiyasyon ve uyarılmış pluripotent kök hücre tanımlamaları yapılacaktır (4).

Potens

Hücre diferansiyasyon kinetikleri; hücre tipi, fonksiyonları ve örnek doku veya hücre temelinde Tablo 1’de ayrıntılı olarak tanımlanmıştır. Totipotent, pluripotent, multipotent ve unipotent hücreler organizmadaki fonksiyonları açısından gösterdikleri özelliklerle bütün bir yapı halindedirler. Buraya embriyonal kök hücrelerle aynı özelliğe sahip uyarılmış pluripotent kök hücre kavramı da eklenebilir. Embriyonal yaşam süresince kök hücre farklılaşma potansiyelleri birbirlerinden farklı özellikler göstermektedir (5).

Plastisite

Genel anlamda, hücrelerin eski özelliğini yitirerek yeni bir hücreye dönüşüm göstermesine “plastisite” denilir (6). Embriyonik gelişim sırasında 3 ana kaynak olarak kabul edilen ektoderm, mezoderm ve endodermin tüm doku ve organ gelişimini sağladığını biliyoruz. Ancak bugün bu embriyonik kökenden oluşan organlarımızın oluşmasında rolü olan hücrelerin birbirlerine dönüşebilecek plastisite özelliği gösterdikleri bilinmektedir. Transdiferansiyasyon olarak isimlendirilen bu dönüşüm ile hücrelerin kendilerinden çok farklı hücre veya doku gruplarına dönüşebilme yeteneğinde oldukları bilinmektedir. Bu özellik ile plastisite yeteneğine sahip hücreler kendi organları dışında farklı hücre grubu/doku ve organ gelişimine olanak sağlamaktadır (7).

Kök Hücre Lokalizasyonları

Kök hücreler kendileri için özel bir mikroçevre (niche) içinde bulunurlar. Epidermal kök hücreler için bu bulge (kese) adını verdiğimiz kıl follikülünde dermal papilla ile bazal tabaka arasında ortalarda bir alanda yer alan piloerektör kasın yapıştığı, vasküler yapı ve sinir inervasyonu açısından son derece zengin ve iyi korunan bir bölgededir (5,6). Deri dışında diğer organlar örnek alındığında ise hematopoietik kök hücreler osteoblastlara yakın endosteal bir çevrede veya kemik iliğindeki yer alan hematopoietik hücreler ise vasküler yuvada sinusoidal damarlar civarında bulunurken, mezenşimal kök hücreler kapiller ve postkapiller bazal membranlarında bulunmaktadır. Ancak bugün için derideki fibroblast, adiposit veya oral mukozada fibroblast üreten kök hücrelerin lokalizasyonları tam belirlenebilmiş değildir (7).

2. Epidermal Kök Hücreler

Bugün epidermisde, pilosebase ünit etrafında yer alan epidermal kök hücreler; sabit lokalizasyonlu, yüksek derecede proliferasyon gösterebilen holoklon hücrelerdir. Epidermisde yer alan tüm keratinositlerin %4-8’ini kaplayan, yüksek çekirdek/sitoplazma oranına sahip, uzun dönem proliferatif kapasiteli olabilen bu hücreler bugün saptanabildiği kadarı ile yara iyileşmesindeki uyarı ile harekete geçme dışında oluştukları ilk andan itibaren hücre bütünlüğü ve yapısını hiç değiştirmeden yıllarca sabit bir şekilde durabilmektedirler (1). Epidermal kök hücrelerle ilgili ilk araştırmaların başladığı 15 yıl önce, bu hücrelerin interfolliküler alanda, sebase gland etrafında ve kıl kökü papillasında olduğu saptanmıştı (2). Bugün ise, özellikle dermal papilla ve dış kök kılıfında yerleşen hücrelerden geliştirilen uyarılmış pluripotent kök hücrelerden embriyonik kök hücre özelliklerini taşıyan keratinosit, melanosit ve fibroblast üretmek olasıdır (4,5).

