Lösemi ve lenfoma gibi kan kanserleri olan hastalar genellikle hastalıklı hücreleri yok etmek için kemik iliği ışın tedavi yöntemi ile tedavi edilirler. Tedaviden sonra hastalar, kan hücreleri yenilenene kadar enfeksiyona ve aşırı yorgunluğa karşı hassaslaşırlar. Geliştirilen bu yöntem sayesinde, kök hücrelerinin olgunlaşmış kan hücrelerine farklılaşması artırılarak, lösemi ve lenfoma hastalarına yardımcı olabilecek.
MIT araştırmacıları şu an kan hücrelerinin daha hızlı yenilenmesine yardımcı olacak bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem, öncül hücrelerin olgunlaşmış kan hücrelerine farklılaşmasına yardımcı olan büyüme faktörlerini salgılamak için belirli bir kök hücre tipini uyarmayı içerir.
Araştırmacılar “Mechanopriming” olarak bilinen bir teknik kullanarak, mekanik özellikleri kemik iliği ile çok benzer bir yüzey üzerinde mezenkimal kök hücrelerini (MSCs)* dönüştürdüler. Bu, hücrelerin hematopoietik* kök ve progenitör* hücrelerin (HSPC’ler) kırmızı ve beyaz kan hücrelerine, ayrıca trombositlere ve diğer kan hücrelerine farklılaşmasına yardımcı olan özel faktörler üretmesine neden oldu.
Biyoloji Mühendisliği Profesörü Krystyn Van Vliet: “Bir bitki yetiştirmeye çalışıyormuşsunuz gibi düşünebilirsiniz. MSC’ler toprağa girip gelişir, böylece progenitör hücreler hayatta kalmak için ihtiyaç duyduğunuz kan hücresi kökenine doğru çoğalmaya ve farklılaşmaya başlayabilir. ”
Araştırmacılar, fareler üzerinde yaptıkları bir çalışmada, özel olarak yetiştirilen MSC’lerin, hayvanların kemik iliği ışınlamasına göre çok daha çabuk iyileşmelerine yardımcı olduğunu gösterdi.
Hücresel İlaç Fabrikaları
MSC’ler vücutta üretilir ve kemik, kıkırdak, kas ve yağ dahil çeşitli dokulara dönüşebilir. Ayrıca, diğer kök hücrelerinin olgun hücrelere farklılaşmasına yardımcı olan proteinleri de salgılayabilirler.
Van Vliet: “ Mezenkimal kök hücreleri İlaç fabrikaları gibi davranırlar. Dokuların kökenlerini oluşturan hücreler olmakla birlikte, aynı zamanda hematopoietik kök hücrelerin çalıştığı ortamı değiştiren birçok faktörü de dışarı pompalarlar”.
Kanser hastaları kök hücre nakli aldıklarında genellikle sadece kan hücreleri olabilen HPSC (insan pluripotent kök hücreleri) hücrelerini alırlar. Van Vliet’in ekibi daha önce farelere MSC verildiğinde daha hızlı iyileştiklerini gösterdiler. Bununla birlikte, genellikle belirli bir MSC popülasyonun sadece yüzde 20’si, kan hücresi büyümesini ve kemik iliği iyileşmesini uyarmak için gerekli faktörleri üretir. Ekip, kan hücresi büyümesini destekleyen mezenkimal kök hücrelerinin yüzde 20’sini belirleyebilen özel bir mikroakışkan cihaz kullanarak; bunu sıralayabildiklerini gösterdiler ve gerekli faktörleri üretmek için tüm MSC’leri uyarmanın bir yolunu bularak, bu yöntemi geliştirmek istediler. Bunu yapmak için öncelikle hangi faktörlerin daha önemli olduğunu keşfetmeleri gerekiyordu. Birçok faktör kan hücresi farklılaşmasına katkıda bulunurken, osteopontin (OPN) adı verilen bir proteinin salgılanmasının, MSC’lerle tedavi edilen farelerin hayatta kalma oranları ile daha yüksek uyum gösterdiğini bulmuşlardır.
