Vücudumuzda farklı işlevleri olan birçok organ bulunur. Organ oluşumu veya insan bedeninin oluşum süreci biri dişiden biri erkekten gelen eşey hücrelerinin bir araya gelmesiyle oluşur. Bu hücreye zigot denir. Muhtemelen, sosyal medyada tek bir hücrenin milyonlarca kez bölündüğü videoları izlemişsinizdir. Eğer izlemediyseniz semender zigotunun bölünerek bir fetüs ve canlının oluşum videosunu internette aratarak bulabilirsiniz. 

Sürüngen bir canlının gelişim evresinde tek bir hücreden oluştuğu gözlemlenmiştir. Diğer hayvanlar ve bitki, mantar türlerinde bu şekilde oluşur. Peki, bir hücreden nasıl birbirinden bu kadar farklı organ oluşabilir? Burun, kulak ve gözlerimizi karşılaştıralım, hepsi tek bir hücreden bölünerek oluştu ancak bambaşka işlevleri var. Bu durum hücrelerin dönüşüm, “hücre farklılaşması” sayesinde gerçekleşir. Küçük bir çocukken bize büyüyünce ne olmak istediğimiz sorulmuştur. Büyüyünce pilot, öğretmen, doktor ya da kuaför sayılabilecek yüzlerce meslek grubundan herhangi biri olma potansiyelimiz var. Tıpkı hücrelerin de bizim gibi ilk oluşum aşamasında olabileceği yüzlerce hücre çeşidine dönüşme ihtimali vardır.

Hücre Farklılaşması Nedir?

Biri anneden biri babadan gelen eşey hücreleri bir araya gelerek zigotu oluşturur. Zigotta hücre bölünmeleri başlar ve embriyo oluşum süreci başlar. Bu aşamalarda, hücrelerin farklı hücrelere dönüşmesine ve olgunlaşma sürecine hücre farklılaşması denir. Farklılaşan hücreler yaygın olarak bilinen kök hücrelerdir.

Kök Hücre Nedir?

Kök hücreler, vücudumuzda bulunan tüm doku ve organların yapısını oluşturan hücrelerdir. Bu hücreler kendini yenileyebilirler ve farklılaşabilirler, bu nedenle doku onarımı ve yeniden oluşumu için önemlidirler. Kök hücreler genellikle üç ana tipte bulunurlar:

Embriyonik Kök Hücreler: Embriyonik kök hücreler, anne ve babadan gelen eşey hücrelerin döllenmesi ile ilk bölünme evrelerinde (blastosist) oluşur. Bu hücreler henüz farklılaşmamıştır ve vücudun tüm farklı hücre tiplerine dönüşebilme potansiyeline sahiptirler. Embriyonik kök hücreler araştırma ve tedavi amacı için kullanılmaktadır. Alınan örnekler laboratuvarda hücreler için üretilmiş kaplarda çoğaltılıp deneylerde kullanılabilir. Bu şekilde çoğaltılan bir embriyonik kök hücreye verilen ışık, kimyasal veya kalsiyum gibi iyonlarla farklılaşmasını sağlayabilir. Fareden alınan embriyonik kök hücreler en sık çalışılan embriyonik kök hücrelerdir.

Yetişkin (Somatik) Kök Hücreler: Yetişkin kök hücreler, vücudun farklı bölgelerinde bulunurlar ve ömür boyu dokuların yeniden oluşumu ve onarımına katkıda bulunurlar. Örneğin, kemik iliği kök hücreleri kan hücrelerinin üretimine katkıda bulunur. Deri, kas, sinir, ince bağırsak yetişkin kök hücreleri içerir. İnce bağırsak ve deri hücreleri sürekli bir değişime uğrarlar, bu duruma katkı sağlayacak kök hücre yoğunluğu ve gerekli kimyasalları içerirler. Ancak karaciğer fiziksel bir zarara maruz kaldığında yenilenme gösterir, bu diğer dokulara göre daha minimal bir süreçtir.

İndüklenmiş Kök Hücreler: İndüklenmiş kök hücreler (iPS hücreleri), yetişkin hücrelerin genetik mühendislik teknikleri kullanılarak embriyonik kök hücrelere benzer hale getirildiği hücrelerdir. Bu yöntem, embriyonik kök hücrelerle ilgili etik sorunları aşma amacı taşır. Embriyonik kök hücrelerin kullanımı etik ve ahlaki problemler oluşturmaktadır, bu nedenle bilim insanları yetişkin somatik hücrelerini yeniden programlamanın yollarını bulmaya çalışmaktadır. Kök hücreler, dokuların iyileşmesi ve organ oluşumu açısından oldukça önemli bir potansiyele sahiptir. Yanık tedavisi, organ yetmezliği, genetik hastalıkların tedavisi ve yaşlanma karşıtı çalışmalarda birçok problemin çözümü olabilir. Ancak, embriyonik hücreler direkt olarak embriyodan alınmaktadır ve bununla ilgili etik, ahlaki birçok problem vardır. Bunun yerine, yetişkin kök hücrelerin yeniden proglamlanması hedeflenmektedir.

Kök hücreler birçok farklı dokunun yenilenmesine ve tedavi edilmesine yardımcı olabilecek büyük bir potansiyele sahiptir. Örneğin, kalp hastalıkları, nörolojik bozukluklar ve doku hasarı gibi çeşitli sağlık sorunlarının tedavisinde kullanılabilirler. Ancak, kök hücre araştırmaları ve uygulamaları etik, yasal ve bilimsel zorluklarla da beraberinde gelmektedir.

