AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ ve SOLUNUM YOLLARI HASTALIKLARINDA ÖNEMİ Emin Kansu ekansu@ada.tr

AKCİĞER KÖK HÜCRELERİAKCİĞER KÖK HÜCRELERİveve

SOLUNUM YOLLARI SOLUNUM YOLLARI HASTALIKLARINDA ÖNEMİHASTALIKLARINDA ÖNEMİ

Emin Kansuekansu@ada.net.tr

Hacettepe ÜniversitesiOnkoloji Enstitüsü

SUNUM• KÖK HÜCRE TANIMI• KÖK HÜCRE BİYOLOJİSİ• KÖK HÜCRELERİN BELİRLENMESİ• KÖK HÜCRE TÜRLERİ• AKCİĞER HÜCRELERİ • AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ• AKCİĞER HASTALIKLARINDA KÖK HÜCRELERİN KULLANIMI• UYARILABİLİR PLURİPOTENT ( iPS )

HIROSHIMAve

NAGASAKI

AğustosAğustos19451945

A-BOMB

Prof. ERNST A.McCULLOCH

April 27, 1926 - January 20, 2011

University of Toronto Ontario Cancer Institute

Mouse Spleen Colony AssayRadiation Research 13:115-125,1960

CFU-SCFU-S

IRRADIATION

BALB/cBONE

MARROWCELLS

MOUSE SPLEENIRRADIATED MOUSE BONE MARROW

BALB/c BALB/c

IRRADIATION WILL EMPTY BONE MARROW SPACE AND RECONSTITUTION CAN BE ACHIEVED BY NEW STEM

CELLS

Till & McCullochAssay

For ingenious experiments that first identified a stem cell “the blood-forming stem

cell” which set the stage for all current research on adult and embryonic stem cells

Till JE,McCulloch EA. The radiation sensitivity of normal mouse bone marrow cells, determined by quantitative marrow transplantation into

irradiated mice. Radiation Research 13(1) : 115-125, 1960

20052005ALBERTALBERTLASKERLASKERAWARDAWARD

KÖK HÜCRELERİKÖK HÜCRELERİNASIL NASIL TANIMLAYABİLİRİZ ?TANIMLAYABİLİRİZ ?

KÖK (STEM) KÖK (STEM) HÜCRELERİHÜCRELERİ

KENDİLERİNİ YENİLEYEBİLEN (Self-Renewal) ve SAYILARI

SÜREKLİ SABİT KALAN FARKLI HÜCRELERİ VEREBİLEN (Farklılaşma =Differansiyasyon) HÜCRELERDİR

KÖK HÜCRELER KENDİNİ –YENİLEME (SELF-RENEWAL)

PLURİPOTENT KLONAL FARKLILAŞMA

KÖK HÜCRE

KÖK HÜCRE

SİMETRİK BÖLÜNME

KÖK HÜCRE

KÖK HÜCRE YENİ FARKLILAŞMIŞHÜCRE : Akciğer, Kas, Nöron, Hepatosit

KÖK HÜCRE

ASİMETRİK KÖK HÜCRE BÖLÜNMESİ

STEM CELLS STEM CELLS

PROGENITORS

DIFFERENTIATED MATURE CELLS

KÖK HÜCRELER KENDİNİ –YENİLEME (SELF-RENEWAL)

PLURİPOTENT*** KLONAL FARKLILAŞMA

ÇOK YÖNDE FARKLILAŞMA(PLURIPOTENCY) GENLERİ

Oct – 4 Nanog Sox 2

KÖK HÜCRELERİKÖK HÜCRELERİ

NASIL NASIL TANIYABİLİRİZ ?TANIYABİLİRİZ ?

KÖK HÜCRELERİNİN YÜZEY ANTİJENLERİ İLE BELİRLENMESİ

c-kit +

Thy1 low sca-1+

c-kit +

Thy1 low CD34+

NEGATIVEB 220Mac-1Gr-1CD3CD4CD8Ter 119

NEGATIVECD38CD10CD14CD15CD16CD19CD20 I.Weissman

MOLECULAR MARKERS OF PUTATIVE HUMAN LUNG CSCsSurface markers and transporters :

CD133

ALDH activity

Transcription factors :

Side population – ABCG2

Runx3Sox2Oct4c-kit

KÖK HÜCRELER KÖK HÜCRELER NEREDE EĞİTİMNEREDE EĞİTİMALIYORLAR ?ALIYORLAR ?

