Rejeneratif tıp; doğumsal kusurların yanı sıra, yaşlanma, hastalık ya da travma gibi nedenlerle hasara uğramış olan doku ve organları iyileştirme ya da yerine yeni bir doku ya da organ nakletme potansiyeline sahiptir. Cilt yaralanmaları, kalp hastalıkları, travmalar ve çeşitli tiplerdeki kanserlerin tedavisi gibi farklı doku ve organlarla ilgili rejeneratif alanında umut verici klinik öncesi ve klinik çalışmalar mevcuttur. Bütün bir organın ve dokunun nakli ile ilgili güncel tedavilerin uygulanması için, donör sayısındaki azlık ve ileri düzeyde bağışıklık sistemi reaksiyonları ciddi engellerdir. Rejeneratif tıp stratejilerinin kullanılması bu engellerin aşılmasını sağlayabilir.
Rejeneratif tıp alanı, fonksiyonel ve yapısal olarak uygun bir doku oluşturmak için materyallerin ve hücrelerin farklı kombinasyonlarını kullanır. Yetişkin insanların vücutlarını yenileme kapasiteleri, daha ilkel olan omurgalı canlılara kıyasla kısıtlı olmasına rağmen, vücudun doğal yenilenme cevabı da rejenerasyonu başlatabilir. Doku mühendisliği ve rejeneratif tıp, yirmi yıl önce bir endüstri olarak ortaya çıktığından beri, çok sayıda tedavi yöntemi FDA tarafından onaylanmıştır ve ticari olarak mevcuttur. Yeni dokuların yapılarına ve fonksiyonlarına katkıda bulunmak için tedavi edici hücrelerin vücuda verilmesi rejeneratif tıbbın prensiplerinden biridir. Tedavide kullanılan hücreler ise otolog ya da allojeniktir. Örneğin Carticel (ortopedi alanında uygulanan ve FDA tarafından onaylı ilk biyolojik terapi) eklemlerdeki kıkırdak hasarları için otolog kıkırdak hücrelerini kullanır. Bu yöntemde, otolog hücreler; hastanın kıkırdağından alınır, laboratuvar ortamında çoğaltılır ve hücreler hasar bölgesine yerleştirilir. Diğer bir örnek, otolog fibroblastların cilde enjeksiyonunun yapıldığı laViv adlı yöntemdir. Epicel’de ise otolog keratinosit hücreleri ciddi yanıklarda kullanılmaktadır. Ayrıca kordon kanındaki hücrelerde kan kök hücrelerini elde etmek için toplanır.
Kullanılan materyaller de rejeneratif tıp için önemlidir. Çünkü bu materyaller; dokuda hücreler arası bir ortam görevini yapan ekstrasellülar matriksi (ECM) taklit eder, dokunun yapısına ve fonksiyonuna katkıda bulunur ve bölgesel olarak büyüme faktörleri sağlar. Örneğin; üç boyutlu polimer yapılar, kıkırdak onarımında hücrelerin doku boyunca yayılmasını teşvik etmek için kullanılır. Biyomateryallerin büyüme faktörleri ile birlikte dokuya verilmesi de dokunun yenilenmesini teşvik eder. Platelet türevli büyüme faktörünün verilmesi (Regnarex) yara iyileşmesini ve kemik morfojenik proteinleri 2 ve 7’nin verilmesi kemik onarımını teşvik etmiştir. Fakat, günümüzde kullanılan materyallerden büyüme faktörü salınımı, miktar ve zaman olarak tamamen kontrol edilemediği için, bazı komplikasyonlar ortaya çıkabilir.
