Önsöz
Sayın okuyucularım,
Organ bankalarında mevcut organların yanı sıra, alıcının bağışıklık sisteminin kabul ettiği bağış organların yetersiz olmasından dolayı, bağışlanan organları beklemekte olan insanların muhtaçlığı nedeniyle; medya kanallarından da bilindiği gibi insanlar, çeşitli bilgilendirme kampanyaları yoluyla organ verici olmaları doğrultusunda kazanılmaya çalışılmaktalar. Bu doğrultuda, nakledilebilen organlar için uzun zamandan beri yeni kaynaklar bulma çabaları görülmektedir. Örneğin, yeni bir kalp kapağı gerektiren hastalar için domuz kalplerinin kullanılması, günümüzde hiç de nadir değildir. Ancak, nakil tıbbı dalında tüm nakil türleri için geçerli olan, dar sınırlar mevcuttur.
Bu nedenle, laboratuvarlarda biyoteknoloji veya doku mühendisliği olarak da adlandırılan yapay dokular ve yapay organlar üretmek için uzun süredir deneyler yapılmaktadır. Bu, herhangi bir kabul etmeme durumunun yaşanmayacağı ve greftin, alıcının bağışıklık sistemi tarafından tamamen kabul edileceği avantajını sağlayabilir. Bu teknikler, böbrek, kalp kapakçıkları veya karaciğerlerin olası üretiminin yanı sıra çok düşük bir bağış alanından dolayı saç nakli imkanları çok sınırlı olan alopesi hastaları için de önemlidir. Buradan yola çıkarak, bir tedavi için gereken saç foliküllerinin dahi bir hücre kültüründe üretilebileceği gündeme geldi.
Bu düşünceler aslında 1970’li yıllardan beri vardır ve aynı süre zarfından beri gerçekleştirmeye yönelik girişimler de olmuştur. Ancak, biyomedikal saç nakli durumu şu anda hangi aşamada? Yeni makalemde, sizlere araştırmanın temellerini ve mevcut durumunu açıklamak istiyorum. Aşağıda, sadece hastaya özgü saç nakillerinin nasıl üretilebileceği ile ilgili soruları değil, bundan ziyade, bu tür tedavi seçeneklerini keşfetmek için gerçek engellerin ne olduğunu ve önümüzdeki yıllarda biyomedikal araştırmaların geleceğini gerçekçi bir bakışla konu etmek istiyorum.
Bu anlamda, makalemi okumaktan zevk almanızı dilerim!
En içten dileklerimle, Angela Lehmann
Saç nakli için olası bir kaynak olarak organların ve dokuların yapay olarak üretilmesi
Biyomühendislik veya doku mühendisliği, dokuların ve organların yapay üretimi dalında birkaç yıldan beri muhteşem bir ilerleme kaydetmektedir. Yakın gelecekte, tüm organların bile laboratuvarda acil olarak ihtiyaç duyulan implantlar olarak, maksimum bağışıklık uyumunun beraberinde, her alıcıya özel olarak uyarlanarak üretilebileceği hakkında raporlar mevcuttur. Bu yönde, saç nakli implantlarının alıcıya özel olarak üretebilme çabaları da vardır. Bu makalem ile sizleri, hücre kültürü laboratuvarların saç nakli konusundaki araştırmalarının mevcut durumu hakkında bilgilendirmek istedim.
Hücre, vücuttaki işinin ne olduğunu nasıl biliyor?