KAN YAPICIKÖK HÜCRE

KAN YAPIMI

SITES OF HEMATOPOIETIC STEM CELLS

YOLK SAC

AGMFETAL

LIVER / SPLEEN

BONE MARROW

PRIMITIVE ERYTROPOIESIS

PLACENTAPLACENTA

HOW AND WHY ?HOW AND WHY ?

KEMİK İLİĞİÜNİVERSİTESİ

(DEVLET)

KAN HÜCRELERİAKYUVARLARALYUVARLAR

SELF-RENEWAL CAPACITY

LT-HSC ST-HSC MPP

NK+ Cell

T Cell

B Cell

GIMP

MEP

PMN

MEG

PLTS

RBC

CLP

CMP

KÖK HÜCRELERİN EĞİTİM KAMPÜSÜ : Kemik İliği Üniversitesi

KEMİKİLİK

KEMİK İLİĞİ ÜNİVERSİTESİ “KAMPÜSÜ”

SİNUS

ADVENTİSYELHÜCRE(MSC)Lymph

RBC

PMN

“NICHE”

HEMATOPOIETICSTEM CELLS

RED CELLS

MONOCYTES

PLATELETS LYMPHOCYTES

EOSINOPHILS

NEUTROPHILS

BASOPHILS

Stem Cell Education Site = NICHE

1978

““NICHENICHE””

MHC

KAN YAPICI KÖK HÜCRE

KAN YAPICI KÖK HÜCRENİN KEMİK İLİĞİNDE

“NICHE”E YERLEŞİMİ

DC

CD4+T-Hücreleri

CD8+T-Hücreleri NK

HücreleriNKTHücreleri

TReg

KÖK HÜCRELERİN“NICHE” de (Dersane)

EĞİTİMİ

KÖK HÜCRESİ MYELOBLAST

KEMİKİLİĞİSTROMASI

“NICHE”

MYELOİD HÜCRELER

KÖK KÖK HÜCRELER...HÜCRELER...

KÖK HÜCRE TÜRLERİEMBRYONİK (ESC)

MEZENKİMAL (MSC)

ERİŞKİN (ADULT) (ASC)

KORDON KANI (CBS)

UYARILABİLİR PLURİPOTENT (iPS)

KÖK HÜCRELERDEN BEBEĞİN KÖK HÜCRELERDEN BEBEĞİN (FÖTÜS) GELİŞİMİ(FÖTÜS) GELİŞİMİ

İNSAN EMBRYONİKKÖK HÜCRELERİ

( ESC)

SPERM + OVUM

DEVELOPMENT OF EMBRYO AND NEWBORN

FERTILIZATION

ESC BLASTOCYTE

EMBRYONIC STEM CELLS EMBRYONIC STEM CELLS

ECTODERM MESODERM ENDODERM

TISSUE SPECIFIC ADULT STEM CELLS

DIFFERENTIATED MATURE CELLS

EMBRİYONİKEMBRİYONİKKÖK KÖK

HÜCRELERHÜCRELER

EKTODERMMSSGlial ProgenitörlerMeme DokusuNöral Progenitörler

FARKLILAŞMA

ENDODERMAkciğer KaraciğerPankreasGI-Goblet Hücreleri

FARKLILAŞMA

MEZODERMAdipositlerKıkırdakKemikKardiomyositlerKANKAN

FARKLILAŞMA

SOMATIC STEM CELLS

ENDODERM ECTODERM NEURAL CREST MESODERMMESODERM

Liver Skin Nerves Blood

Gut Hair Pigmented Cells Muscle

Pancreas Bone

Cartilage

Sir MARTIN EVANSSir MARTIN EVANS

University of CardiffUniversity of CardiffU.K.U.K.

MOUSE EMBRYONIC STEM CELLS

Martin Evans’71 & 81

İNSAN EMBRYONİK KÖK HÜCRE KÜLTÜRLERİ

IVF

Thompson J. et al., Science 1998 1998

BLASTOSİTİÇ KİTLESİNDEN

EMBRYONİK KÖKHÜCRELERİN İZOLASYONU

İNSAN EMBRYONİK KÖK HÜCRELERİNİN

İN VİTRO FARKLILAŞMASI

EMBRYONİKKÖK

HÜCRELERNÖRONLARTubulin+

Cardiomyositler

Cardiac troponin+

Endoderm-AFP +

EMBRYONIC STEM EMBRYONIC STEM CELLSCELLS

• TOTIPOTENTTOTIPOTENT : capable of differentiating into all three germ layers: Endoderm, Ectoderm and Mesoderm = EMBRYONIC STEM CELL

• PLURIPOTENT : whose progeny is limited to one germ layer = MESODERMAL MESODERMAL STEM CELLSTEM CELL

YENİLENME ileYENİLENME ilePLURİPOTENCYPLURİPOTENCYÖZELLİKLERİNİ ÖZELLİKLERİNİ NASIL KAZANIYORLAR ?NASIL KAZANIYORLAR ?