Araştırmacılar daha sonra, hücrelerin “makineleştirilmesi (mechanopriming)” fikrini keşfettiler, böylece gerekli faktörlerden daha fazlasını üreteceklerdi. Geçtiğimiz on yıl boyunca Van Vliet ve diğer araştırmacılar, kök hücrelerin yetiştirildiği yüzeylerin mekanik özelliklerinin değiştirilmesinin, olgun hücre tiplerine farklılaşmasını etkileyebileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, bu çalışmada, ilk kez mekanik özelliklerin, belirli bir doku hücresi soyuna işlemeden önce hücrelerin salgıladığı faktörleri de etkileyebileceğini gösterdi.
Vücuttan alınan kök hücreler genellikle, düz bir cam levha veya sert plastik bir zemin üzerinde büyütülebilir. MIT ekibi, hücreleri PDMS (Polidimetilsiloksan) adı verilen bir polimer üzerinde büyütmeye ve bunların hücreyi nasıl etkileyeceğini görmek için mekanik özelliklerini değiştirmeye karar verdi. Hem sertlikleri hem de viskoziteleri değişen malzemeler tasarladılar, bu da stres uygulandığında malzemenin ne kadar hızlı gerildiğinin bir ölçüsüdür.
Araştırmacılar, mekanik özelliklere sahip materyaller üzerinde yetiştirilen MSC’lerin, kemik iliğindekine benzer şekilde çoğaldıklarını ve olgun kan hücrelerine farklılaşmak için HPSPC’leri indükleyerek maksimum gerekli olan faktörleri ürettiğini bulmuşlardır.
Daha İyi Kurtarma
Araştırmacılar daha sonra, özel olarak yetiştirdikleri MSC’leri, kemik iliği ışınlanmış olan farelere implant ederek test ettiler. Herhangi bir HSPC’yi implant etmemiş olsalar bile, bu tedavi hızla hayvanların kan hücrelerini yeniden doldurdu ve geleneksel cam yüzeylerde büyüyen MSC’lerle tedavi edilen farelere göre daha hızlı iyileşmelerine yardımcı oldu. Ayrıca mikroakışkan sıralama cihazı tarafından seçilen faktör üreten MSC’lerle tedavi edilen farelere göre de daha hızlı iyileşme gösterdiler.
MIT Üniversitesinde doktora yapan Frances Liu: “Kanser hücrelerini öldürmek için yaygın olarak radyasyon terapisi modelleri kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu terapiler oldukça yıkıcı ve aynı zamanda sağlıklı hücreleri de yok etmektedir. Geliştirdiğimiz bu yöntem sayesinde, mekanizmalı MSC’lerin bu fare modellerinde daha sağlıklı kemik iliği hücrelerini destekleyeceğini ve iyileştireceğini düşünüyoruz ve aynı sonuçların insanlar için de uygulanabilmesini ümit ediyoruz.”
Van Vliet’in laboratuvarı, insanlarda test edilebilecek MSC’ler ve HSPC’lerin kombinasyon tedavisini geliştirme umuduyla daha fazla hayvan çalışması gerçekleştirmektedir. Van Vliet: “Çok uzun bir süre düşük kan hücresi seviyesiyle yaşayamazsınız. Eğer kan hücrenizin normal seviyelere daha hızlı ulaşmasını sağlayabiliyorsanız, hastalığın seyri hakkında daha iyi bir tahmin yapılabilir.”
Bu çalışma sayesinde MSC’lerin, kültür ortamları ve aynı zamanda mekanik ortamları değiştirerek; Parkinson hastalığı, romatoid artrit ve diğer birçok hastalığın tedavisinde kullanılabileceği düşünülüyor..
*Mezenkimal kök hücre: Hücrelerin bağ dokularında bulunan, erişkin haldeki kök hücre tipidir. Dokuların destek bölümü olan “Stroma hücre”sinin de temelini oluşturmaktadırlar. Yağ, kemik, kıkırdak, kas, tendon vs. farklılaşabilirler. Mezenkimal kök hücreler, bulunduğu dokudan, hasarlı bir dokuya geçebilmektedirler.
*Hematopoetik sözcüğü “kan oluşturan” anlamına gelir. Vücudunuzdaki kan hücrelerinin tümü hematopoetik kök hücreler denen, genç (olgunlaşmamış) hücrelerden oluşur.
*Progenitor hücre: Kök hücreler ayrışmadan (diferansiye olmadan) önce ara bir safha geçirirler. Bu safhadaki hücrelere progenitor hücre veya öncü hücre adı verilir. Fetal ve erişkin dokudaki progenitor hücreler yarı farklılaşmışlardır ve bölünerek matur hücrelere diferansiye olabilirler.
