kordon kanı kök hücre nakillerinde gelişmeler

KORDON KANI KÖK HÜCRE NAKİLLERİNDE GELİŞMELER
Meral Beksaç
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi, Hematoloji Bilim Dalı, Kordon Kanı Bankası Sorumlu Öğretim Üyesi, Ankara
Günümüzde 70 den fazla kan ve bağışıklık sistemi hastalığının tedavisinde doku uyumu taşıyan
kardeşlerden hematopoetik kök hücre nakli (HKHN)
en başarılı ve yaşam kurtarıcı tedavi yöntemidir.
Aralık 2012 de Dünyada yapılan hematopoietik
kök hücre nakillerinin sayısı 1 milyona ulaşmış
olup senede 60 000 nakil gerçekleştirilmektedir.
Kordon kök hücre kaynağından nakiller giderek
artan hızda ve günümüzde 10 000’e ulaşan sayıda
hastaya uygulanmış bulunmaktadır. Ülkemizde ilk
kordon kanı nakli 1995 de gerçekleştirilmiş olup
son yıllarda kardeşler arasında yapılan nakilde çok
akraba dışı vericilerden yapılan nakiller öne geçmiştir. 2012 ve 2013 yıllarında Türkiye’de toplam
27 akraba dışı kordon kanı nakli başarıyla gerçekleştirilmiş olup, bunların ikisi Ankara Üniversitesi
Kordon Kanı Bankası tarafından sağlanmıştır.
Kordon kanı, kemik iliği ve periferik kan kök
hücrelerine göre birçok avantaja sahiptir. Bunların
başında, kordon kanındaki HKH yoğunluğunun
erişkin kanından yüksek olması, hasta ve verici
arası kısmi doku uyumunun yeterli kabul edilebilmesi, kordon kanının invazif girişimlere gerek
olmaksızın kolay bir şekilde toplanabilmesi ve
aktarılan kök hücrelerinin henüz olgunlaşmamış
olması nedeniyle greftin konağa karşı atak riskinin, kemik iliği ve periferal kan kök hücresi nakline
oranla daha düşük olması sayılabilir. Bugünkü
veriler ışığında 15 yıla kadar sağlıklı olarak saklanabilen kordon kanı hacmi az miktarda olduğu
için, içerdiği toplam HKH miktarı da, kemik iliği
veya periferik kandan toplanan miktardan daha
azdır. Dolayısıyla, kordon kanının tüm üstünlüklerine rağmen, imkanlar dahilinde toplanan bir ünite
kordon kanı içindeki kök hücre sayısı nakil için
23-26 Ekim 2013, Antalya
sınırlayıcı faktördür ve genellikle 50 kg üstündeki
hastalar için yeterli olamamaktadır.
Göbek kordon kanından elde edilen hematopoetik kök hücrelerin (HKH) alıcı-verici arasında tam
Human Leukocyte Antigen (HLA) uyumu gerektirmemesi (4/6 uyum kabul edilebilir) ve erişkin
HKH’ye oranla 1 log daha az sayıda kök hücre ile
nakil gerçekleştirilebilmesi olumlu özellikleridir.
HLA uyumsuz kordon kanı nakillerinin kemik
iliği nakillerine göre daha iyi sonuç verdiği ancak
sınırlayıcı faktörün alıcının vücut ağırlığı olduğu
bilinmektedir. Bu düşük HKH sayısı nakil sonrası
engrafman hızını da yavaşlatmaktadır. Günümüz
kordon kanı kök hücre nakillerini takiben yaşam
oranları 8/8 HLA uyumlu akraba dışı nakillere
oranla %20 daha düşüktür. Genel olarak, tek bir
insan göbek kordonunda erişkin hastalara nakil
için uluslararası standartlara uygun, kabul edilebilir düzeyde (1.5x105 CD 34 (+) hücre/kg ve 3.5x107
çekirdekli hücre/kg) hücre elde etme olanağı çok
düşüktür. Buna rağmen son yıllarda en çok kullanıldığı alan akraba dışı erişkin ve çocuk hastalara
uygulanan nakillerdir. Göbek kordon kanı hemen
erişilebilir bir kök hücre kaynağı olduğu için daha
çok sayıda alıcıya ulaştırabilmenin yolunun, kordon kanının ex vivo koşullarda ekspansiyonu ile
sağlanabileceğine dair kanıtlar bulunmaktadır.
