Prof. Dr. Mehmet S. Binnet

HAREKET  SİSTEMİNE YÖNELİK KÖK HÜCRE UYGULAMALARI

Prof. Dr. Mehmet Binnet
A.Ü.T.F İbni Sina Hastanesi Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalı

Son on beş yıl içerisinde kök hücre veya hücresel tedavilerin giderek yaygınlaşması ve erken dönem sonuçlarının gözlemleri, bu teknolojinin gelecekte hareket sistemine de uygulanabileceği görüşünün benimsemesine yol açmıştır. Kök hücre teknolojisi uygulamalarının, günümüzde daha cazip tedavi seçenekleri olmayıp çözüm bekleyen kas iskelet hasarının veya hastalık süreçlerinin doğal tabiatını değiştirme potansiyeli vardır. Canlılardaki hücrelerin farklı özellikleri ve kök hücre olarak tanımlanan hücrelerin sınırsız potansiyellerinin keşfi, tedavilerin çeşitliliğine büyük katkılar sağlayacak buluşların önünü açmıştır. Kök hücre uygulamaları ile kas iskelet sisteminde belli dokularının tam olarak iyileşmesi için gereken vücut kabiliyetini aşılanmaktadır. Kas iskelet sisteminde belli dokularının tam olarak iyileşmesi için gereken tamir yeteneği bu yöntemle sağlanabilinir.

Hareket Sistemi hastalık ve tedavilerinin uzmanlık alanı olan Ortopedik Cerrahideki uygulamalar içerisinde öncelik kıkırdak hücreleri üzerine odaklanmıştır. Eklem kıkırdağının yaralanmaları öncelikle sporcularda ve aktif bir yaşam tarzı olanlarda sıklıkla görülmektedir. Kıkırdak dokusunun mekanik olarak yük taşıma ve sürtünmeyi azaltarak hareket için gerekli enerjiyi azaltmak ve ağrısız bir hareket alanı sağlamak gibi çok önemli fonksiyonları vardır. Eklem kıkırdağı 2-4 mm kalınlığında kanlanmanın olmadığı, sinirlerin ve lenflerin bulunmadığı bir yapıdır. Kıkırdağı içeren defektlerin kendi kendilerine iyileşme potansiyelleri yoktur. Ve kıkırdağın ana yapı taşı olan hücreler düşük bir yenilenme yeteneğine sahip ve çok sınırlı düzelme kapasitesi olan yapılardır. Tıbbın babası olan Hipokrat’tan günümüze kadar gelen öğretiler içerisinde bozulmuş veya hastanmış kıkırdak yapının bir daha düzelmeyeceği düşüncesi binlerce yıldır süregelen bir inanıştır. Bu yüzden kıkırdak problemlerindeki hücresel tedavilerin öncelikli uygulama alanı olarak belirlenmesine yol açmıştır. Günümüzde bilim ve teknolojide meydana gelen büyük gelişmelere karşın kıkırdak yaralanmaları konusunda ancak çok az bir mesafe alınmıştır. İyileşme yetersiz bir yara dokusu ile olmakta, ancak herhangi bir girişim yapılmadığı takdirde bu kadar iyileşme de olmamaktadır.  Kıkırdak kaybının yeri, büyüklüğü ve yük taşıma alanına göre, biyomekanik bozukluklara yol açarak hızla osteoartroza veya eklem yaşlanmasına zemin hazırlarlar. Yaşanılan sorunlar kişilerin aktivasyon seviyelerini ve yaşam kalitelerini düşürürken, tedaviyi de kaçınılmaz kılmaktadır. Eklem kıkırdağının kaybı ile birlikte gelişen progresif lezyonların tedavisi günümüz hareket sistemi cerrahisinin çözüm bekleyen patolojilerinin başında gelmektedir.