Epidermal Kök Hücre İzolasyonları

Kök hücrelerin, araştırmalarda veya tedavilerde kullanılmaları için bu grup hücrelerin uygun koşullarda izolasyonu gerekmektedir. Bu tür hücreler; kendi sahip oldukları hücre yüzey belirteçleri dışında sahip olmadıkları ile de diğer hücrelerden ayrılmaktadırlar (4). Bunun ilk örneği olan kıl follikülünden üretilenepidermal kök hücreler, CD45(-), buna karşın CD34(+), CD200(+) hücreler olup aynı zamanda düşük düzey CD71 ekspresyonu, yüksek β integrin ve α integrin ekspresyonu göstererek diğer hücrelerden kolayca ayrılmaktadırlar (6,7). Epidermal kök hücrelerin yer aldıkları alanlara bağlı olarak eksprese ettikleri proteinler farklılıklar göstermektedir. Bir diğer kök hücre izolasyon yöntemi ise Fluorescent Activated Cell Sorting’dir (FACS). Burada kök hücreler sahip oldukları belirteçleri yardımıyla magnetik bir alandan geçirilerek diğer hücrelerden ayrılmakta ve hızlı, kolay ve daha ucuz olarak elde edilebilmektedir (5). Bu yöntemin en büyük dezavantajı ise spesifitesinin çok yüksek olmamasıdır. Buna karşın bu yöntemin biraz daha geliştirilmesi ile oldukça hızlı bir şekilde kök hücre kaynağı olabilecek hücrelere ulaşmak mümkün olacaktır.

Epidermal Kök Hücre Lokalizasyonu

Epidermal kök hücreler ile ilgili ilk araştırmalarda bu hücrelerin kese ve interfolliküler alanda bulundukları saptanmış ve kıl kökünün rejeneratif değişikliğinin kese bölgesi hücreleri ile oluştuğu bulunmuştu (1,2). Sonraki araştırmalar ise kıl kök dermal papillası ve kese bölgesine yakın alandaki dış kök kılıfının epidermal hücreler dışında nöron, hematopoietik hücre, kondrosit, adiposit, nöral krest hücre ve mezenkimal kök hücrelere dönüşebildiğini göstermiştir (3,4,7,8). Epidermal kök hücreler Şekil 1’de gösterildiği biçimde pilosebase ünit içerisinde en çok kıl follikülünün piloerektör kasın yapıştığı bölgede (Bulge-kese), interfolliküler bölgede ve kıl kökü kılıfında yer almaktadır. Şekil 1’de pilosebase ünit içerisinde yer alan ve son yıllarda keşfedilen proteinler lokalizasyonlarına göre gösterilmiştir. Bu belirteçler, özellikle o bölgede lokalize olan kök hücreleri elde etmek amacıyla kullanılmaktadır (3,5). İnterfolliküler epidermisde Lrg6, isthmusda Lrig1 ve Plet1, kese bölgesinde Gli1, dermal papilla üst kısımda CD34 ve Keratin 15 ve kıl kökü alt kısımda ise Lrg5 ekspresyonu belirgin derecede görülmektedir. Kıl follikülünün gelişim süreci içinde Wnt sinyal yolağı, fokal artışlarla pilosebase ünitin ortaya çıkışını yönlendirmekte ve yetişkin kök hücre belirteçleri olan Sox9, Lrg6 ve Lrg1 ekspresyonları ile keratinizasyon gerçekleşmektedir (3,4).