Transplantasyon tıbbında devrim yaratacak yapay doku ve organların nasıl oluşacak sorusuna yaklaşmadan önce, bir vücut hücresinin bir organ veya dokuda belirli görevlerini nasıl «bildiğini» anlamamız gerekir. Buradan, döllenmiş bir yumurtayı hayal ederek yola çıkabiliriz. Döllenmiş bir yumurta önce kendisini bölüştürür ve böylece bir hücreden iki özdeş hücrenin oluşmasına neden olur. Bu bölünme süreci kendini tekrarlar ve böylece her bir hücrenin sayısı sürekli olarak artar. Ancak hücreler belirli bir noktada değişir ve diğer bir deyişle, özelleşme sürecine girerler. Prensip olarak, döllenmiş bir yumurta hücresinden; deri, karaciğer veya sinir hücresi gibi vücudun her hücresi oluşabilirken, kendini özelleştirmiş olan hücreler kendilerini tekrar “özelleştiremezler”. Bu işleme, hücresel farklılaşma da denir ve olgun vücut hücrelerinde doğal yol ile tersine çevrilemez. Bu, farklılaşmış bir sinir hücresinin daima bir sinir hücresi olarak kalacağı anlamına gelir.
Farklılaşmış hücreler, vücudun farklı dokulardan oluşmasının nedeni olup, «doku» terimi daima aynı türden özelleşmiş hücrelerin birikintisi olarak tabir edilir. Çeşitli dokular, örneğin, hücrelerinin karakteristik gen Ekspresyon profillerine sahip olması bakımından farklılık gösterir. Bu, örneğin sinir hücrelerinde daha fazla sinir bilgi iletimi ile ilgili genler okunurken, bir karaciğer hücresinde daha fazla vücudun zehirden arınması ile ilgili genlerin okunduğu anlamına gelir. Ayrıca, hücre tiplerinin diğerinden daha hızlı bölünmeleri, hücrelerin farklılıklarının bir göstergesidir. Bu durum, diğer faktörlerin yanı sıra çeşitli dokuların farklı oranda ve farklı hızda, yeniden oluşabilmeleri gerçeği ile sonuçlanır. Bundan dolayı, bir deri yarası genellikle birkaç gün içinde düzelirken, örneğin bir sinir dokusunun beyin kanamasından sonra yenilenmesi (ihtimal varsa) yıllar alabilir.
Bu hücresel farklılaşmanın henüz mevcut olan kabiliyeti, farklı terminolojiler ile anılır. Örneğin, döllenmiş bir yumurta hücresi vücudun her hücresini oluşturabilirken (bu yumurta hücresine totipotent denir), bazı kök hücreler yalnızca seçilen dokuları üretebilir (burada pluripotent veya multipotent hücrelerden bahsedilir). Buna rağmen, son yıllarda yetişkin bir insanın organlarında ve dokularında henüz pluripotent kök hücrelerin bulunduğu ve birçok doku oluşturabilmeleri nedeniyle potansiyel olarak bazı hastalıkların tedavisinde kullanılabilecekleri keşfedilmiştir. Buna karşı, bir kez özelleşmiş bir hücre artık bölünmezse ve vücutta «öngörülen görevini yerine getirirse», senesan hücrelerden bahsedilir.
Bu noktada, aşağıda açıklık getirilecek zorluklardan birinin, bir organın her zaman sadece bir dokudan oluşmadığından ziyade, farklı tipte hücre yapılarından oluştuğu belirtilmelidir. Mesela, çeşitli insan cildi tipleri arasında ayrım yapmak mümkündür: Örneğin, Fibroblastlar bağ dokusu hücrelerinin öncüleriyken, öte yandan Keratinositler üst deri (Epidermis) oluşumunda rol alır ve Melanositler ise deri rengi pigmentlerin üretilmesinden sorumludur. Bundan dolayı, bir saç folikülünün doku olmasından söz edilemez, çünkü folikül prensip olarak bir saç organıdır.
Hücre kültürlerinin belirli doku ve organların üretimi üzerinde ne gibi etkileri vardır?