Farklı yöntemlerin kullanıldığı çeşitli pilot çalışmalar 2011’den beri yayınlanmaya başlamıştır.
Ex vivo/in vitro ekspansiyon yöntemleri
temel olarak, kök hücre sayısı kullanılabilirlik
kriterlerine uymayan kordon kanlarının, in vitro/
ex vivo laboratuvar koşullarında hücre büyüme
faktörleri, sitokinler, mezenkimal kök hücreleri vb
destekleyicilerle birlikte inkübe edilmesi esasına
53
dayanmaktadır. Bu hücre kültürü yöntemleriyle,
kordon kanındaki mevcut çekirdekli hücre ve CD
34 (+) kök hücre sayısının arttırılması ve ekspansiyon sonrası hematopoetik kök hücre naklinde
kullanılması hedeflenmektedir. Bu alanda gerçekleştirilen öncü çalışmalardan biri olan Shpall
ve ark’nın çalışmasında, stem cell faktör (SCF),
trombopoietin (TPO) ve G-CSF ile kültürü yapılan
kordon kanı CD 34 (+) hematopoetik kök hücreleri
2-5 kat arttırılabilmiş ve engrafman hızı ve diğer
transplantasyonla ilişkili parametrelerde anlamlı
bir değişiklik gözlenmemiştir. Bir başka çalışmada,
bakır şelasyonunu tetikleyen ajanlar ve büyüme
faktörleriyle birlikte kültürü yapılan kök hücreleri
faz I-II çalışmalarında hastalara verilmiş, çekirdekli hücre sayısında 239 kat kadar artış sağlanabilmiş ancak CD 34 (+) kök hücre sayısı artışı 6
katla sınırlı kalmıştır. Literatürde en yüksek ekspansiyonu sağlayan çalışmalardan birisi olan Boitano ve ark’nın çalışmasında, CD 34 (+) kök hücre
farklılaşmasını tetikleyen aril hidrokarbon reseptör
antagonisti kullanılarak, CD 34 (+) kök hücre sayısında 3 hafta inkübasyonu takiben 669 ve 5 hafta
sonunda da 17100 kat artış sağlanmıştır.
Kullanılan diğer bir yöntem, belirli ligandlarla
(Delta-1/2/Jagged gibi) hücre yüzey reseptörlerinden biri olan Notch reseptörünün aktivasyonunu
sağlamak ve hücre sinyal iletiminin modifikasyonuyla, hücre çoğalma ve farklılaşmasını yönlendirmektir. Delaney ve ark’nın yaptığı bir çalışmada,
IL-3, IL-6, FLt3 ligand, SCF, TPO gibi sitokinlerle
birlikte Delta-1 ligandı eklenen hücre kültür vasatında inkübe edilen CD 34 (+) kök hücre sayısında
17 gün sonunda 222 kat artış elde edilebilmiştir.
Bu sitokin /kök hücre kokteyli NOD/SCID farelere enjekte edildiğindeyse, farklılaşmaya başlayan hücre populasyonunda 16 kat artış olduğu
gözlenmiştir.
Biyolojik ve/veya biyokimyasal proseslerin kontrollü ortamlarda ve operasyon koşullarında (pH,
sıcaklık, basınç, besi ve atık ortamı vb.) gerçekleştirilmesini sağlayan cihazlar olan biyoreaktörler de
kordon kanı hücrelerinin ekspansiyonunu indükleyen sistemler olarak kullanılmaktadır. “Scaffold”
adı verilen, kemik iliği ekstraselüler matriksinin
taklit edildiği disklerde inkübasyonu sonrasında 3
boyutlu kültürler de gerçekleştirilebilmektedir.
Gerek biyoreaktörler içinde gerekse 37 °C %5
CO2 inkübatörlerde statik kültürü yapılan scaffold
içindeki CD 34 (+) hücrelerinde CD 34 (+) hücre
54
ekspansiyonu sağlanmıştır. Biyoreaktörlerle perfüzyon çalışmalarında kordon kanından izole edilen CD 34 (+) hücrelerinin çoğaltılmasıyla yapılan
araştırmalarda, kültür sırasında hipoksik ortam
sağlanmasının hücre gelişimine ve artışına etkisi
olduğu kanıtlanmıştır ve klasik kültürde çoğalmaya oranla, biyoreaktörlerde CD 34 (+) hücrelerin
çoğalma performansında artış olduğunu gösterilmiştir. Biyoreaktörde ekspansiyonun hücreler için
daha uygun bir kemik iliği ortamı sağlamış dolayısıyla hücreler daha hızlı ekspanse olmuşlardır.