Rejeneratif tıp ürünlerinin etkinliği, FDA tarafından onaylanmıştır. Bu ürünler iyileşme ve yenilenme için faydalı olmasına rağmen, hastalık ve yaralanmaları tamamen çözebilme potansiyeline değildir. Yeni ürünlerin pazara sürülmesinin çok fazla zaman gerektiren bir süreç olması ve yatırım için de FDA onayının gerekmesi bu durumu zorlaştırmaktadır. Yeni bir ilaç ya da biyolojik bir aktif madde pazara girmeden önce, çok fazla sayıda klinik test ve laboratuvar testinin yapılması gerekir. Bu ürünlerin ortalama maliyeti ise ilaç başına 802 milyon dolar ile 2.6 milyar dolar arasındadır. Buna karşılık; medikal cihazlar, biyomateryaller gibi hücre içermeyen ürünler geliştirildikten sonra 3-7 yıl arasında pazara girerler.
Klinik Öncesi Aşamada ve Klinik Test Aşamasında Olan Terapiler
Bu aşamadaki terapiler üçe ayrılır: 1) üç boyutlu biyoyazıcılar (bu konuda daha ayrıntılı bilgi için https://www.bilgiustam.com/noral-dokular-uc-boyutlu-biyoyazicilar/ ) ile bir organ ya da dokunun yeniden oluşturulması, 2) organın alıcıya aktarılması, alıcıdaki damar ve sinir sistemine bağlanması, 3) hücre aktarımı ya da bağışıklık sisteminin manipüle edilmesiyle ECM’nin tedavi edici cevabı indüklemesinin sağlanmasıdır. Ayrıca, son zamanlarda keşfedilen hücre kaynaklarından yararlanmak da bu kategorilere eklenmiştir.
Doku ve Organ Yapısının Yeniden Oluşturulması
Dokuların ve organların yapısı işlevleri ile yakından ilişkili olduğu için, ilk aşamada etkili bir yapı oluşturmak gerekir. Stratejilerden biri; organ naklinden önce, organdaki hücreleri ayrıştırmak ve organa tekrar hücre yerleştirmektir. Hücreler ayrıştılırken bağışıklık sistemi hücreleri ve molekülleri ortadan kaldırılır, organın yapısı ve materyali korunur. Bu yaklaşım biyoreaktörler ile birlikte uygulanır ve akciğer, böbrek, karaciğer, pankreas ve kalp hastalıklarının hayvan modellerinde kullanılır. Tekrar hücre eklenmeyen, hücrelerden arındırılmış doku ise, pazara tıbbi cihaz olarak girer ve hastalarda kas hasarlarını onarmak için kullanılır. Bu başarılara rağmen, yöntemde bazı zorluklar mevcuttur. Hücrelerin ayrıştırılması sürecinden dokunun ya da organın mekanik özellikleri etkilenebilir, ECM’de bulunan tedavi edici özellikte olan sinyal molekülleri ortadan kaybolabilir ve doku ya da organın yapısı nakilden önce bozulabilir. Günümüzde, bu aşamaların optimizasyonu üzerine çalışmalar yapılmaktadır.
Hedef dokunun yapısal özelliklerini gösteren, benzer materyalden sentetik üç boyutlu yapılar oluşturulabilir. Bu üç boyutlu yapılar; saflaştırılmış ECM bileşenleri ya da alg türevli aljinatlar gibi doğal mateyaller olabilir. Kullanılan sentetik materyaller ise; poly(lactide-coglycolide) ve poly(ethylene glycol)’dür. Bunlara ek olarak; hidrojeller de çoğunlukla sudan oluştuğu ve bu özelliğiyle doğal dokulara daha çok benzediği için sıklıkla kullanılır. Bu biyopolimerler vücutta parçalacak şekilde tasarlanır. Polimerlerin üzerindeki hücreler çoğalıp yüzeylerini kapladıkça, polimer aşama aşama parçalanır ve polimerin yerini hücreler alır. Örneğin; çocuklardaki ve yetişkin hastalardaki doğumsal kalp hastalığının tedavisinde, yapay kan damarı (TEVGs) klinik denemelerde kullanılmıştır. Vücutta parçalanabilir yapıda olan ve üzerine hücreler ekilmiş olan kan damarları ile böbrek hasarları için de klinik deneme yapılmıştır (Humacyte). Bazı durumlarda, polimerin mekanik özellikleri de tek başına tedavi edici etki oluşturabilir. Örneğin; kalp hasarlarında aljinat hidrojelin enjeksiyonu için klinik denemeler yapılmaktadır (Algisyl). İdrar kesesinin yeniden yapılandırıldığı hastalarda, üzerinde hücre olan poliglikolit ve kollajen gibi farklı materyallerin birleştirilmesi de polimer performansını arttırmıştır.