Laboratuvarlarda, organları veya dokuları üretmek için tasarlanan tüm yöntemler, şimdi bu hücresel ve evrimsel özelleşme programını değiştirmeyi amaçlıyor. Bu amaç için artık çok sayıda yaklaşımlar mevcuttur. Ancak burada da kısa bir tarihsel açıklama yapılmalıdır:
Çoğu araştırmacı, geçen yüzyılın ortasından sonuna kadar yetişkin bir vücudun yalnızca çok az sayıda Pluripotent doku oluşturan kök hücrelere sahip olduğuna ve ancak sınırlı bir ölçüde tedavi için kullanılabileceklerine inanıyordu. Bu tür hücrelerin örneğin, kemik iliği veya Hematopoietik sistemde oldukları biliniyordu. O zamanlar, diğerlerinin yanı sıra beynin sinir hücrelerinin de artık herhangi bir rejenerasyon kapasitesine sahip olmadığına ve dolayısıyla bu hücrelerin senesan olarak mevcut olduklarından dolayı sadece biyolojik görevlerine devam ettiklerine inanılıyordu. Yetişkin yaşlarda olan insanlarda da kök hücre aktivitesi gösteren dokuların tanımının son 30 yıl zarfında çoğalması, yeni doku rejenerasyon kaynağı oluşturabilir. Bunlar Totipotent kök hücreler (her türlü doku oluşturabilen hücreler) olmasalar bile, yetişkin (adult) kök hücreleri halen birçok yakın dokuyu oluşturabilir. Böylece, yetişkin nöronal kök hücreler beyin rejenerasyonu için önemli olan Nöronal (sinir hücreleri) ve Mikroglia (nöronların beslenmesini sağlarlar) olarak ayırt edebilirler. Bu ayrım, örneğin beyin kanaması sonrası rejenerasyon için önem taşır.
Biyomühendislik veya doku mühendisliği için nakil organlarından her türlü kök hücre elde edebilmek için gereken ilk adım, bunları vücuttan izole etmektir. Bu aşağıda açıklanan iki faktörden dolayıdır: Kök hücreler bir taraftan, tam olarak terapi müdahalesi için ihtiyaç duyuldukları vücut bölgesinde bulunmazlarken, (örneğin, bazı kök hücrelere üst bölgede bulunan doku katlarında gerek duyulurken, saç folikülünün tabanında bulunurlar) diğer taraftan da bu hücrelerden vücuttaki sayıları makul bir terapi için çoğu zaman azdır.
İzolasyonun beraberinde bu kök hücreler, vücudun dışında, büyütme ve farklılaşma faktörlerine sahip olan bir besleyici solüsyon içinde bir araya getirilir ve böylelikle çoğalmalarına (bölme kabiliyeti vücudun dışında çoğu zaman daha büyük ölçüde uyarılabilir) ve istenen hücre türüne göre farklılaşmalarına imkan sunulur. Çoğaltma bazen “klonlama” olarak adlandırılır; ancak bu terim söz konusu bağlamda sorunludur. İşte ilk sorunlar burada başlar: Kök hücreler vücut dışında bir kültür çanağında (Petri kabı) vücudun içinde oldukları gibi davranmazlar. Kök hücre kültürleri, örneğin, açık bir neden olmaksızın bölünme veya yeniden kazanma yeteneklerini kaybederler, kendiliğinden istenmeyen bir hücre türüne ayrılırlar veya daha fazla araştırma için işe yaramayan karma şekillere dönüşürler. Bu nedenle, her hücre türü için doğru kültür koşullarını bulmak büyük bir zorluk oluşturur. Bu işlem, bugün bile deneme yanılma ilkesine dayanarak yapılmakta.