Öte yandan Scaffold’ların sitokinler kullanılmadan
hücre kültür plaklarına ekimiyle yapılan çalışmalarda 4 hafta sonunda 54 katlık CD 34 (+) hücre
artışı da sağlanmıştır.
Ex vivo ekspansiyon yöntemlerinin yanı sıra,
engrafman arttırıcı bazı diğer çalışmalar da mevcuttur. Örneğin, hematopoetik kök hücrelerinin
direkt kemik içine verilmesinin intravenöz uygulamaya oranla 10 kat daha hızlı engrafman sağladığı
bazı faz I-II çalışmalarda gösterilmiştir. Bir diğer
yöntem, kök hücrelerinin kemotaktik kapasitelerini arttıran ve nakil sonrası CD 34 (+) hücrelerin kemik iliğine göçünü hızlandıran kemokin
reseptörlerini modifiye etmektir. Kök hücre mobilizasyonunda kilit rol oynayanlar SDF-1/CXCR4
yolağının manipulasyonu, trombopoetin, histon
deasetilaz inhibitörleri, CD26/PPIV inhibitörleri
olarak öne çıkan ve anlamlı etkileri gösterilmiş
moleküllerdir.
Son yıllarda engrafman süresinin uzamasına
neden olduğu düşünülen önemli bir diğer sorunun,
CD 34 (+) hücrelerin düşük düzey fukozilasyonu
olduğu ortaya konmuştur. Düşük düzey fukozilasyonun CD 34 (+) hücrelerin kemik iliğine göçünü
geciktirdiği ve dolayısıyla da engrafman üstünde
negatif etkisi olduğu kanıtlanmış olup, “NOD scid
gamma” (NSG) farelerde yapılan deneylerde, kemik
iliğine göç ederek kalıcı hale gelen CD 34 (+) hücrelerin, sadece fukozillenmiş grup hücreler olduğu
gösterilmiştir. Bu verilerden yola çıkarak, CD 34
(+) hücrelerin ex vivo koşullarda fukoziltransferaz
VI ile kültürü de kordon kanı mühendisliği yöntemlerinin arasında yer almaya başlamış ve özellikle kemik iliğine yerleşme, immün yapılanmanın
fonksiyonel artışı ve engrafman süresinin azalmasına olan etkisiyle, önemle üstünde durulan ve
klinik olarak geliştirilmeye açık bir yöntem olarak
bilimsel platformda yerini almıştır.
XXXIX. Ulusal Hematoloji Kongresi
Yeterli hücre sayısına sahip kordon kanı bulunamaması durumunda, birden fazla kordon kanı
nakli de uygulanabilmektedir. Kordon kanı kemik
iliği veya periferik kök hücrelerle beraber nakledilebilmekte; ex vivo ekspanse edilmiş bir kordon
kanı ünitesi ve naive bir kordon kanı ünitesi veya
mezenkimal kök hücre nakli ve kordon kanı nakli
bir arada gerçekleştirilmektedir.
Kordon kanı kök hücre içeriğinin, kemik iliği
ve periferik kana kıyasla ortalama 1 log daha az
olması, graft versus host hastalığının şiddetinin
Kaynaklar
1. Gluckman E. Milestones in umblical cord blood
transplantation. Blood Reviews 2011; 25: 255-259
2. Barrett J, Gluckman E, Handgretinger R, Madrigal
A. Point-counterpoint: haplo-identical family donors
versus cord blood transplantation. Biol Blood Marrow Transplant 2011; 17(1 Suppl):89-93.
3. McKenna DH, Brunstein CG. Umbilical cord blood:
current status and future directions. Vox Sanguinis
(International Journal Of Transfusion Medicine),
2011; 100:150–162
4. Rocha V and Gluckman E. Improving outcomes of
cord blood transplantation: HLA matching, cell dose
and other graft –and transplantation- related factors. Br J Haematol 2009; 147: 262-274
5. Shpall EJ. The utilization of cytokines in stem cell
mobilization strategies. Bone Marrow Transplant
1999; 23(Suppl 2):13-9.
6. Delaney C, Heimfeld S, Basdhem-Stein C, Voorhies H,
Manger RL, Bernstein ID. Notch-mediated expansion
of human cord blood progenitor cells capable of rapid
myeloid reconstitution. Nat Med 2010;16:232–6.