Embriyonik kök hücre ve yetişkin kök hücre arasındaki en büyük fark, farklılaşma potansiyelidir. Embriyonik kök hücre için önünde 200’den fazla yol varken yetişkin kök hücre için çok daha az yol vardır. Dolayısıyla bu durum yetişkin kök hücrenin kullanımını sınırlamaktadır. Kök hücreler, farklılaşma aşamasına ve dönüşüm potansiyeline göre 3’e ayrılır.

Dönüşüm Potansiyeli: Totipotent, Pluripotent ve Multipotent Kök Hücreler Nelerdir?

Dönüşüm potansiyeli, kök hücrelerin diğer hücre tiplerine (kalp hücresi, deri hücresi, sinir hücresi…) farklılaşma kabiliyetini ifade eder. En yüksek potansiyele sahip hücreler, daha düşük potansiyele sahip olanlardan daha fazla hücre tipi üretebilir. Farklılaşma potansiyeline göre kök hücreler: totipotent, pluripotent ve multipotent olarak 3’e ayrılır.

1. Totipotent Kök Hücreler

Totipotent hücreler, en fazla farklılaşma yeteneğine sahip olan kök hücrelerdir. Öyle ki totipotent kök hücrelerden yetişkin bir organizmanın meydana gelmesi için gereksinim duyulan bütün doku ve hücre tipleri oluşur. Bu hücreler, embriyonun ilk bölünme aşamalarında bulunur. Örneğin, zigot olarak adlandırılan döllenmiş yumurta, totipotent hücreler içerir ve bu hücreler tüm vücut hücrelerine ve plasentaya farklılaşabilirler. Bu aşamada totipent hücreden yaklaşık 220 farklı özelleşmiş hücre üretilebilir. Özelleşmiş hücreler, görevi belirlenmiş hücrelerdir. Örneğin, göz hücresi görme görevi için özelleşmiştir.

Totipotent hücreler, embriyonik kök hücrelerin bir alt kümesidir ve embriyonun erken gelişim aşamalarında bulunurken, daha sonraki aşamalarda bu farklılaşma yetenekleri sınırlanmaya başlar. Örneğin, birkaç gün süren embriyo gelişimi sonrasında, hücreler totipotent olmaktan çıkar ve farklılaşma yetenekleri azalır.

2. Pluripotent Kök Hücreler

Pluripotent hücreler, embriyonik kök hücreler olarak da bilinir. Totipotent hücrelerden daha az farklılaşma potansiyeline sahiptirler. Pluripotent hücreler, vücuttaki birçok hücre ve dokuya dönüşebilir ancak plasenta oluşturamaz. Totipotent hücrelerden türetilen pluripotent hücreler, embriyonun çeşitli hücre tiplerine dönüşebileceği farklılaşma yollarını takip edebilirler. Bu hücreler, araştırmalarda ve rejeneratif (yenileyici) tıp alanında büyük öneme sahiptirler.

Pluripotent hücrelerden farklı hücre tiplerine dönüştürülerek, örneğin sinir hücreleri, kalp hücreleri veya pankreas hücreleri gibi hedeflenen hücre tipleri üretilebilir. Bu tür hücreler, hastalıkların anlaşılması, ilaç testleri ve dokuların yeniden oluşturulması gibi birçok uygulamada kullanılabilir.

1997 yıllarında klonlanan koyun Dolly için yapılan çalışmalarda pluripotent kök hücrelerine benzer bir indüklenmiş kök hücre üretilmiştir.

3. Multipotent Kök Hücreler

Pluripotent veya totipotent hücrelere göre daha sınırlı bir farklılaşma potansiyeline sahiptirler. Multipotent hücreler, vücuttaki bazı yetişkin dokularında bulunur ve bu dokuların yeniden oluşumunda ve onarımında rol oynarlar.

Örneğin, kemik iliği kök hücreleri multipotent hücrelere örnektir. Kemik iliği kök hücreleri, çeşitli kan hücrelerine (örneğin, kırmızı kan hücreleri, beyaz kan hücreleri ve trombositler) farklılaşabilme yeteneğine sahiptir. Benzer şekilde, multipotent hücreler cildin üst tabakasını, sinir dokularını veya kas dokularını oluşturabilen hücrelerdir. Bu hücrelerin, artık bulunduğu konum bellidir ve farklılaşması buna göredir. Kemik iliği kök hücresi artık bir bölgeye atanmıştır ve sadece burayla ilgili dönüşümler yapabilir.

Multipotent hücreler, vücuttaki hücresel yenilenme ve dokuların onarımı süreçlerinde önemlidir. Ancak pluripotent veya totipotent hücreler kadar geniş farklılaşma yeteneğine sahip değillerdir.

Kök hücreler farklılaşarak yetişkin bir organizmayı oluşturmaktadır. Bir cümle ile açıklamak her ne kadar basit olsa da bu süreç oldukça karmaşıktır. Hangi kök hücrenin neye, ne zaman dönüşeceği ve kararın nasıl verildiği en çok araştırılan sorulardır. Yine de tüm neden ve sonucu, mekanizmayı anlamasakta kök hücrelerin dönüşümü bilim insanlarına büyük bir ilham kaynağı olmuştur. Yapay organ üretimi, klonlama ve rejeneratif (yenilenme) tıp alanında birçok rahatsızlığa çözüm üretilebilir. Hücrelerin farklılaşma yeteneklerinin potansiyel olarak adlandırılması ise abartılmış bir adlandırma değildir. Bu hücreleri, tek bir parçadan bütün bir ülkenin inşa edilmesini sağlayan bir yapı olarak görebiliriz.