1

Kök hücre tedavi yöntemleri ile yeni damar oluşumu gerçekleştirilebilir mi?

10/30/2011

ICA, interkarotid arter

BA, brankial arterler

DA, dorsal aort

OFT, outflow tract

RV, sağ ventrikül

ISV, intersomitik damarlar

PCV, posterior kardinal ven

L. Davidson, Mouse Imaging Centre,

Hospital for Sick Children,Toronto, Canada.)NATURE 2005

Organogenezis sürecinde ilk oluşan sistemlerden biri vasküler sistemvaskulogenezis

3

Vaskulogenezis için migrasyodaki anjioblastlar Endoteliyal bileşkeler

Circ Res. 2007;101:125-136

P

Dolaşan endoteliyal öncül hücreler (VEGFR2+)Vasküler endoteliyal hücrelerHasarlı endoteliyal hücrelerVasküler düz kas hücresiEkstraselüler matriks

Kemik iliği vekök hücre nişi

MOBİLİZASYONVasküler travma İskemi EgzersizVEGFÖstrojenG-CSFEpoStatinlerSDF-1

Akar 2011

KH

SH

VEGF/ VEGFR2HGFAng-1eNOSIGF-1GCSFSDF-1α

FARKLILAŞMAMigrasyonAdhezyon (E-selektin, ICAM, VCAM)Hücre-hücre iletişimiEndoteliyal hücre füzyonu

510/30/2011 Adams and Alitalo, Nature 2007

Angiojenik tomurcuklanma: Pro-ananjiojenik sinyaller (VEGF) aracılığı ile apikal-bazal polarite değişimi, motil aktivite, hücre-hücre etkileşimi modülasyonu

610/30/2011

710/30/2011

810/30/2011

Kinnaird et al. Circ Res. 2004;95:354-363.

Kemik iliği

Periferik sirkülasyon

Stromal hücreler: fibroblastlar, osteoblastlar ve adipositler

Vasküler travma

Kök hücre mobilizasyonunda adezyon molekülleri

Erken temas: E-selektin,Sıkı adezyon: VCAM1- VLA4, ICAM1- LFA1 ligand çiftleri

Rabbany SY et al. Trends in Molecular Medicine

J. of Cardiovasc. Trans. Res. (2010)

Amfib

i hay

vanl

arRejenerasyon

Skar formasyonu

Mem

eliler

Amputasyon Yara iyileşmesi

Mezankimal hücrelerden MMP sekresyonuÖncül hücre aracılı dedifferansiasyon Proliferasyon ve Blastema formasyonu

Redifferansiasyon

12

Hangi hücreler?

10/30/2011

Vasküler Rejenerasyonda Kök Hücre Kaynakları

Allojeneik Otolog

Embriyonik KH İskelet kası miyoblastları

Fetal kardiyomiyositler Kemik iliği kökenli KH

İnsan umblikal kordon kökenli KH Mono-nukleer hücreler

Mezankimal hücreler

Endoteliyal öncül hücreler (EPC)

Multipotent erişkin öncül hücreler

Kardiyak kök hücreler

Yağ dokusu kökenli KH

İndüklenmiş pluripotent KH (iPS)

13

14

İnsan Embriyonik Kök Hücreler

• Yaklaşık 150 hücre barındıran blastosist aşamasındaki 5-8 günlük embryodan elde edilir.

• Pluripotent (3 embriyonik germ tabakasını da oluşturma yeteneğindeki hücreler) sınırsız hücre kaynağı

10/30/2011

Fonksiyonel kardiyomiyositlere farklılaşma 2002’de başarıldı. Xu C et al. Circ Res (2002);91:501–8

Elektomekanik entegrasyonI. Kehat, et al. Nat. Biotechnol (2004);22:1282–89

Hayvan deneylerinde teratom formasyonuLee AS et al. Cell Cycle (2009);8:2608–12

Dezavantajları: Etik ve legal konular

Fare embriyonel miyokard myoblastlarıAktin: yeşil;

Büyütme: 40XAlp Can Lab; Can & Balcı. Ankara Üniversitesi, 2009

15

Fetal Kardiyomiyositler

• Kardiyak onarımda kullanılan ilk hücrelerdendir.

• Deneysel iskemik kardiyomiyopatide LVEF’de artış saptanmış

Li RK et al. Ann Thorac Surg 1996;62:654–60.

Scorsin M. Circulation 1997;96(9 Suppl):II–93.

• Dezavantajları: Etik, bulunabilirlik, immunogenesite

10/30/2011

Ankara Üniversitesi, 2009.

16

İnsan Umblikal Kordon KH• Günümüzde akut lösemi gibi kemik iliği

hastalıklarında kullanılmakta

• Kordon kanı, önemli miktarlarda HLA klas II antijenlerini içermeyen non-hematopoietik kök hücreler barındırmakta (rejeksiyon riski zayıf)

• İntramiyokardiyal olarak verildiğinde infarkt alanını azalttığı gösterildi.