ÇOK YÖNDE FARKLILAŞMA(PLURIPOTENCY) GENLERİ

Oct – 4 Nanog Sox 2

2007 Physiology and Medicine

Oliver SmithiesUniv North Carolina

U.S.A.

Mario CapecchiUniv of Utah

U.S.A.

Sir Martin Evans

Cardiff UnivU.K.

“Contributions to Embryonic Stem Cell Biology and Development ofKnock-Out Mouse Model to Understand Pathobiology of Diseases”

KÖK HÜCRE TÜRLERİEMBRYONİK (ESC)

MEZENKİMAL (MSC)

ERİŞKİN (ADULT) (ASC)

KORDON KANI (CBS)

UYARILABİLİR PLURİPOTENT (iPS)

MEZODERMAL KÖK HÜCRELER(MSC)

• >90% CD 73+, CD105+, CD90+, CD166+• <10% CD14+, CD34+, CD45+, C31+

• HLA Class I +• <10% HLA Class II (“0”)• Spindle shaped morphology

MEZENKİMAL KÖK HÜCRELERİN FARKLILAŞMASI

MSCs

ADIPOGENIC CHONDROGENIC OSTEOGENIC

ADIPOCYTES

BONE

OSTEOBLASTSCHONDROCYTES

CARTILAGEFAT

MEZENKİMAL KÖK HÜCRELER

KEMİK

KIKIRDAK

KAS

TENDONLİGAMENT

BAĞ DOKUSU

Chondroblasts

Collagen II

SM Myoblast

Sm Myosin

CaPo4

Osteoblasts

KÖK HÜCRE TÜRLERİEMBRYONİK (ESC)

MEZENKİMAL (MSC)

ERİŞKİN (ADULT) (ASC)**

KORDON KANI (CBS)

UYARILABİLİR PLURİPOTENT (iPS)

KÖK HÜCRE TÜRLERİ

ERİŞKİN (ASC)**

KORDON KANI (CBSC)

MEZANKİMAL (MSC)

EMBRYONİK (hES)

adapted from: Korbling & Estrov, NEJM 2003

KEMİK ve KIKIRDAKKEMİK ve KIKIRDAKErişkin Kök HücreleriErişkin Kök Hücreleri

Karaciğer

Deri

Bağırsak

CNS

ERİŞKİN KÖK HÜCRELER• BONE MARROW STEM CELLS• PERIPHERAL BLOOD STEM CELLS• NEURONAL STEM CELLS• MUSCLE STEM CELLS (SATELLITE CELLS)***• LIVER STEM CELLS• PANCREATIC STEM CELLS• CORNEAL LIMBAL STEM CELLS• MAMMARY STEM CELLS• SALIVARY GLAND STEM CELLS• SKIN STEM CELLS• CARTILAGE STEM CELLS****• LUNG STEM CELLS• UMBLICAL CORD BLOOD CELLS• UMBLICAL CORD MESENCHYME CELLS• AMNIOTIC STEM CELLS• PARATHYROID GLAND STEM CELLS

AKCİĞER HÜCRELERİ

BRONŞ EPİTELİ

SİLİYER HÜCRELERGOBLET HÜCRELERİ

BAZAL HÜCRELER

BRONŞİOL EPİTELİ

CLARA HÜCRELERİ

SİLİYER HÜCRELER

BAZAL HÜCRELER

ALVEOLER EPİTELTİP I HÜCRELER (Düz,O2 Exchange)

TİP II HÜCRELER**(Kuboidal,Surfactant+,O2 exchange)

LUNG EPITHELIAL CELLS

AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ(Erişkin Kök Hücreleri)

TRAKEA

BRONŞ

BRONŞİOL

ALVEOL

STEM CELLS STEM CELLS

PROGENITORS

DIFFERENTIATED MATURE CELLS

AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ

AKCİĞER EPİTELİ PROGENİTÖRHÜCRELERİ

BRONKO-ALVEOLER “NICHE”BRONKİOLER KÖK HÜCRELER

DİSTAL AKCİĞER HÜCRELERİ(Alveolar Epitel Kök Hücreleri)

