Kk Hcre Kavram ve Klinik Uygulamalar Prof Dr

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

İçerik 1. Kök hücre kavramı ve kök hücre tipleri 2. Kök hücre ilgili potansiyel tedavi olasılıkları 3. Hematopoetik (kan yapıcı) kök hücre kavramı 4. 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 – 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 1. Farklılaşma / plastisite 2. Çoğalabilme 3. Kendini kopyalama – Hücrenin kendi kopyasını , kendi yedeğini oluşturması • Kök hücre havuzu yaşam boyu yeterlidir

Kök Hücreler Embryonik Kök Hücre (pluripotent) Erişkin (somatik) Kök Hücre Somatik hücre İndüklenmiş pluripotent kök hücre (unipotent)

Farklı doku/hücre oluşturma yeteneği Ovum + sperm h = zigot Totus= bütün 4 -5. gün: Morula 6 -7. gün : Blastokist Totipotent Blastokist Pluripotent 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 Embryonal Kök Hücre Blastokist iç hücre kitlesi Pluripotent Embryon gövdesi Somatik ve germ h’leri Embryonal Kök Hücre Gastrula aşamasındaki epiblast Pluripotent Endoderm, mezoderm, ektoderm Embryonal Kök Hücre Ektoderm , endoderm ve mezoderm h’leri Pluripotent 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 Yetişkin Kök Hücre 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 ? Ovum Zigot Blastokist Trofektoderm İç hücre kitlesi Sperm İn vitro fertilizasyon Pluripotent EKH dizileri

Tedavi amaçlı kopyalama (Somatik hücre çekirdek transferi) Üreme amaçlı kopyalama ovum Ayrılmış çekirdek Hücre bölünme işleminin uyarılması STOP blastokist Çekirdek transferi Embryonik kök hücre dizisi Somatik (vücut) hücresi Ayrılmış çekirdek Somatik hücre çekirdeği aktarılmış ovum 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 – – – – PROBLEMLER Diyabet Etik Alzheimer Teratojenik Multiple skleroz Tümör oluşumu Medulla spinalis lezyonları Doku reddi Karaciğer hastalıkarı Maküla dejenerasyonu vd

İnsan pluripotent kök hücreleri Hücre yerine koyma Sinir h EKH Blastokistin iç hücre Farklılaşma kütlesinden Kendini yenileme Retina h Kalp kası h İPKH İndüklenmiş Pluripotent KH (Somatik Hücre kaynaklı) Karaciğer h Pankreas Beta h Adrian K, Biochem. J. (2010)

Somatik hücre Ör: fibroblast Embryonik gen transferi Yamanaka kokteyli: (Oct 4, Sox 2, c-Myc, Klf 4, Lin 28 vd) İndüklenmiş pluripotent kök hücre Çeşitli doku hücreleri Etik problem aşılır Fakat Mikro. RNA 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/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 • Hematopoetik kök hücre Diğerleri • (Kİ/kan/göbek kordonu) • • Mezenkimal KH • – Kemik iliği, yağ dokusu, • göbek kordonu, amnios sıvısı • vd kaynaklı • • • Beyin , medulla spinalis Periferik kan Damarlar Dişler Deri İskelet kası Kalp kası Barsak Karaciğer, akciğer Meme dokusu Overler ve testisler vd

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.

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

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

• • Kardiyoloji Nöroloji Endokrinoloji Ortopedi Plastik Cerrahi KBB Göz ……. vd Yapay mesane Sınırlı çoğalma yeteneği? Atala ve ark 2006 Dokuda devamlılıkları ? Trakea Genetik Macchiarini değişiklik? ve ark 2008 Yanık tedavisi, kemik dokusu, kornea REJENERATİF TIP Doku veya organın yeniden oluşturulması/onarımı İmmünomodülatör etkiler

• • Kardiyoloji Nöroloji Endokrinoloji Ortopedi Plastik Cerrahi KBB Göz ……. vd REJENERATİF TIP Deneysel !!!!!! • Hematopoetik kök hücreden yeniden hematopoez oluşturma 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: 126 x 1010 • Hücre yapımı: 18. 8 x 107/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 CFU-E CFU-M CFU-G T B NK Lenfosit Ve Plazma h RBC Monosit Nötrofil 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 Akut lösemi Tam Yanıt Lösemik hücre: 109

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

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

Yanıt ? Nüks tedavisi KT Akut lösemi Tam. Yanıt Lösemik hücre: 109 Nüks

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)

KT: Doz= x Tümör hücre sayısı: 109 Logaritmik azaltma - 999. 000 Tümör hücre sayısı: 106 KT: Doz= 2 x Tümör hücre sayısı: 109 - 999. 900. 000 Tümör hücre sayısı: 105

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

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

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

kök hücrelerin kandan toplanması (aferez)

Kordon Kanı

HLA uygun donör ALLO-HKHN Lösemi, veya Kİ yetmezliği (AA) vd İzolasyon Hazırlık rejimi (Kemoterapi +/- Rt ) veya immünsupresif tedavi Kİ , PKH, Kordon 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

İlk Otolog-HKHN 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 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 – 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 Diğer – 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 Diğer

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

Aplastik Anemi, Lenfoma ve M Miyeloma Olgularında Farklı Nakil Tipleri İle 3 Yıllık Yaşam Olasılığı (%) (CIBMTR verileri) Tanı Aplastik A Hodgkin Allogeneik Evre/ Hastalık tipi Otolog Kardeş Akraba dışı < 20 yaş 86 65 > 20 yaş 74 56 2. Tam remisyon 82 Remisyon yok 70 51 Dirençli hastalık Tümü Foliküler Lenfoma Kemoterapi duyarlı Diffüz B H Kemoterapi duyarlı Dirençli hastalık M Miyelom 38 67 64 39 21 32 74 56 62 36 47 68

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