Doğru kültür koşullarını belirlemek mümkün olmuş ise bile, hücrelere muhtemel bir farklılaşma için doğru sinyalleri vermek halen önemlidir. Bunun için çeşitli etkilere neden olabilecek çok sayıda büyüme faktörleri vardır. Tatmin edici bir sonuca ulaşmak için doğru kombinasyonların yinede kapsamlı olarak denenmeleri ve test edilmeleri gerekir. Bununla birlikte, kültürleşmiş kök hücrelerin etkilerinden dolayı oluşan kısıtlamaların nedeniyle, laboratuvarda çoğaltılmaları zor veya imkansız olabilir. Örneğin, başarılı bir farklılaşma için, aynı tipteki hücreler arasındaki temasların yanı sıra aynı zamanda farklı tipler arasında da temasa ihtiyaç vardır. Kültürleşmiş hücreler; örneğin, birbirleriyle sinyal maddeleri yoluyla iletişim kurarak veya kendilerini kültür çanağında belirli bir şekilde düzenleyerek iletişim kurar. Bir hücre tipi diğeri tarafından farklılaşmak üzere uyarılırsa, Endüksiyon terimi kullanılır.
Deneyim koşullarının test edilmesinin kesinlikle önemsiz olmadığına açıklık getirmek için, aşağıda yeni saç foliküllerinin oluşumu için kullanılan Endüksiyon araştırmasının zaman akışı sunulmaktadır: Söz konusu Endüksiyon, saç foliküllerin yeni oluşumunu göstermek için ilk defa 1970 yılında papil hücrelerinde (deri tabakası hücreleri) endüktif potansiyel belirlenen kemirgenler üzerinde gösterilmiştir. Ancak, söz konusu endüktif potansiyelin hücre kültürü yoluyla çoğaltılmış kemirgen papil hücrelerinde dahi tutmak için kültür koşullarının test edilmesi 14 yıl aldı. Araştırmacılar bu bilgiyi insan organizmasına aktarmakta bir hayli zorlandılar. Bu ancak, sağlam bir deri yüzeyine endüktif potansiyelli bir insanın vajen hücrelerinin (üst deride, epidermisin hemen altında) yeniden saç folikülü oluşturmak üzere nakledilmesiyle 1999 yılında kanıtlandı. Bu naklin dikkat çekici yanı ise, cinsiyeti dikkate almaksızın yapılması ve yine de başarılı olduğu gerçeğidir. Yine de, kök hücre nakli yöntemiyle alıcı vücutta bir bütün saç organının üretilmesinin mümkün olması, ancak 2012 yılında gerçekleşebildi. Bu yeni saç organı, çevresindeki dokunun tüm besin arzına (kan ve lenf dolaşımı) bağlıydı, yeni saç folikülü birçok saç döngüsü geçirdi ve oluşan saç, mevcut bir saç kasıyla dik konuma gelebildi (Piloereksiyon, insanlarda, tüylerin diken diken olması olarak bilinir). Ancak, bu deney için denek fareleri kullanıldı ve bugüne kadar bu deneyin sonuçlarının insan organizmasına aktarılması mümkün değildir. Bunun neden böyle olması, araştırmacılar için halen bir gizem oluşturuyor – ancak üzerinde çalışılıyor.
Saç nakli için folikül üretiminin güncel durumu nedir?
İnsan organizmasına bağlı olarak, derinin Pluripotent kök hücrelerinin tam olarak tanımlanması ve neredeyse derinin ihtiyaç duyduğu tüm dokuları oluşturabilmeleri, günümüzdeki araştırmacılığın olağanüstü idrakıdır. Bir soy analizi yoluyla, vücudun tüm deri hücrelerine göre (saç organı dahil) farklılaşabilen bu hücreler tanımlanabiliniyor. Bu kök hücreler saç folikülü kıvrımının dibinde bulunur ve saç folikülü oluşumu, birbirleriyle temas halindeyken kısmen özelleşmiş deri hücreleri ile temas yoluyla endüklenebilir. Hücrelerin hücre kültüründe izole edilmesi ve çoğaltılması durumunda bile bu kabiliyetin devam ettiğini göstermek bir süre sonra mümkün oldu.