7. Dahlberg A, Delaney C, Bernstein ID. Ex vivo expansion of human hematopoietic stem and progenitor
cells. Blood 2011; 117(23): 6083–6090.
8. Robinson SN, Simmons PJ, Yang H, Alousi AM, Marcos de Lima J, Shpall EJ. Mesenchymal stem cells
in ex vivo cord blood expansion. Best Pract Res Clin
Haematol 2011;24(1):83-92
9. Peled T, Mandel J, Goudsmid RN, Landor C, Hasson
N, Harati D et al. Pre-clinical development of cord blood-derived progenitor cell graft expanded ex vivo with
cytokines and the polyamine copper chelator tetraethylenepentamine. Cytotherapy 2004; 6:344–55.
10. Boitano AE, Wang J, Romeo R, Bouchez LC, Parker
AE, Sutton SE et al. Aryl hydrocarbon receptor antagonists promote the expansion of human hematopoietic stem cells. Science 2010; 329 (5997):1345-8.
azalmasına ancak engrafmanın gecikmesine ve
dolayısıyla nüks oranının artmasına da neden
olmaktadır. Veriler, doku uyumu olmayan kordon
kanı nakillerinin, doku uyumu yakalanmayan
HKHN’ye kıyasla daha başarılı olduğuna iaşret
etmektedir. Nakledilmesi planlanan kordon kanındaki çekirdekli hücre ve CD34 (+) kök hücre sayısının ex vivo yöntemlerle arttırılması sayesinde, hem
doku uyumsuzluğunun tetiklediği ‘graft versus
host’ hastalığının görülme sıklığı azalmakta hem
de engrafman başarısının artmasıyla morbidite ve
mortalite azaltılabilmektedir.
12. Frassoni, F, Gualandi, F, Podesta, M.F, Raiola, A.M,
Ibataci, A, Piaggio et al. Direct intrabone transplant of
unrelated cord blood cells in acute leukemia: a phase
I/II study. Lancet Oncology 2008; 9: 831–839.
13. Ballen K, Mendizabal AM, Cutler C, Politikos I, Jamieson K, Shpall EJ et al. Phase II Trial of Parathyroid
Hormone after Double Umbilical Cord Blood Transplantation. Biol Blood Marrow Transplant 2012;
14. Beksaç M. Cord Blood As A Stem Cell Source. Chapter In Stem Cell Biology and Clinical Applications,
Turkish Academy Of Sciences Press, Ankara, 2009.
15. Mortera-Blanco T. ,Mantalaris A. ,Bismarck A., Aqel
N. ,Panoskaltsis N., Long-term cytokine- free expansion of cord blood mononuclear cells in three-dimensional scaffolds.Biometerials 2011;32(9263-9270)
16. Cho H. Cheul, Eliason F. James, Matthew W.T.
Howard, Application of porous glycosaminoglycanbased scaffolds for expansion of human cord blood
stem cells in perfusion culture, Wiley InterScience,
17. Robinson SN, Simmons PJ, Thomas MW, Brouard
N, Javni JA, Trilok S, Shim J-S, Yang H, Steiner
D, Decker WK, Xing D, Shultz LD, Savoldo B, Dotti
G, Bollard CM, Miller L, Champlin RE, Shpall EJ,
Zweidler-McKay PA. Ex vivo fucosylation improves human cord blood engraftment in NOD-SCID
IL-2Rγnull mice. Experimental Hematology 2012
Jun;40(6):445–456.
18. Xia L, McDaniel JM, Yago T, Doeden A, McEver
RP. Surface fucosylation of human cord blood
cells augments binding to P-selectin and E-selectin
and enhances engraftment in bone marrow. Blood
2004;104(10):3091–3096.
19. Norkin M, Lazarus HM, Wingard JR. Umbilical cord
blood graft enhancement strategies: has the time
come to move these into the clinic?Bone Marrow
Transplant. 2013 ;48(7):884-9.
11. Deutsch V, Hubel E, Kay S, Ohayon T, Katz BZ,
Many A et al. Mimicking the haematopoietic niche
microenvironment provides a novel strategy for
expansion of haematopoietic and megakaryocyteprogenitor cells from cord blood. Br J Haematol
2010;149:137–49.
23-26 Ekim 2013, Antalya
55