Kök hücre, mitoz bölünmeyle özelleşmiş hücre tiplerine farklılaşabilen ve daha fazla kök hücre üretmek için kendini yenileme yeteneğine sahip olan, bütün çok hücreli canlıların doku ve organlarını oluşturan ana hücre türleridir.
Memelilerde kök hücrelerin iki yaygın tipi bulunur; blastokist evresinin iç tabakasından elde edilebilen embriyonik kök hücreler ve çeşitli dokularda bulunan yetişkin kök hücreleri.
Yetişkinlerdeki kök ve öncül (progenitör) hücreler vücudun onarımında görev alıp, erişkin dokuları yenileyebilme yetisine sahiplerdir. Gelişen bir embriyoda, kök hücreler özelleşmiş hücrelerin tümüne—ektoderm, mezoderm, endoderm—farklılaşabilirler ( pluripotent hücreler denir) ve ayrıca kan, deri, sindirim organları gibi organların da yenilenmesini sağlarlar.
İnsanlarda günümüzde bilinen otolog erişkin kök hücre kaynakları şu şekildedir;
Kemik iliği kök hücreleri Kemikten (tipik olarak femur veya iliak krestden) mekanik bir işlemle elde edilir.
Yağ (adipoz) doku; liposakşın ile alınması ve saflaştırmaları gerekir.
Kan, donörden alıcıya kan bağışına benzer şekilde, kanın içinden geçtiği ve kök hücrelerin süzüldüğü “ferez” aracılığıyla saflaştırmayla yapılarak elde edilir.
Kök hücreler ayrıca doğumdan hemen sonra umbilikal kord kanından da elde edilebilir. Bütün kök hücre tiplerinde kendinden (otolog) elde en az riski taşır ve bankalarda saklanılarak sonrası için kullanılabilirler.
Günümüzde yüksek oranda değişkenlik gösterebilen kök hücreler, kemik iliği nakilleri gibi tıbbi tedavilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun için hücre kültür ortamlarında yapay olarak yetiştirilmeleri ve bu ortamlarda kullanılacak hücre tipine göre (kas, sinir vb.) farklılaştırılmaları gerekmektedir. Embriyonik hücre hatları ve otolog embriyonik kök hücreler ise; terapötik klonlamayla oluşturulmakta ve gelecekteki tedavi yöntemleri için umut oluşturmaktadır. Kök hücreler hakkındaki araştırma ve bulgular 1960’larda Toronto Üniversitesindeki Ernest A. McCulloch ve James E. Till tarafından sağlanmıştır.
Özellikleri
Bir hücrenin kök hücre olabilmesi için şu iki özelliği bulundurması gerekir:
Kendini-yenileme: farklılaşmamış safhasını sürdürerek, çok sayıda hücre bölünmesi yapabilme.
Yetkinlik: özelleşmiş hücre tiplerine farklılaşabilme yetisi. Bu kuralcı açı; multipotent ya da unipotent öncül hücreler de bazen kök hücreyi tanımlasa da, kök hücrelerin herhangi bir olgun hücre tipine değişme yeteneği veren multipotent ya da unipotent özellikte olmalarını gerekmektedir. Bundan bağımsız olarak; kök hücre işlevinin bir geri-besleme mekanizmasıyla düzenlendiği de söylenmektedir.
Kendini yenileme
Bir kök hücre populasyonun var olmasını sağlayan 2 mekanizma vardır:
Asimetrik hücre bölünmesi (zorunlu asimetrik replikasyon) : bir kök hücre, kendiyle özdeş olan bir ana hücreye bölünür, diğer yavru hücre ise farklılaşır.
Stokastik farklılaşma: bir kök hücre iki farklı oğul hücreye bölündüğünde, başka bir kök hücre mitoza gider ve ana hücreye özdeş iki kök hücreyi üretir.
Pluripotent kök hücreler, plesanta haricinde vücudun herhangi bir dokusuna dönüşebilirler. Sadece embriyonun erken evrelerinde morula olarak bilinen hücreler totipotenttir ve ekstraembriyonik yapıları ve vücuttaki tüm dokuları oluşturabilirler.
