Damar Doku Mühendisliği Amacıyla Kordon Kanı Mezenkimal Hücrelerinden Damar Duvarı Endotel Hücre Farklılaşması

Abstract

Batı ülkelerinde, küçük ve orta boyutlu kan damalarını etkileyen kardiyovasküler hastalıklar en başta gelen ölüm nedenidir. Amerika’da koroner arter hastalıklar %54 ten daha fazla oranda kardiyovasküler ile ilişkili ölümlere neden olmaktadır. Avrupa Kardiyovasküler Hastalık İstatistiklerine göre, kardiyovasküler hastalıklar Avrupa’da 4 milyon, Avrupa Birliği’nde 1,9 milyon ölüme neden olmaktadır. Son zamanlarda, sentetik greftlerin kullanımı (ePTFE ve Dacron gibi) kan damarı benzeri yapıların geliştirilmesine odaklanmıştır. Bununla birlikte, 6 mm’den küçük damar greftleri erken tromboz gelişiminden dolayı damar değişimlerinde yetersiz olmaktadır. Aynı zamanda bu materyaller düşük büyüme potansiyeline ve uzun vadede stenoz, tromboembolizm, kalsiyum birikimi ve enfeksiyona neden olmaktadır. Bu nedenle, doku mühendisliği kardiyovasküler hastalıkların tedavisinde yeni ve umut vadedici bir yaklaşımdır. Doku mühendisliği mühendislik ve yaşam bilimlerini bir araya getiren interdisipliner bir alan olarak tanımlanmaktadır. Amacı biyoloji ve mühendislik stratejilerini kullanarak organ ve doku fonksiyonlarının iyileştirilmesi ile klinik problemlerin çözülmesidir. Doku mühendisliğinin ana bileşenleri hücreler, moleküler sinyaller ve özelleşmiş yapı iskeletleridir. Hücre dışı kültür aşamasını takiben, oluşturulmuş yapay organ veya doku vücuda entegre edilmekte, bu yapı kan damarları tarafından nüfuz edilmekte ve yeni doku büyümesi desteklenmektedir. Damar mühendisliği doku mühendisliğinin dallarından biridir. Damar mühendisliği yaklaşımı biyomühendislik, doku mühendisliği, damar biyolojisi, kök hücre biyolojisi ve biyomalzeme teknolojilerini birleştirerek organ ve dokuların yenilenmesini sağlamaktadır. İlk kez 1986 yılında Weinberg ve Bell tarafından damar mühendisliğinde umut vaadedici bir gelişme olarak rapor edilmiştir. Doku mühendisliği ile oluşturulmuş kan damarları fonksiyonel olmalı, immünojenik ve trombojenik etkilere neden olmamalı, yüksek kan akış oranlarına uygunluk göstermeli, normal damara benzer viskoelastik özellik göstermeli ve vücuda entegre olmalıdır. Son yıllarda, kök hücreler doku mühendisliği alanında en büyük kaynak olarak yer almaktadır. Kök hücre tedavisinin en önemli avantajlarından biri hastanın kendi vücudundan izole edildiğinden dolayı doku reddinin olmamasıdır. Çoğalma potansiyeli ve farklılaşma kapasitesi, mezenkimal kök hücreleri doku mühendisliği uygulamalarında ön plana çıkarmaktadır. Mezenkimal kök hücreler vücutta yaygın olarak kemik iliği, yağ dokusu, kordon, iskelet kasları, dermis, perisitler, akciğer dokusu, diş pulpası ve periodontal ligamentlerde bulunmaktadır. Mezenkimal kök hücreler T lenfositleri, B lenfositleri, doğal öldürücü hücreler ve dendritik hücreler gibi çibrçok immün sistem hücreleri ile iletişim halindedir. Erişkin mezenkimal hücreler in vitro koşullarda çoğaltılarak ve doku mühendisliği metodları kullanılarak farklı hücre/doku tipleri oluşturulmak amacıyla kullanılmaktadır. Tıpta bu hücrelerin en önemli uygulaması doku-organ tedavisi ve yenilenmesidir. Kemik iliği mezenkimal kök hücre açısından zengin bir kaynak olsa da, son yıllarda yapılan çalışmalar bu hücrelerin göbek kordon kanında da bulunduğunu göstermiştir. Göbek kordon kanı, göbek kordon veninden doğum sonrasında toplanmaktadır. Göbek kordon kanı kaynaklı mezenkimal kök hücreler kemik