DİSTAL KÖK HÜCRELER

AKCİĞER EPİTEL ve KÖK HÜCRELERİ

CLARA HÜCRELERİ = CCSP+, SP-C+

BRONŞİOL ve TERMİNAL BRONŞİOLLERDEYERLEŞİM GÖSTERİYOR

SURFACTANT SENTEZLİYOR

OKSİJEN EXCHANGE’İNE YARDIM EDİYOR

HAVA YOLLARINDA EPİTEL BARİYERİ SAĞLIYOR

LUNG STEM CELLS = Bronchiol Alveolar Stem Cells (BASC)

LUNG STEM CELLS = Bronchiolo Alveolar Stem Cells (BASCs)

AKCİĞER HÜCRELERİ İLE ARAŞTIRMA YAPMANIN ZORLUKLARI

AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ

BRONKO-ALVEOLER KÖK HÜCRELERİ “NICHE” HÜCRELERİ

PROGENİTÖR HÜCRELER

EPİTEL HÜCRELERİ

Ve.... + 40 AYRI HÜCRE TÜRÜ VAR....!

AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ

İNSAN AKCİĞER HÜCRELERİ

12 SAAT

2 GÜN

10 GÜN

14 GÜN

MYELOID STEM CELL

MYELOID PATHWAYS

RBCs GRANULOCYTES

MONOCYTESPLATELETS LYMPHOCYTES

KRYOPROBE ILE,ZEDELEME

HÜCRESEL TEDAVİLERE ADAY OLABİLECEK AKCİĞER HASTALIKLARI

ERİŞKİN ARDS ASTIM

BRONKİOLİTİS OBLİTERANS KİSTİK FİBROZİS

PULMONER AMFİZEM (COPD) PULMONER FİBROZİS SARKOİDOZİS NEONATAL RDS

KONJENİTAL AKCİĞER HİPOPLAZİSİ

KÖK HÜCRELER ve AKCİĞER FİBROZİSİ

AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ FİBROSİTLER

FİBROSİT PLASTİSİTESİ FİBROSİT TRAFİĞİ FİBROSİTLERİN ROLÜ

- Akciğer Fibrozisi- Astım

KANSER KÖK HÜCRELERİ ve AKCİĞER KANSERİ

KÖK HÜCRELER İLE AKCİĞER HASTALIKLARINA YAKLAŞIMLAR

AKUT AKCİĞER HASARI (Acute Lung Injury = ALI) FİBROTİK AKCİĞER HASTALIKLARI - İdiopatik Pulmoner Fibrozis KRONİK OBSTRUKTİF AKCİĞER HASTALIĞI (COPD) KİSTİK FİBROZİS ASTIM

PULMONER VASKÜLER HASTALIKLAR AKCİĞER KANSERİ

SOLUNUM SİSTEMİ HASTALIKLARI

KRONİK OBSTRUKTİF AKCİĞER HASTALIĞI

AMFİZEM

KİSTİK FİBROZİS

İNTERSİTİSYEL PULMONER FİBROZİS

İLERİ EVRE KRONİK AKCİĞERHASTALIKLARINDA TEK TEDAVİ

ALLOJENİK AKCİĞER NAKLİ; Ancak

- Doku reddi

- Kronik rejeksiyon

- Donör sayısı yetersiz

AKCİĞER HASTALIKLARINDA TAMİR AMACIYLA KÖK HÜCRE KULLANIMI

HEMATOPOIETİK KÖK HÜCRELER

ENDOTEL HÜCRE PROGENİTÖRLERİ

EMBRİYONİK

MEZENKİMAL

MESENCHYMALSTEM CELLS (MSCs)

İMMÜNOMODÜLATUVARETKİLERİ

AKUT AKCİĞER HASARINDA (ALI) MEZENKİMAL KÖK HÜCRELERİN (MSC)PARENTERAL / HAVA YOLU İLE VERİLMESİ

ENDOTOKSİN UYARILMIŞ AKUT AKCİĞER HASARI (ALI )FARE MODELİNDE MSC İNTRATRAKEAL VERİLMESİ

PBS

MSC

ARTIFICIAL BLADDER …April 2006

Wake Forest University Winston –Salem , California

HARVARD MEDICAL SCHOOL

BOSTON

STEM CELLS AND REGENERATIVE MEDICINE

CLINICAL TRANSPLANTATION OF A TISSUE ENGINEERED AIRWAY

(To a 30 yr old woman w TBC airway obstruction)

CONNECTIVE TISSUES REMOVED,INCUBATED WITH MEDIUM+FGF,hTGFb,

MHC ANTIGENS REMOVED

TRACHEA ENGINEERED IN BIOREACTORRECIPIENT’S CULTURED CELLS SEEDED

TRANSPLANTED TO LEFT MAIN BRONCHUS End-to-EndMacchiarini P,et al. LANCET 372;2023-2030,2008