Henning RJ et al. Cell Transplant 2007;16:907–17.

• DKM ve refrakter anjinada faz 1 klinik çalışmalar sürmekte

10/30/2011

Insan göbek kordonu stromal mezenkimal kök hücreleriAktin: kırmızı, Çekirdek: yeşil;

Büyütme: 40XAlp Can Lab; Can & Balcı, Ankara Üniversitesi, 2010.

17

İskelet kası miyoblastları

• Avantaj: Kas biyosisi ile kolay elde edilebilirlik ve otolog

• Miyotubul oluşumu ve kardiyak fonksiyonlarda düzelmeTaylor DA et al. Nat Med 1998;4:929–33.

• Dezavantaj: İskelet kası davranışları göstererek aritmiMenasche P, Circulation 2008;117:1189–200.

10/30/2011

18

Kemik İliği Kökenli Mono-nukleer Hücreler

• Hücre popülasyonu- Heterojen, > 99% farklılaşmış hücreler• Kök hücre popülasyonu (HSCs, MSCs, EPCs)• Aspirasyon biyopsisi veya periferik kandan kolaylıkla elde

edilebilme• Otolog• Kİ-MNH ile kardiyomiyosit trandifferansiasyonu ve deneysel MI

modelinde ciddi LVEF artışlarıOrlic D et al. Nature 2001;410:701–5

• Klinik uygulamalar- In vivo kültür yapılarak / fresh

10/30/2011

Journal of Vascular Surgery 2006; 44; 732-9Eur J Vasc Endovasc Surg 2006; 32; 347 Reciprocal Publication

ABMMNC implante edilen ekstremite, † saline injeksiyonu yapılan kontrol bacak

%82 +2/+3 yeni kollateral formasyonu

IA-DSA

2310/30/2011Proangiojenik ve kardiyak koruyucu etkileri: Parakrin (VEGF, IGF) etki aracılı

24

İnsan kemik iliği kökenli mezankimal kök hücre

(63X)

2610/30/2011

Kemik iliği kökenli mezankimal kök hücre

MKH Adipojenik farklılaşma

Kondrojenik farklılaşma

Osteojenik farklılaşma

Hemapoietik KH için feeder tabakası

Süren Klinik çalışma: NCT00587990

27%0.08 infarkt sınır zonu%0.03 infarkttan uzak bölgelerdeBeltrami et al, NEJM 2001

Yüzey marker:c-KIT veya SCA-1 pozitif hücreler(CD34-)(CD31-)

Kardiyak Kök/Öncül Hücreler

28

Kardiyak Kök Hücre Nişi

29

Kardiyak Kök/Öncül Hücreler• İzolasyon ve ekspansiyonu sonrası kardiyomiyosit, düz kas hücreleri ve

endoteliyal hücrelere farklılaşma farklı gruplarca başarıldı. Beltrami AP et al. Cell 2003;114:763–76

Messina E et al. Circ Res 2004;95:911–21.• Deneysel MI modelinde infarkt alanını sınırladığı ve LVEF’nunda artışlar

gösterildi.Oh H et al. Proc Natl Acad Sci USA 2003;100:12313–8.

• C-kit pos hücreler ve KABGClinicalTrials.gov identifier NCT00474461

• CArdiosphere-Derived aUtologous Stem CElls to Reverse ventricUlar dySfunction (CADUCEUS) çalışması, Faz 1, 30 hastaClinicalTrials.gov Identifier: NCT00893360

10/30/2011

30

Yağ Dokusu Kökenli Kök Hücreler• Liposuction sırasında kolaylıkla elde edilebilen endotheliyal,

hematopoietik ve mesanşimal hücre gruplarını içerir.

• Deneysel MI modelinde parakrin etki ile anjiogenesis ve LVEF artışValina C. Eur Heart J 2007;28:2667–77

Wang L et al. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2009;297:H1020–31.

• Klinik çalışmalarAPOLLO çalışması (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00442806)PRECISE çalışması (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00426868)

31

32

İndüklenmiş pluripotent KH (iPS)• Fare veya insan fibroblastlarından kök hücre özelliklerine yeniden re-

programlanma ile geri dönüş• Oct4, Sox2, Klf4 ve c-Myc transkripsiyon faktörlerinin retrovirus aracılı

transdüksiyonu ile farklılaşmamış pluripotent özelliğe reprogramlama • EKH gibi pluripotent ve expandable• Embriyonik hücrelere benzer davranış özellikleri• Fonksiyonel kardiyomiyositlere farklılaşma

G. Narazaki et al. Circulation (2008);118:498–506.Zhang J et al. Circ Res (2009);104:e30–41.

• MI modelinde kardiyak rejenerasyonNelson TJ et al. Circulation 120 (2009) 408–416.

• iPS KH ile otolog hasta spesifik tedavi yöntemlerini gündemde !