Nakledilen Dokuda Kan Damarı ve Sinir Ağının Oluşturulması
Hücre içeren implantların başarılı bir şekilde işlevlerinin yerine getirebilmesi için, vücudun damar sistemi ile bağlantılı olması gerekir. Vücutta çoğu hücre en yakın damara maksimum 100 mikrometre uzaklıktadır. Bu uzaklık, kan akışından madde alışverişini ve oksijen alımını sağlar. İmplante edilen dokudaki damarlanmayı sağlamak için, vücudun anjiogenik büyüme faktörlerinden yaralanılabilir. VEGF, Ang, PDGF, bFGF gibi çeşitli büyüme faktörleri anjiogenez ile ilişkilidir. Fakat, bu faktörlerin vücut ortamındaki kısa yarılanma sürelerinden dolayı, uygun bir aktarım yöntemi olmadan uygulanmaları etkili bir sonuç vermez. Bu faktörlerin sürekli olarak dokuya verilmesi, etkili bir yaklaşım olabilir.
Diğer bir yaklaşım, dokunun nakilden önce damarlandırılmasıdır. Endoteliyal hücreler ve öncüleri polimere transfer edildiğinde, tek başlarına organize olabilir. Nakilden önce, endoteliyal hücreleri dokuya özgü hücreleri birleştirmek, damarlanmayı sağlamak ve dokuya özgü işlev göstermek açısından başarılıdır.
Sinir yapısının oluşturulması özellikle, iskelet dokusu gibi motor kontrolün ve deri gibi duyu organlarının işlevlerini doğru yerine getirebilmesi için gereklidir. Bu işlem, büyüme faktörleri ile gerçekleştirebilir. Kanalları ECM ve büyüme faktörleri ile yüklenmiş hidrojeller, hasar sonrası sinir yenilenmesi için kullanılmıştır. Anjiogenez ve sinir gelişiminin belirli sinyal yolaklarından ortak şekilde etkilendiği bilinir ve bu bağlantı biyomateryallerden VEGF’nin kontrollü salınımıyla sağlanır.
Hücrelerin Etrafındaki Ortamı Değiştirmek
Aktarılan hücreler, vücuttaki diğer diğer hücrelerle etkileşime girerek ve büyüme faktörleri salgılayarak, tedavi edici bir cevap başlatabilir. Örneğin; insan kordon kanı hücrelerinin felçli bir hastada kullanılmasıyla bölgedeki damarlanmayı arttırmıştır ve damarlanma bölgeye nöroblastların göçünü sağlayarak iyileşmeyi sağlamıştır. Benzer şekilde, aktarılan makrofajların da karaciğerdeki hücreleri aktifleştirerek onarımı başlatır. Bazı durumlarda da aktarılan hücreler, transplante edildikleri ortamı hasardan önceki normal haline dönüştürürler. Örneğin; nadir görülen bir genetik deri hastalığı olan epidermolysis bullosa (EB) tip 7 kollajenin depolanması ile ilişkili bir bozukluktur. Allojenik fibroblastların (başka bir kişiden alınan deri hücreleri) deriye enjekte edilmesi ile tip 7 kollajen takviye edilir ve morfoloji düzelir. Bazı durumlarda da aktarılan hücreler bir antikoru ya da peptidi hedefleyecek şekilde kaplanır ve bu da hücrelerin hedef dokuya ulaşmasını hızlandırır. Ayrıca, hücreler hedef büyüme faktörlerini sentezleyecek şekilde genetik olarak manipüle edilebilir.