Ancak, bu noktada araştırmacılar başlangıçta ilgi odağı olmayan başka bir sorunla karşılaştı: Organlar ve dolayısıyla saç organı, düz ve iki boyutlu bir hücre kültürü çanağında yeteri kadar üretilemeyen üç boyutlu nesnelerdir. Bunun nedeni, optimum büyüme veya farklılaşma koşullarının, insanların derisinde üç boyutlu bir saç folikülü durumunda olduğu gibi; hücrelerin kendilerini mekansal olarak düzenlemesinin garantörü olmadığı gerçeğidir. Bunun için, deneysel koşulların daha fazla modifikasyonu gereklidir.
O zamandan beri üç boyutlu büyüme üzerine araştırma devam ederken, 2013 yılında bir başka atılıma yol açıldı: O zamanlar, kök hücrelerini yeni saç folikülleri oluşturmaya teşvik edebilen insan papillerin, hücrelerinin endüktif kabiliyetlerinin, hücre kültürlerinde kısmen kaybolduğu biliniyordu ve bu durum, Epidermis (üst deri) gibi çevre dokuları ile hücresel temasın olmamasından kaynaklandığı kanıtına varıldı. Araştırmacılar bu hususlara dayanarak, iki boyutlu bir deneysel düzenleme yerine üç boyutlu bir yapı kullanmaya başladı ve hücrelerin hücre kültürü kabının dibinde daha önce olduğu gibi büyümelerinin yerine Petri kabının tavanında damlacıklar halinde serbestçe yüzmelerini sağladı. Aşağıdaki resim, büyüme koşullarındaki bu farklılığın somut olarak nasıl göründüğünü göstermektedir.
Resmin başlığı: Bu resimde, iki boyutlu ve üç boyutlu bir hücre kültürünün arasındaki fark gösterilmektedir. İki boyutlu varyantta, hem (1) yan görünümde hem de (2) üst görünümde, hücrelerin Petri tabağının tabanında yalnızca bir tabaka oluşturduğunu görünürken, hücreler üç boyutlu deney düzeneğin (3) yan görünümde ve (4) üst görünümde görüldüğü gibi, kendilerini, besin solüsyonlu Petri kabının tavanında damlalar halinde organize etmekteler.
Bunun, deneysel koşullarda çok küçük bir değişim temsil ettiği varsayılsa bile, bu yaklaşımdan çok ilginç değişiklikler ortaya çıktı: Gen ekspresyon profillerin araştırılmasında, yani bazı genlerin hücrede ne kadar güçlü okunabildiği sorusu üzerine yapılan çalışmalarda, üç boyutlu hücre kültürlerinde beslenen saç folikül kök hücrelerinin, iki boyutlu hücre kültüründe yetiştirilen hücrelere nazaran istenilen kök hücrelere yüzde 22 daha fazla yakınlıkta oldukları tespit edildi. Üç boyutlu bir kültürden elde edilen bu hücreler, daha sonra kılsız farelere nakledildi ve hem insan hem de fare hücrelerinden oluşan ve saç üreten yeni saç folikülleri oluştu. Artık, bu mekanizmanın insandan insana nakil sırasında da işleyip işlemediği incelenmelidir. Bu deney çığır açıcı olmaya devam etmektedir. Çünkü ilk kez insan derisinin folikül oluşturma kabiliyetini kaybettirmeden kök hücrelerini izole etmek ve yetiştirmenin mümkün olmasının yanı sıra, başka bir organizmaya nakledilebilmesi de ispat edildi.
Alopesi veya diğer saç dökülme tedavilerinde faydalı olacak, saç foliküllerinin biyomühendislik yoluyla daha derin araştırması, (daha yaygın olarak saç folikülü klonlaması olarak da adlandırılır) hala birçok zorluk yaratmaktadır. Bu konuda, uygun kültür koşullarının belirlenmesi ve iki boyuttan üç boyutlu bir deneysel tasarıma geçiş yapılması hakkında anlayışa varılmıştır. Diğer zorluğu ise, yeni oluşan saçların her zaman istenen yapıya sahip olmamaları oluşturuyor. Bundan ibaret, oluşturulan saçlar bazen belirgin olarak daha ince veya daha kalınlar yada kendi renklerine sahip değiller. Bunun sebebi, söz konusu deneysel tasarımda pigment oluşturma Melanositlerinin eksik olmalıdır.