Bugün elde edilen bilgiler çerçevesinde görülmektedir ki epidermal kök hücreler transdiferensiyasyon özellikleri ile vücuttaki birçok dokuya dönüşebilme yeteneğine sahiptirler. Pilosebase ünit içerisindeki yapılar yukarıdan aşağıya incelendiğinde interfolliküler epidermisden keratinositlerin geliştiği ve keratinizasyon sürecine katkıda bulundukları uzun süredir bilinmektedir. Daha aşağıda yer alan istmus bölgesindeki kök hücrelerden ise sebase gland ve kıl follikülü oluşabilmektedir (3,5). Kese (bulge) bölgesi kök hücreleri ise diğer bölgelerden oldukça farklı olarak ve en zengin hücre kaynağı bölgesi olarak gözükmektedir. Kese bölgesi kök hücreleri, sinir sistemi hücrelerine (nöron, glia) dönüşümü dışında keratinositlere, düz kas hücresine, melanosit ve hematopoietik hücrelere de dönüşebilmektedir. Pilosebase ünit içinde yer alan kıl follikülü dermal kılıfındaki kök hücreler ise mezenşimal kök hücre, adiposit, kondrosit, hematopoietik ve nöronal hücrelere dönüşüm gösterebilmektedir (3,7,8). Dermal papillada yer alan kök hücreler özellikle sinir sistemi öncü hücrelerine dönüşüm göstermeleri ile diğer bölgelerden ayrılmaktadırlar. Buradaki hücreler nöral krest prekürsörler hücrelere (Melanosit, Schwann ve Merkel hücreleri) farklılaşmaktadırlar. Yapılan çok sayıda hayvan deneyi sonucunda dermal papilladan elde edilen hücrelerle nöral krest kaynaklı hücreler çok geniş bir kullanım alanı bulmaktadırlar (9-14).

Bu grup içinde epidermal nöral krest hücreler en sık kullanılan hücre grubu olmuştur. Nöral krest hücreler, hayvan deneylerinde spinal zedelenmelerde duyusal bağlantı ve dokunma hissinde yaptıkları ilerlemeler ile sinir zedelenmesini belirgin derecede azaltmaktadır (9,10). Sieber-Blum ve ark.’nın yaptığı bu çalışmada zedelenen spinal kord dokusunda, nöral krest hücre uygulamasından sonra verilen hücreler GABA erjik nöron ve myelinize oligodendrositlere dönüşmektedir (10). Bu hücre transferine tümör formasyonu gözlenmemektedir. Nöral krest hücrelerden, multipotent somatik kök hücre üretilmesi mümkün olmaktadır. Özellikle dermal papillanın kolay ulaşılır olması, aynı zamanda çok miktarda kök hücrenin kolayca üretilebilmesi bu tür hücre çalışmalarında en önemli avantajı oluşturmaktadır (11-14). Tüm bu araştırmalar ileriki zamanlarda uygun olan insan çalışmalarında da kullanılabilecek ve uzun süreli takipler sonucu rejeneratif tıp alanında devrim anlamında yeniliklere yol açabilecektir.