Totipotent (ya da omnipotent); embriyonik ya da ekstraembriyonik hücre tiplerine farklılaşabilen kök hücrelerdir. Bu hücreler, tüm ve yaşayan bir organizmayı oluşturabilirler. Sınırsız sayıda farklılaşma yeteneği vardır. Yumurta ve sperm hücrelerinin kaynaşmasıyla oluşurlar. Döllenmiş yumurtanın ilk birkaç bölünmesiyle meydana gelen hücreler de totipotenttir.[5]
Pluripotent kök hücreler; totipotent hücrelerin soyundan gelirler ve üç germ tabakasından meydana gelen neredeyse tüm hücrelere farklılaşabilirler.
Multipotent kök hücreler; bir miktar hücreye farklılaşabilirler; bu hücrelerin bir miktarıyla yakından akrabadır.
Oligopotent kök hücreler lenfoid ya da miyeloid kök hücreler gibi sadece birkaç hücre tipine farklılaşabilirler.
Unipotent hücreler sadece bir hücre tipini, kendilerini üretebilirler. Fakat onları kök-hücre olmayan hücrelerden (örn. kas kök hücreleri) ayırt eden kendini-yenileme yeteneğine sahiplerdir.
Bir kök hücrenin pratikteki tanımı, işlevselliğidir; bir ömür boyu dokuları yenileme yeteneğine sahip hücreyi tanımlar. Örneğin, kemik iliği ya da hematopoetik kök hücreyi (HKH) tanımlayan bir deney, hücrenin naklini ve HKH’ler olmaksızın canlının korumasını belirleme yetisindedir. Bu durumda, bir kök hücre, yetkinliğini gösterir şekilde, yeni kan hücrelerini ve uzun vadede bağışıklık hücrelerini üretebilme yeteneğindedir. Ayrıca, nakil olan bir canlıdan, kök hücrelerin tekrar saflaştırılması mümkündür. Kök hücrelerin kendilerini-yenileme yeteneğini, HKH’ler olmaksızın yapılan nakiller göstermektedir.
Kök hücreler ayrıca, bulundurdukları özgül hücre yüzey belirteçlerine göre de saflaştırılabilirler. Ancak, in vitro hücre kültür ortamları, hücrenin aynı tutumu sergileyip sergilemeyeceğini belirsiz hale getiren şekilde hücrenin davranışını değiştirebilmektedir. Bu durumda, önerilen ergin hücre populasyonlarının gerçekten kök hücreler olup olmadığı konusunda önemli tartışmalar bulunmaktadır.
Embriyonik kök hücre
Embriyonik kök hücre (EKH) , embriyonun blaskokist ya da morulanın daha erken evrelerinde en iç hücre kümesinden köken alan epiblastlardan elde edilen kültürlerdir.
Blastokist, 50-150 hücreden meydana gelen ve insan embriyosunun yaklaşık 4-5 günlük ilk evrelerindendir. EKH’ler, pluripotenttir ve üç ilkel tabakanın (ektoderm, mezoderm ve endoderm) tümüne de farklılaşabilir. Başka bir deyişle pluripotent hücreler; özgül bir hücre tipi için verilen yeterli ve gereken uyarı verildiğinde, 200’den fazla insan hücresinin tümünü oluşturabilir.
Pluripotent hücreler, embriyo-dışı membranlar ya da plasentanın oluşumuna katılmazlar. Endoderm, bütün akciğerleri ve sindirim biyotasını oluştururken, ektoderm sinir sistemi ve deriyi; mezoderm ise, kaslar, kemik, kan yani endoderm ve ektoderm arasındaki her şeyi birleştiren kısmı oluşturan katmanlardır.
Günümüze kadar olan neredeyse bütün araştırmalar, fare (mEKH) ve insan (iEKH) embriyonik kök hücrelerinden yapılmıştır. Bu hücrelerin her ikisi de, farklılaşmamış bir evrede kalmak için çok farklı çevrelere ihtiyaç duysalar da, gerekli kök hücre özelliklerini taşırlar.