Bir diğer problem ise, hücrelerin mekansal düzenlenmesinden dolayı oluşuyor:
Saç folikülleri bir nakil sırasında oluşurlar ama, genellikle iç içe büyürler, belirgin olarak sınırlanamazlar veya bir folikülden birkaç saç şaftı büyür.
Bunlar daha sonra düzensiz büyürler ve böylece saçın ilerideki büyüme yönü belirlenemediğinden dolayı, bu ince implantların nakli istendiğinde zorluklar yaşanır. Böyle bir folikülün ölmeden önce kaç saç döngüsü geçebileceği konusu da halen net değildir.
Bu bilgi olmadan, yapay olarak üretilen saç folikülleri yoluyla bir saç naklinin nasıl sürdürülebilir olabileceğini tahmin etmek zor olacaktır. Ancak, yeni bulguların tüm sevincini yaşarken, böyle bir araştırmanın daima büyük bir finansal harcamalar ile bağlantılı olduğunu ve finansal çıkarların daima araştırmayı yönlendirdiğini unutmamalıyız.
Resmin başlığı: Şema, yapay olarak üretilen saç folikülünden oluşan birkaç saç şaftının farklı yönde büyüdüklerini gösterir.
Sonuç olarak, Biyomühendislik veya saç folikülü klonlaması üzerinde yapılan araştırmalar, son yıllarda elde edilen başarıların da gösterdiği gibi, doğru yoldadır.
Bununla birlikte, laboratuvarda yapay olarak üretilen saç folikülleri ile saç dökülmelerin tedavisinin hemen yarın mümkün olmayacağı için, araştırmacıların önünde yapılacak daha çok iş var. Ancak, gelecek yıllar ve on yıllarda, laboratuvarda üretilen saç foliküllerinin yaygın olarak terapilerde kullanımı için prosedürlerin, daha da ilerlemesi beklenebilir.
Bunun dışında, saç nakli imkanı ile alopesi veya saç dökülmesinin diğer şekillerinden rahatsız kişilerin tedavileri için denenmiş bir prosedürdür sunulmaktadır. Bunun, özellikle sizin için en uygun bir tedavi seçeneği olup olmadığının değerlendirmesi; örneğin, verici alanın bir tedavi için yeterli olup olmadığı sorusunun cevabı gibi, tatmin edici olarak genellenemez. Bunun için, saç nakliyle ilgilenen hastaların, eğitimli uzmanların vereceği tavsiyelere ihtiyaçları vardır. Devam eden saç dökülmesinden rahatsızsanız veya saç naklinin imkanları ve sınırlarıyla ilgileniyorsanız, bizi bir danışma için kliniğimizde aramanızı ve sorunuza beraber bir çözüm bulmamız için sizi teşvik etmek istiyorum.
Sevgilerimle
Angela Lehmann
Diğer literatürler
Higgins, C. A., Chen, J. C., Cerise, J. E., Jahoda, C. A. & Christiano, A. M. (2013). Microenvironmental reprogramming by three-dimensional culture enables dermal papilla cells to induce de novo human hair-follicle growth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(49), 19679–19688.
Stenn, K. S. & Cotsarelis, G. (2005). Bioengineering the hair follicle: fringe benefits of stem cell technology. Current opinion in biotechnology, 16(5), 493–497.
Tezuka, K., Toyoshima, K. E. & Tsuji, T. (2016). Hair follicle regeneration by transplantation of a bioengineered hair follicle germ. Multipotent Stem Cells of the Hair Follicle: Methods and Protocols, 71–84.