Bu konu ile ilgili 1994 yılında yayınlanan bilimsel bir makalede kök hücre ile yapılan  tedavinin, henüz daha erken safhalarında olmasına rağmen hastalıklı ve zarar görmüş kıkırdağı  iyileştirme potansiyelleri şaşırtıcı olmuştur. Son yıllarda 4-10 cm² gibi geniş kıkırdak kayıplarının tedavisi için yapılan temel bilim araştırmaları ve bunların klinik olarak uygulanmasıyla elde edilen sonuçlar umut vericidir. Tedavi uygulamaları kıkırdak dokunun ana hücresi olan kondrositler üzerinde yoğunlaşırken, kemik ve kas dokusuna yönelik kök hücre uygulamaları için deneysel düzeyde pek çok araştırma sürmektedir.

Genç ve aktif popülasyonun geniş eklem yüzü içeren kıkırdak hastalık veya yaralanmalarının çözüm bekleyen tedavisindeki kök hücre kökenli tedavisi otolog kondrosit implantasyonudur. Yöntem temel olarak olgulardan biopsi niteliğindeki çok az miktarda alınan kıkırdak hücrelerinin, vücut dışında laboratuar ortamında çoğaltılarak tekrar kayıp olan bölgeye yerleştirilmesini içerir. İlk girişimde diz ekleminin sağlam kıkırdağından 3-4 ml lik küçük bir biopsi alınır. 4x10 mm lik biopsi ile yeterli miktarda hücre elde edilmekte hem de alınan örnek çok az olduğu için verici saha ile ilgili herhangi bir problem yaşanmamaktadır. Hücre kültürü aşamasında laboratuara biopsi ile gelen 3 ila 4000 hücre, kültür işlemi ile 10-12 milyon hücreye ulaşır. Labratuvarda geçen bu süre ortalama 3-6 haftayı kapsamaktadır. Otolog kondrosit implantasyonu olarak isimlendirilen kıkırdaklara yönelik kök hücre tedavisi iki aşamalı girişimle sağlanmaktadır. Bundan sonra ikinci bir cerrahi girişimle milyonlarca hücreyi içeren sıvının bozulmuş veya özelliğini kaybetmiş kıkırdak bölgesine yerleştirilir. Bu işlem için ilk uygulamalar kemiğin ince zarı bir örtü gibi kullanılmıştır. Birinci jenerasyon olarak adlandırılan bu yöntem ile 2-10 yıllık sonuçlar Bittberg, Minas, Peterson tarafından ortalama %70-80 lik bir başarı oranı ile yayınlanmıştır.

Uygulama 15-50 yaş aralığında aktif popülasyon için tercih edilmektedir. Çünkü kıkırdaklara yönelik hücresel tedavi için biolojik yenileme gücünün olması gereklidir. Yazık ki eklem yaşlanmalarında bu yenilenme gücü yoktur ve kıkırdak hasarının  5-15 cm²  lik  geniş bir alanda olması bu uygulama için temel nedendir. Bu konuda ilk yayın çıkana kadar bu genişlikteki yaralanma veya hastalıklı dokuların tedavisi gerçekleştirilemiyordu. Implantasyon için fonksiyonel dokuların oluşturulması olarak tarif edilen “doku mühendisliği” yaklaşımı, her ne kadar pahalı bir teknik olsa dahi genç ve aktif populasyonun büyük kondral defektlerinin tedavisinde belki de tek alternatif olma yönünde ilerlemektedir. Hücresel tedavinin birinci jenerasyonunun bu olumlu görüşlerin yanı sıra iki cerrahi girişim gerektirmesi, kemik zarının kullanımında izlenilen olumsuzluklardan dolayı bırakılmak zorunda kalınmıştır.