3. Uyarılmış Pluripotent Kök Hücre (Induced Pluripotent Stem Cells)

Uyarılmış pluripotent kök hücreler (UPKH) (Induced pluripotent stem cells) insan vucüdundan elde edilen ve belirgin işlemlerle pluripotent embriyonik kök hücre niteliğine kavuşan birçok hastalığın tedavisinde kullanılabilecek tür hücrelerdir. UPKH’ler yapılan programlama ile önce embriyonik kök hücrelere ardından da vücuttaki tüm hücreler dönme yeteneği olan hücrelerdir (15-17). Örneğin bu hücreler, yeniden programlama yöntemi ile keratinositlere dönüşebilmekte ve birçok deri hastalığının tedavisinde kullanılma umudunu doğurmaktadır. Uyarılmış pluripotent kök hücreleri, bu hücrelerden elde edilen keratinositlerden epidermis, in vitro 3D deri ekuvalen kültürü veya in vivo olarak immün yetmezlikli deney hayvanlarına nakil için kullanılabilmektedir. Bu şekilde birçok deri hastalığının altında yatan keratinosit kaynaklı defektler saptanabilmektedir (18-22). Son zamanlarda ise hastalardan alınan ve hastalığa neden olan bu hücrelerdeki genetik defekt düzeltildikten sonra defekti düzeltilmiş hücreler hastaya verilebilmektedir. UPKH’ler genellikle fibroblastlardan elde edilirler. Şekil 2’de şematik olarak UPKH’lerin elde edilmesi, dönüştürülmesi ve pluripotent kök hücre elde edilmesi ayrıntılı olarak anlatılmaktadır. İlk aşamada 4 mm’lik biopsi ile alınan hücrelerden keratinosit, melanosit ve fibroblastlara, pluripotens özelliği sağlayan 4 gen (Oct3/4, SOX2, KLF4, ve c-Myc) verilmektedir. Yeniden programlanma faktörlerinin verilmesini takip ederek oluşan değişikliklerle hücre embriyonik kök hücre özelliği gösterebilen uyarılmış pluripotent kök hücreye dönmektedir. Yapılan bazı tanımlama testlerini takiben UPKH’ler endoderm, ektoderm veya mesoderm kaynaklı her hücreye dönüşebilme yeteneğine kavuşmaktadır. Buradaki UPKH’lerin retinoik asit ve BMP4 (Bone morhpogenetic Protein-4) ile işlemleri sonucu keratinositlere dönüşüm gerçekleşmekte hücre kültürleri ile araştırmalar için keratinosit üretilebilmektedir. Bu hücrelerin belirgin hücre belirteçleri (Keratin-1, Loricrin) ile işlemi sonucunda in vitro strafiye epidermis elde edilebilmektedir. Bunlar dışında derinin diğer önemli hücreleri olan melanositler ve fibroblastlarda elde edilebilmektedir (23-25). Bu üç hücre grubunun bir araya getirilmesi ile normal insan derisi -3D (different) deri ekuvalanı-elde etmek mümkündür. Bu hücreler rejeneratif tıp ve biyolojik araştırmalarda kullanılmaktadır (26-28).

UPKH’lerin, bilimsel araştırmalarda yaygın kullanılması ile özellikle genodermatozlarda uygun insan modelleri oluşturulacak, böylece hastalığın altında yatan patolojik mekanizmaların aydınlatılması dışında hastaların tedavisinde de bu hücreler kullanılabilecektir. Bu alandaki son örnek, Tolar ve ark.’nın yaptığı bir araştırmadır. Bu araştırmada, Resesif Distrofik Epidermolizis Bullozanın (RDEB) mozaik formu olan bir hastadan alınan keratinositlerin genetik defekti (COL7A1) düzeltilerek hastaya verilmiş, daha önce yetersiz olan Kollagen VII sentezinin yenilenen deri ile kaplı vücut bölgesinde normal deride gibi olduğu saptanmıştır (26). Osborn ve ark. ise RDEB’li hastaların fibroblastlarını izole edip buradaki genetik defekti (COL7A1) düzeltmişler ve bu hücreler UPKH’lere oradan da keratinositlere dönüşerek hastalara geri verilmiştir. Burada da yeni hücrelerinde normal biçimde ve miktarda kollajen salgıladığı ve verildiği bölgede normal deri fonksiyonları gözlenmiştir (27). Ancak, tedavilerdeki umut verici bu gelişmelere karşın, diferansiye olmayan UPKH’lerden teratom gelişme riski halen vardır. Bunu engellemek için pür hücre kaynağının elde edilmesi (keratinosit, fibroblast vb.) hücre transdifrensiyasyonu sırasında kullanılan yeniden programlama yöntemleri ile bunların UPKH’lerden arındırılması gerekmektedir (28).

Sonuç

Kök hücre araştırmaları birçok koldan, birçok farklı alanda ve dünyanın en gelişmiş laboratuvarlarında süratle devam etmektedir. Dermatoloji alanında ise özellikle epidermal hücrelerden elde edilen uyarılmış pluripotent kök hücrelerin kullanımı ile hastalıkların temelini oluşturan genetik defektlerin saptanması dışında genodermatozlarda çok yeni ve radikal tedavi yöntemlerini oluşturmada umut verici gelişmeler gözlenebilecektir (29-31). Bu hastalıklarda uzun süreli takiplerle elde edilecek sonuçlar yeni tedavi alternatifleri açısından çok değerli olacaktır.