Bir insan embriyonik kök hücresi, ayrıca bazı transkripsyon faktörleri ve hücre yüzey proteinleri olarak da tanımlanabilir.
Kök hücrelerin moleküler tanımlaması, bazı proteinleri ve devam eden araştırmaların bir konusuna karşılık gelmektedir denebilr.
Günümüzde embriyonik kök hücrelerin kullanılarak yapıldığı onaylanmış herhangi bir tedavi bulunmamaktadır.
İlk insan denemesi Haziran 2009’da ABD Gıda ve İlaç Yönetimi tarafından uygulamaya kondu.Ancak, bu insan deneyi, Atlanta’da 13 Ekim 2010 tarihindeki omurilik hasarlı kurbanlara kadar kabul edilmemiştir. 14 Kasım 2011’de deneyi uygulayan şirket, kök hücre tedavi uygulamalarına devam etmeyeceğini açıklamıştır.
Pluripotent olan embriyonik kök hücreler, doğru farklılaşma için özgül sinyallere ihtiyaç duymaktadırlar; eğer bir vücuttan diğerine doğrudan verilirlerse, bu kök hücreler teratomaya da yol açabilen birçok farklı hücreye farklılaşabilirler.
Teorikte nakil reddini engellemede kullanılması mümkün olan ve uygun hücrelere farklılaşma yeteneğindeki EKH’ler, araştırmacıların hala yüzleşmekte olduğu bazı engelleri de bulundururlar.
Embriyonik kök hücreler, sınırsız genişleme ve pluripotensi yeteneklerinin birleşimlerinden dolayı, teorik olarak yenileyici tıp ve hastalık sonrası doku onarımı için olası kaynaklardır.
Henüz farklılaşmamış olan bu hücreler sınırsız bölünebilme ve kendini yenileme, organ ve dokulara dönüşebilme yeteneğine sahiptir. Bu özellikleri bakımından kök hücreler kanser, sinir sistemi hastalıkları (Alzheimer) ve hasarları, metabolik hastalıklar (diyabet), organ yetmezlikleri, romatizmal hastalıklar, kalp hastalıkları, kemik hastalıkları ve daha birçok alanda kullanıma sahiptirler.
Günümüzde bu hastalıkların bazılarının tedavisinde organ veya doku nakilleri yapılmaktadır. Ancak, organ veya doku nakli gerektiren hastaların çokluğu, uygun organ ve dokunun her zaman bulunamaması gibi sorunlarla sürekli karşılaşılmaktadır. Bilim ve teknolojideki son gelişmeler doğrultusunda Kök hücrelerin bu alanda kullanılması gündeme gelmiştir.
Fetal
Fetüslerin organlarında bulunan birincil kök hücreler fetal kök hücreler olarak adlandırılır. Fetal kök hücrelerin alınması ve kullanımı ciddi etiksel sorunlara yol açabilmektedir. Kaynağı genellikle düşük yapanların bağışladığı fetüslerdir. Günümüzde FKH’ler ile yapılan çalışmalar kök hücre kaynağı yetersizliğinden dolayı yavaşlamıştır.
Yetişkin
Ana madde: Yetişkin kök hücresi
Yetişkin kök hücresi, somatik (vücut) kök hücreleri ve üreme hattı (germ) kök hücreleri olarak da bilinen, yetişkinler kadar çocuklarda da bulunan hücrelerdir. Pluripotent yetişkin kök hücreler seyrek ve umbilical kord kanı gibi dokuların bazılarında çok küçük miktarda bulunurlar. Kemik iliği, omurilik yaralanmaları, karaciğer sirozu, knik uzuv iskemisi,son aşamadaki kalp yetmezliği gibi hastalıkların tedavilerde kullanılan yetişkin kök hücrelerin bulunduğu zengin kaynaklardan biridir. Kemik iliği kök hücrelerinin miktarı, yaşlanmayla azalır, ayrıca aynı yaş grubundaki üreyebilir dişilerde erkeklere kıyasla daha azdır.Günümüze kadar olan yetişkin kök hücre araştırmalarının büyük kısmı, hücrelerin bölünme veya süresiz olarak kendini yenileme ve farklılaşma eğilimlerininin sınırlarını belirlemek üzerine olmuştur.