HUMAN DONOR TRACHEA (7cm)(Patient died of cerebral hemorrhage)

CLINICAL TRANSPLANTATION OF A TISSUE-ENGINEERED AIRWAY

Macchiarini P,et al. LANCET 372;2023-2030,2008

Correspondence

Macchiarini P,et al. LANCET 372;2023-2030,2008

TRACHEAL AUTOGRAFT ISOLATED AND IMPLANTED

Macchiarini P,et al. LANCET 372;2023-2030,2008

ONE MONTH AFTER RECONSTRUCTION AND ENGRAFTMENT OFTISSUE ENGINEERED TRACHEA

EPITHELIALCELLS

AND

CHONDROCYTES

4 DAYS

POST-TRANSPLANT

KÖK HÜCRE TÜRLERİ

ERİŞKİN (ASC)KORDON KANI (CBSC)MEZANKİMAL (MSC)EMBRYONİKEMBRYONİK (hESC) (hESC)

UYARILABİLİR PLURİPOTENT UYARILABİLİR PLURİPOTENT (iPS)(iPS)

OCT 4

NANOGSOX 2

GELİŞİMİ KONTROL EDEN REGÜLATÖRLER

PROGRAMLAMA

FARKLILAŞMA

Shinya Yamanaka,M.D.Shinya Yamanaka,M.D.

“Turning Back the Cellular Clock...”

Takashi K, et al,Cell 2006

ÇOK YÖNDE FARKLILAŞMA(PLURIPOTENCY) GENLERİ

Oct – 4 Nanog Sox 2

SKIN BIOPSY FROM TAIL OF MOUSE

CELLS ARE SEPERATED

SKINFIBROBLASTS ARE OBTAINED

NUCLEUS IS REMOVED

Takashi & Yamanaka ‘2006

MOUSEOOCYTE

NUCLEAR TRANSFER

Enucleated Oocyte

SOMATİK HÜCRE• Deri Fibroblastı • Periferik Kan Hücresi

RE-PROGRAMMINGOCT-4 Sox-2

Klf-4

C-myc

OCT-4Sox-2Klf-4

C-myc

Inducible-Pluripotent HÜCRE ( iPS CELL )

GENLER PROTEİNLEROCT-4 OCT-4SOX-2 SOX-2Klf-4 Klf-4

“iPS HücreleriEmbryonic –like Cells

OCT-4SOX-2Kit-4c-myc

GFP+

DERİ FİBROBLASTLARINDAN iPS HÜCRELERİ

Hücre Kültürleri

PLURİPOTENT KÖK HÜCRESİ

SOMATİK HÜCRE

PLURİPOTENT KÖK HÜCRESİ

SOMATİK HÜCRE

iPS HücreleriBiyolojisi ???

??

KÖK HÜCRELER ve AKCİĞER FİBROZİSİ

AKCİĞER KÖK HÜCRELERİ

FİBROSİTLER

FİBROSİT PLASTİSİTESİ FİBROSİT TRAFİĞİ

FİBROSİTLERİN ROLÜ- Akciğer Fibrozisi- Astım

KANSER KÖK HÜCRELERİ ve AKCİĞER KANSERİ

SOLUNUM SİSTEMİ HASTALIKLARI

KRONİK OBSTRUKTİF AKCİĞER HASTALIĞI

AMFİZEM

KİSTİK FİBROZİS

İNTERSİTİSYEL PULMONER FİBROZİS

KÖK HÜCRELER İLE AKCİĞER HASTALIKLARINA YAKLAŞIMLAR AKUT AKCİĞER HASARI (Acute Lung Injury = ALI

FİBROTİK AKCİĞER HASTALIKLARI - İdiopatik Pulmoner Fibrozis KRONİK OBSTRUKTİF AKCİĞER HASTALIĞI (COPD) KİSTİK FİBROZİS ASTIM

PULMONER VASKÜLER HASTALIKLAR AKCİĞER KANSERİ

AKCİĞERHÜCRELERİveAKCİĞER KANSERİ

LUNG CANCER STEM CELLS

BENCH BED-SIDE

HÜCRESEL TEDAVİLERE ADAY OLABİLECEK AKCİĞER HASTALIKLARI

ERİŞKİN ARDS ASTIM

BRONKİOLİTİS OBLİTERANS KİSTİK FİBROZİS

PULMONER AMFİZEM (COPD) PULMONER FİBROZİS SARKOİDOZİS NEONATAL RDS

KONJENİTAL AKCİĞER HİPOPLAZİSİ

KÖK HÜCRELERİNGELECEĞİ.....

2011.. Ve Sonrası2011.. Ve Sonrası