Hareket sistemine yönelik hücresel tedaviler ilk başladığı yıllardan, günümüze yöntem bir dizi değişim ve gelişim göstermiştir. Kök hücre tedavilerinin ortak noktasını tek bir hücre veya hücrelerin doku ile bağıntısı olmadan labratuvar ortamında çoğalmasıdır. Hücre kültürü aşaması olarak bildirilen bu uygulamadan sonra elde edilen milyonlarca hücrenin hastalıklı ortama daha güvenilir olarak yerleştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda ikinci jenerasyon olarak tarif edilen kök hücre uygulamalarında Doku Mühendisliğinde kullanılan biyomateryallerden yararlanılmıştır. Doku mühendisliği yaklaşımı ile vücut tarafından emilebilir, bimateryallerin taşıyıcıların kullanılması sayesinde, cerrahi uygulama kolaylığı sağlandığı gibi, başarı oranını da yükseltilmiştir. Hücre ve doku oluşumunu desteklemek için çatı vazifesi gören biyomateryal 3 boyutlu olmalarından dolayı hücrelerin homojen dağılımını sağlamakta, biyokimyasal moleküllerin özelliğinden dolayı da belirli bir süre sonunda çözünerek yerini ev sahibi dokuya bırakması yönünden tercih edilmiştir.. Kemik ve kıkırdak için uygulanan  sentetik organik materyallerin  biyoçözünür ve biyoemilir polimerler, sentetik inorganik materyallerden  hydroxyapatite, doğal kaynaklı organik materyaller kollajen, fibrin, hyaluronik asit halen uygulamada olan veya araştırmalarda kullanılan çatı materyalleridir. Çatı materyallerinin kök hücre tedavilerinde ikinci jenerasyon uygulamalarına getirdiği kolaylıkla her cm² 0,5-1 milyon hücre yerleşimi sağlanmıştır. Matriks destekli otolog kondrosit uygulaması ile hastalıklı bölgenin üç boyutlu olarak defekt boyutunda sınırlama olmaksızın tedavisi sağlanmıştır. Ayrıca cerrahi gereksinim olarakta dikiş gereksinimi ortadan kalkmıştır. 

Uygulamadaki gelişimler labratuvar aşaması ile sınırlı kalmayıp cerrahi uygulamada da sürmüştür. Başlarda agresif olan cerrahi girişimlerinde boyutları küçülmüş ve artroskopik olarak gerçekleştirilmeye başlanmıştır. Hücresel tedavilerin etkinliğinin ortaya konulmasında histolojik bulguların yanı sıra Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) den yararlanılmaktadır. MRG teknolojisindeki gelişmeler ve tetkiklerinde kontrast madde kullanımı ile bazı özel moleküllerin boyanması mümkün olmaktadır. Hücresel tedaviden sonra düzenli kontrollerde klinik bulgular ve altı ay aralarla yapılan manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ile izlenilmesini sağlamaktadır.

Sonuç olarak temel bilimler ve doku mühendisliği yeni gelişmelere gebe iki araştırma alanıdır. Hareket sisteminin diğer elemanları olan arasında kemik, bulunduğu yere bağlı olarak, yokluğunda veya varlığında klinik olarak önemli problemler yaratabilen yegane yapıdır ve bir problem sonrası kemik iyileşmesi genelde iyi bir şekilde ilerler. Bu iyileşmedeki yavaşlama veya kesintiler kök hücre çalışmaları için ilgi odağı olmayı sürdürmektedir. Ancak halen eklem kıkırdağının ilerleyici problemleri için yapılan kök hücre çalışmaları daha büyük ilgiyi toplarken hedef fizyolojik ve mekanik olarak gerçek kıkırdak gibi olan dokuyu elde etmekte yoğunlaşmaktadır. Günümüze kadar uygulanan farklı yöntemlerle kalıcı ve düzgün bir kıkırdak yüzey elde etmek mümkün olmamıştır. Çalışmalar özellikle çok geniş kıkırdak problemleri düzeltme ve en iyimser yaklaşımla  dejeneratif eklem hastalığının ilerleyişini önlemekten çok geciktirebilecek sonuçlar vermektedir. Günümüz tıbbının en önemli hedeflerinden olan eklemlerin ve bu cümle içerisinde hareket sisteminin yaşlanmasının önüne geçme arzusu maalesef henüz gerçekleşme aşamasında değildir. Ancak yapılan bilimsel çalışmalar bu konuda yol alınabileceğini en azından göstermiştir. Hareket sistemine yönelik hücre tedavilerinde gelinecek bundan sonraki aşamaları, insan veya hayvan kaynaklı kıkırdak öncül hücreleri ve kök hücreler üzerinde yapılacak çalışmalar oluşturmaktadır ve önümüzde kök hücre teknolojilerinin ve tedavilerinin kat edeceği çok yol vardır. Örneğin en umutlu olunan kıkırdak problemlerinin tedavisinde son on beş yıl  içerisinde üçüncü jenerasyon olarak isimlendirilen tedavi yöntemine geçmek üzereyiz. Bu veri bile konunun dinamik ve gelişime açık yapısını özetlemektedir. Ancak yirmi yıl önce çözümsüz olarak gördüğümüz problemlerin tedavisinde kat edilen yol, kök hücre tedavilerindeki umutlarımızı canlı tutmaktadır.     