iliğinde olduğu gibi farklılaşma potansiyeline sahiptirler. Diğer hücre kaynakları ile karşılaştırıldığında kordon kanı eldesi oldukça kolay ve ağrısız bir yöntemdir. Hücreler büyümeyi ve farklılaşmayı sürdürebilmeleri için iki boyutlu ya da üç boyutlu yapı iskeletlerine ihtiyaç duymaktadırlar. Doku mühendisliğinin diğer bileşeni hücrelerin büyüyebileceği bir ortam olan biyolojik ya da biyo-yıkılabilir yapı iskeletlerinin kullanımıdır. Yapı iskeletleri doğal (kollajen, fibrin) ya da sentetik polimerler (poliglikolid, polilaktid) olabilir. Yapı iskeletleri implantasyon sonrası yıkılabilir olmalı ve yerini yeni dokuya bırakmalıdır. Polidimetilsiloksan silikon olarak adlandırılan polimerik organo-silikon grubu içerisinde yer almaktadır. Polidimetilsiloksan en sık kullanılan silikon temelli organik polimerdir. Biyouyumluluk, optik gözlem, toksik ve yanıcı etkisi olmayan özellikleri ile bilinmektedir. Bu çalışmada, yoğunluk farkı metodu sayesinde izole edilen göbek kordon kanı kaynaklı mezenkimal hücreler, MesenCult® Besiyeri veya Standart Besiyeri olmak üzere iki farklı besiyerinde kültüre edilmiş ve büyüme karakteristikleri incelenmiştir. Buna karşılık büyümenin Standart Besiyeri’nde daha hızlı olduğu gözlenmiştir. Kordon kanından izole edilen mezenkimal hücreler mikroskobik olarak incelenmiş, hücre yüzey antijenlerinin ekspresyonu akım sitometri ile gösterilmiştir. Bunun yanı sıra izole edilen kordon kanı kaynaklı mezenkimal hücrelerin gerek mikroskobik gerek akım sitometrik analizleri bu hücrelerin kemik iliği kaynaklı mezenkimal hücrelerle aynı özellikte olduğunu göstermiştir. Çalışmada göbek kordon kanından izole edilen mezenkimal hücreler, vasküler endotel büyüme faktörü yardımıyla, iyi üretim uygulamaları koşullarında, in vitro ortamda endotel hücrelere başarıyla farklılaştırılmıştır. Farklılaşma, mikroskobik yöntemin yanı sıra akım sitometri kullanarak özelleşmiş hücre yüzey işaretleyicilerinin analizi ile de gösterilmiştir. Optimum vasküler endotel büyüme faktör miktarı, etkin kök hücre farklılaşması için 50 ng/mL olarak bulunmuştur. Yüzey modifikasyonlarının göbek kordonu kaynaklı mezenkimal hücrelerden farklılaştırılarak elde edilen endotel hücreler üzerindeki etkisi ve önemi, hücrelerin çoğalma kapasitesi polidimetilsiloksan yapı iskeletleri kullanılarak araştırılmıştır. Polidimetilsiloksan çizgi, artı, kare ve daire şekillerinde olmak üzere, yüzeyleri tekrarlayan farklı geometrik şekiller ve farklı derinlikler içerecek şekilde üretilmiştir. İki boyutlu olarak üretilen ve canlılık analizleri gerçekleştirilen yapı iskeletleri aynı zamanda, SIRM tekniği kullanılarak üç boyutlu olarak üretilmiştir. Hücre canlılık analizi, bu yüzeylerde büyütülmüş polidimetilsiloksan yüzeyler arasında artı şekilli yapı iskeletinin %80 oranında canlılığı arttırdığını, en yüksek hücre canlılığı ve proliferasyonu sağladığını göstermiştir. Yapı iskeletlerinin sterilizasyonu üç farklı yöntem ile test edilmiş ve üç farklı metodun da geometrik şekiller üzerinde herhangi bir negatif etkisinin olmadığı gözlenmiştir. Farklı geometrik şekillerde ve derinliklerde üretilen yapı iskeletlerinin hidrofobik özelliklerinin her tür içinde aynı olduğu gösterilmiştir. Çalışmada doğal damar benzeri yapı iskeletinin üretimi ve bu yapı iskeletlerinin hücre büyümesi ve farklılaşmasını olumlu yönde etkilediği başarıyla gösterilmiştir.

DIFFERENTIATION OF VESSEL WALL CELLS FROM UMBILICAL CORD BLOOD MESENCHYMAL CELLS FOR VASCULAR TISSUE ENGINEERING