10/30/2011

33

İndüklenmiş pluripotent KH (iPS)

10/30/2011

Zhang Y et al. PlosOne 2011: 6(4), 1-6

Choi et al. Cardiovascular Therapeutics, 2011:29, 2-16

iPS uygulaması sonrası teratoma formasyonu

iPS hücrelerinden elde edilmiş kardiyomiyositler

34

Alp Can Lab; Can & Balcı. Ankara Üniversitesi, 2011

Kalp ve damar hastalıklarında hücresel tedavi hedefleri

• Akut miyokard infarktüsü*

• Kronik miyokard iskemisi*• İskemik kardiyomiyopati*

• İnme• Dilate kardiyomiyopati • Akut miyokardit• Biyolojik kardiyak pacemaker (sinoatrial veya atrioventriküler düğüm fonksiyonu)

• Kalp kapakları • Kritik bacak iskemisi• Vasküler greftler (doku mühendisliği)

• • •

*Avrupa kalp cemiyetinin konsensus kararına göre önerdiği hedef hastalıklar

36

• Hücre embolizasyonuna bağlı miyokard infarktüsü• Dokuda oluşan istenmeyen hücre kümelerinden nodül formasyonu (intra-miyokardiyal kalsifikasyon, ossifikasyon, kallus gelişimi)• Pulmoner emboli• Elektrofizyolojik uyumsuzluk nedeniyle ciddi aritmiler• İmmunolojik rejeksiyon• Viral enfeksiyonlar • Kontrol edilemeyen differansiasyon ve tümorogenezis• Hızlanmış arteriosklerosis • Retinopati• Kardiyak skar dokusunda artış• Kardiyak fonksiyonların bozulması

Kardiyovasküler hücresel tedavilerde potansiyel komplikasyonlar

-Güvenilirlik-Yaygın yapılabilirlik-Takip-Standartlar

37

Kök hücre tedavilerinde aşılması gerekli handikaplar

TEDAVİ

Izolasyon teknikleri

- Hücre saflığı -Kardiyomiyosit farklılaşması- Yeterli hücre sayısı

Uygulama yolu- Güvenlik-Hücre retansiyonu- Hücre dağılımı

REGÜLASYON HASTAYA ULAŞTIRILMASI

Canlılığın korunması

-Immun yanıt- Inflamasyon- Iskemik mikroçevre- Fibrozis- Adhezyonlar- Fonksiyonel damar gelişimi

İletim-Elektriksel entegrasyon- Mekanik coupling

Stabilite- Uzun süreli engraftman- Aritmojenesite

Klavuz ve politikalar-Kök hücre tedavilerinde uluslararası klavuzların olmaması- Devlet ve kurumlarca denetleme mekanizmalarını çalıştırılması-Sürekli eğitimin sağlanması

38

Özet• Hayvan deneylerinde gözlenen hematopoietik kök hücre plastisitesi klinik

çalışmalar sürecini başlattı.

• Sonraki çalışmalar hematopoietik hücrelerin farklılaşmasından çok hücre füzyonu olduğunu gösterdi.

• Genel olarak kemik iliği kökenli kök hücrelerle yapılan çalışmalarda ise istatiksel olarak anlamlı ancak orta derecede düzelmeler rapor edildi. Klinik olarak kardiyomiyogenezis insanda gösterilemedi.

• Embryonik ve erişkin kardiyovasküler öncül hücreler (KKH, EPH, iPS) çevrilebilir bilim (translational science) çerçevesinde yeni bir umut kapısı oldu.

Kalp ve Damar Cerrahisi

Serkan DURDU *

Çağdaş BARAN *

Çağın ZAİM *

Arın DOĞAN *

Histoloji

Alp CAN

Esra ERDEMLİ

Deniz BALCI

PatolojiIşınsu KUZU

Biyoteknoloji

Hilal ÖZDAĞ

Yeşim Doğan ALAKOÇ

Günseli ÇUBUKÇUOĞLU Deniz *

Reza DOSTOURİ *

A.Ü. KALP VE DAMAR HASTALIKLARINDA KÖK HÜCRE ÇALIŞMA GRUBU

Multidisipliner yaklaşım

I©Ieart Center

Hematoloji

Günhan GÜRMAN

Mutlu ARAT

Önder ARSLAN

Klara DALVA

Nazlı KOZAN *

Doku Mühendisliği ve Biyomateryal

Murat ELÇİN

Eser ELÇİN

Tıbbi Biyoloji

Asuman SUNGUROĞLU

Aynur KARADAĞ *

Biyofizik

Belma TURAN

Mehmet UĞUR

Farmakoloji

Hakan GÜRDAL

Nukleer Tıp

Ozlem Kucuk

Metin Kır

Radyoloji

Tanzer SANCAK

Suat AYTAÇ

Genetik (BİLKENT Universitesi)

Can AKÇALI

Zeynep TOKÇAER

Fatma AYALOĞLU

Kardiyoloji

Mustafa KILIÇKAP

Ömer AKYÜREK

Timuçin ALTUN

Tamer SAYIN