Çoğu yetişkin kök hücresi, soy-kısıtlı yani multipotentdir ve genellikle kendi doku kökenlerine aittir (örn. mezenşimal kök hücre, adipoz-kökenli kök hücre, endoteliyal kök hücre, diş özü kök hücresi, gibi).Yetişkin kök hücre tedavileri, uzun zamandır lösemi ve ilişkili olan kan/kemik iliği kanserlerinde kemik iliği nakli uygulamasıyla başarıyla kullanılmaktadır. Yetişkin kök hücreler ayrıca yaralanmış atlarda tendon ve ligamentlerin tedavisinde de kullanılmaktadır. Erişkin kök hücrelerin araştırmalarda ve tedavilerdeki kullanımları, embriyonik kök hücrelerde olduğu gibi tartışmalı değildir, çünkü yetişkin kök hücrelerin eldesi için bir embriyonun yok edilmesi gerekmez. Ayrıca, uygun alıcıdan (otograftdan) erişkin kök hücrelerin elde edildiği koşullarda, doku reddi riski neredeyse yoktur. Bu nedenle, erişkin kök hücre araştırmaları için daha fazla ödeneğin ayrılması gerekiyor gibi görünmektedir.
Yetişkin mezenşimal kök hücreler için son derece zengin başka bir kaynak da, alt (mandibular) üçüncü azı dişinin özüdür. Bu kök hücreler, sonunda diş minesi, dentin, peridontal bağ, kan damarları, diş özü, sinir dokuları ve en az 29 farklı organı oluştururlar. 8-10 yaşlarında, kemikleşmeden ve hastalanmadan önce elde var olan bu büyük koleksiyon sayesinde belki de kişiye özgü işlemler, araştırmalar ve şimdiki ve gelecek tedaviler şekillendirilecektir.
Yağ dokusu kök hücrenin en bol bulunduğu ve en kolay elde edildiği kaynaktır. Time dergisi 2011 yılında yağ dokusundan kök hücre elde edilmesini yılın en önemli 50 icadından birisi olarak seçmiştir. Özellikle estetik cerrahide yağ dokusu kökenli kök hücre çok kullanılsa da giderek diğer alanlara yayılma potansiyeline sahiptir.
Amniyotik
Multipotent kök hücreler ayrıca amniyon sıvısında da bulunur. Bu kök hücreler oldukça etkindirler ve besleyici ortam olmaksızın oldukça genişleyebilirler ve ayrıca tümorojenik değildirler. Amniyotik kök hücreler multipotenttirler ve adipojenik, osteojenik, miyojenik, endoteliyal, hepatik ve ayrıca nöronal hatlardaki hücrelere farklılaşabilirler.
Dünya çapında bütün üniversite ve araştırma merkezleri, amniyotik sıvıyı amniyotik kök hücrelerinin bütün niteliklerini öğrenmek üzere araştırmalarını günümüzde sürdürmektedirler. Ve Anthony Atala gibi araştırmacılar bu konuda oldukça iyi veriler elde etmişti. Amniyotik sıvıdan elde edilen kök hücrelerin kullanımıyla, insan embriyosundan elde edilen kök hücrelerdeki gibi sorunların üstesinden gelinecek gibi görünmektedir.
Roma Katolik Kilisesi, embriyonik kök hücrelerin deneylerde kullanımını yasaklarken, Vatikan gazetesi amniyotik kök hücreler için geleceğin tıbbı olarak başlık vermiştir. Donörlerden ya da kendi kullanmak isteyenlerden amniyotik kök hücreleri biriktirmek mümkündür; bu nedenle dünya genelinde kurulan ve ortaklaşa çalışan amniyotik kök hücre bankaları bulunmaktadır.