Kaynaklar

  1. Anderer U, Libera J. Autologous in vitro engineering of human hyaline cartilage, CRS Newsletter, 11: 18-19, 2001.
  2. Binnet M S, Gürken İ, Karakaş A, Yılmaz C, Erekul S, Çetin C. Histopathologic Assesment of Healed Osteochondral Fractures; Arthroscopy :17: 278 – 285,2001
  3. Binnet M S, Başarır K, Emin N, Yörübulut M, Elçin Y M. Recent Applications of Cellular Therapy in Orthopedic Surgery.  Journal of Cellular Therapy & Regenerative Medicine. 1:17 - 22, 2010
  4. Brittberg M, Taldehen T, Jansson E, Lindahl A, Peterson L. Autologous chondrocytes used for articular cartilage repair  Clin Orthop Rel Res, 391:337-348, 2001.
  5. Brittberg M,  Nilsson A,  Lindahl A,  Ohlsson C,  Peterson L.  Rabbit articular cartilage defects treated with autologuos cultured chondrocytes. Clin Orthop 326:270-83,1996.
  6. Burkart A,  Imhoff AB.  Diagnostic imaging after autologous chondrocyte transplantation. Correlation of magnetic resonance tomography, histological and arthroscopic findings. Orthopade 29:135-44, 2000.
  7. Elçin, Y.M., Elçin, A.E., Pappas, G.D. Functional and morphological characteristics of bovine adrenal chromaffin cells on macroporous poly (DL-lactide-co-glycolide) scaffolds. Tissue Engineering, 9(5): 1047-1056, 2003.
  8. Grande DA,  Pitman MI,  Peterson L,  Menche D,  Klein M.  The repair of experimentally produced defects in rabbit articular cartilage by autologous chondrocyte transplantation. J Orthop Res 7:208-18, 1989.
  9. Gillis A., Bashir A., McKeon B., Scheller A., Gray M., Burstein D. Magnetic resonance ımaging of relative glycosaminoglycan distribution in patients with autologous chondrocyte transplants  Investigative Radiology ,36;12; pp:743-748, 2001
  10. Kayaoğlu E, Binnet M S :Kıkırdak sorunlarında tedavi algoritması . Türkiye Klinikleri J Surg Med Sci 2 (39) : 51 – 54, 2006
  11. Mandelbaum BR,  Seipel PR,  Teurlings L.  Articular cartilage lesions: Current concepts  and results. Arendt EA (eds), in Orthopedic Knowledge Update, Sports Medicine 2, AAOS,  ıllinois, pp: 19-28, 1999.
  12. Minas T. Autologous chondrocyte imlantation for focal chondral defects of the Knee  Clin Orthop Rel Res 391:349-361, 2001.
  13. Peterson L., Minas T., Brittberg M., Lindahl A..  Treatment of osteochonritis dissecans of the knee with autologous chondrocyte transplantation (results at two to ten years)   J. Bone Joint Surg Incorp Vol-85-A, Suppl:2, pp:17-24, 2003.
  14. Recht M, White L.M., Winalski C.S. MR imaging of cartilage repair procedures Skeletal Radiology, Vol 32, pp:185-200, 2003.
  15. Shelbourne D., Jari S., Gray T.,Outcome of untreated traumatic articular cartilage defects of the knee J. Bone Joint Surg Incorp Vol-85-A, Suppl:2, pp:8-16, 2003.