Rejeneratif tıbbı amacı nakil sonucunda bağışıklık sistemi tepkisini engellemek olsa da, bağışıklık sistemi doku yenilenmesinde önemli rol oynar. Ciddi düzeydeki bağışıklık sistemi reaksiyonları doku reddidir ve allojenik hücrelerden oluşan implantların nakli için ciddi bir engeldir. Bu durumda bağışıklık sistemi, T hücreleri ve dendiritik hücreler yoluyla manipüle edilebilir. Ayrıca, sentetik biyomateryallerin özelliklerinin değiştirilmesi de bağışıklık sistemi tepkisini azaltır. Örneğin; matelyalin hidrofobikliğinin (suyu sevmeme özelliği) azaltılmasının bu konuda işe yaradığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, bağışıklık sistemi hücrelerinin sitokin salgılayacak şekilde manipüle edilmesi, yenilenmeyi ve sinir hücrelerinin gelişimini arttırmıştır.
Yeni Hücre Kaynakları
Çoğu rejeneratif tıp stratejisinin başarılı olması için, tedavi edici özellikte hücrelere yeterli miktarda ihtiyaç duyulur. Bu nedenle, yetişkin dokulardan fazla miktarda kök hücre elde etmek üzere çalışmalar yapılmıştır.
Embriyonik kök hücreler (ES) ve uyarılmış pluripotent kök hücreler (iPSCs) yenileme için sınırsız bir hücre kaynağı sağlarlar ve bu hücrelerin klinik kullanımı için çalışmalar yapılmaktadır. ES’ler blastosit aşamasındaki hücrelerden alınmıştır ve pluripotent özelliktedirler. Pluripotent özellikte olan hücreler, bir canlıdaki tüm hücre tiplerine farklılaşabilme potansiyeline sahiptir. Uyarılmış pluripotent kök hücreler ise, hastanın derisinden alınan hücrenin genetik olarak manipüle edilerek pluripotent özellik kazandırılmasıyla elde edilir. Uyarılmış pluripotent kök hücrelerin, hastaya naklediklerinde hastanın kendi hücresi olduğu için bağışıklık sistemi yanıtı oluşmaz. Bu özelliğiyle ES’ye kıyasla daha avantajlıdır.
Klinik uygulamalarda iPSCs hücreleri hedef dokunun hücrelerine laboratuvar ortamında farklılaştırılır ve biyomateryaller kullanılarak hastaya aktarılırlar. Örneğin; kalp hastalıklarının tedavisinde, kalp hücrelerine dönüştürülen iPSCs hücrelerinden ve hidrojellerden yararlanılmıştır ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir.
Rejeneratif tıp alanında geliştirilen tedavi yöntemleri gelecek için umut vericidir. Bu tedavi yöntemlerinin uygulamaya konulabilmesi için; kök hücrelerin nakilden sonra da kontrol edilebilmesi ve bağışıklık sistemi cevabının bu konuda nasıl rol oynadığı ile ilgili daha fazla çalışmaya gereksinim vardır. Bunlara ek olarak, hastanın yaşı, hastalığın ciddiyeti ve hastanın mikrobiyomu (vücutta bulunan mikroorganizmaların tümü) yenilenme kapasitesi üzerinde önemli rol oynamaktadır. Bunlara rağmen, son yıllarda laboratuvar ortamında üç boyutlu insan dokularının geliştirilmesi çalışmaları ve üç boyutlu dokular üzerinde yapılan klinik öncesi testler, yöntemlerin kliniğe uygulanma sürecini hızlandıracaktır.
Kaynakça:
Mao ve Mooney. Regenerative medicine: Current therapies and future directions. PNAS, November 24, 2015, vol. 112, no. 47
Yazar: Ayça Olcay