.: PREFACE
ÖN SÖZ
PREFACE
Article Language: TR
21. yüzyılda moleküler biyoloji, biyokimya ve genomik alanlarında hızlı bilgi birikimi; embriyoloji ve gelişim biyolojisi ile birleştirildiğinde kök hücrelerin moleküler portresinin anlaşılmasına olanak sağlamaktadır. Tek hücre düzeyinde omiks, görüntüleme ve biyoinformatik araçların entegre edildiği disiplinler arası çalışmaların önemi giderek belirginleşmektedir ve kök hücrelerin karakterini oluşturan kendini yenileme (self-renewal) ve farklılaşma mekanizmaları yanı sıra pluripotentlik ve yeniden programlama süreçlerinin daha iyi anlaşılmasına olanak sağlamaktadır.
1960'larda başlayan ve kök hücrelerin günümüzdeki bilgi ve teknolojisine olanak sağlayan buluşların üç ana alanda gerçekleştiğini söyleyebiliriz. Birinci alanda; kök hücre izolasyonlarını sağlamaya yönelik araştırmalar bulunmaktadır. 1980 yıllarında Kaliforniya Üniversitesinden Gail Martins ve Cambridge Üniversitesinden Martin Evans ve Matthew Kaufman'nın fare embriyolarındaki çalışmaları sonucu embriyonik kök hücreler ilk kez izole edilmiştir. 1995'de primat embriyonik kök hücreleri ve daha sonra 1998'de insan embriyonik kök hücreleri eldesi Wisconsin Üniversitesinden Jamie Thompson tarafından başarılmıştır. Özellikle Thompson'ın çalışmaları ile kök hücre araştırmaları, hücre çoğaltma ve hücresel tedavi teknolojilerinin gelişimi ivme kazanmıştır. İkinci alandaki araştırmalar ise Cambridge Üniversitesinde Gurdon'nın 1962'de kurbağada somatik çekirdek transferi başarması ile başlar ve bunu takiben 1987 yılında Edinburgh Üniversitesinden Wilmut'ın ilk koyunu klonlaması ve Kyoto üniversitesinden Takashi Tada'nın grubunun 2001 yılında erişkin timosit hücreleri ile embriyonik kök hücrelerin in vitro füzyonu sonucu somatik hücreleri yeniden programlama çalışmaları ile devam eder. Üçüncü alan ise 1987'de Walter Gehring'in meyve sineğindeki çalışmalarındaki keşfi ile başlayan transkripsiyon faktörleri araştırmalarıdır. Bu üç ayrı araştırma alanındaki gelişmeler transkripsiyon faktörleri kullanılarak pluripotent kök hücre elde edilmesinin bilimsel dayanağını ve ilham kaynağını oluşturmuştur. 2006 yılında Kyoto Üniversitesinden Takahashi ve Yamanaka'nın Oct 3/4, Sox2, c-Myc ve Klf4 transkripsiyon faktörlerinin fare fibroblastlarında ektopik ifadelendirilmeleri ile ilk kez elde edilen ve uyarılmış/indüklenmiş pluripotent kök hücre olarak tanımlanan bu hücreler, hastalıkların patofizyolojisini anlamamız açısından çok önemli deneysel platform sağlamanın yanı sıra gen tedavileri, ilaç araştırmaları ve rejeneratif tıp için de yeni ufuklara yol açmaktadır. Ayrıca, dismorfik sendromlu bireylerin matür hücrelerinin indüksiyon ile pluripotent kök hücreye dönüştürülmesi insan embriyonik gelişiminin moleküler dinamiklerinin daha iyi anlaşılmasının da yolunu açmaktadır.
Embriyonik kök hücreler ve uyarılmış pluripotent kök hücreler uygun doku öncül hücrelerine dönüştürülerek/farklılaştırılarak terapötik amaçlı kullanılma potansiyeline sahip hücrelerdir ancak bu yöntemle elde edilen öncül hücrelerin saflaştırılması ve artık pluripotent hücre kalmadığından emin olunacak şekilde sıkı kalite kontrolden geçirilmeleri teratojenik/tümorojenik etkiye yol açmamaları için son derece önemlidir. Bu nedenle, uyarılmış pluripotent kök hücreler ile ilgili çalışmalar henüz, ağırlıklı olarak ilaç denemeleri için protokol geliştirme ve in vitro hastalık modeli oluşturma düzeyindedir.
Günümüzde çok sayıda klinik deneme ise doku kök hücrelerinden mezenkimal kök/stromal hücreler ile yapılmaktadır. 1976'da ilk kez Fridenstein tarafından tanımlanan mezenkimal kök hücreler, farklı doku hücrelerine (yağ, kemik, kıkırdak, kas ve hatta sinir ve akciğer epitel hücreleri) dönüşebilmeleri nedeniyle multipotentlik özellikleri olmasının yanı sıra proanjiojenik, antifibrotik ve immün düzenleyici etkileri ile rejeneratif tıp alanında araştırma ve tedavinin yük beygiri durumundadır. Bu kitabın yayına hazırlandığı 22 Eylül 2021 tarihinde 'mesenchymal cells' anahtar kelimesi ile NIH'in açık erişimli ClinicalTrials.gov web sitesinde 14'ü Türkiye'den olmak üzere 1269 klinik denemeye ulaşılmakta idi. Mezenkimal kök hücreler neredeyse tüm dokuların stromalarından elde edilebilir ancak elde edilme kolaylıkları nedeniyle sırası ile en çok kemik iliği, yağ ve göbek kordonu kaynaklı mezenkimal kök hücreler klinik denemelerde kullanılmaktadır. Sınırlı sayıda olmakla birlikte amniyon ve plasenta kaynaklı mezenkimal kök hücreler de klinikte denenmektedir.
Kök Hücre Tedavileri genetik ve sporadik birçok hastalığın tedavisi için umut vaad etmekle birlikte; verilen hücrenin kaderinin transplantasyon öncesi tahmin edilemez olması, kök hücre tedavilerinin etkinliğinin belirlenmesinde ve kök hücrelerin ticari standart ürün hâline gelmesinde en önemli sorunu teşkil etmektedir. Bununla beraber, preklinik alandaki elde edilen bilgiler hücre çoğaltma, zenginleştirme, saklama ve manipulasyon teknolojilerine olanak sağlayarak daha güvenli ve potent kök hücre ürünleri elde etmenin yolunu açmaktadır.
Bu kitapta, daha iyi kök hücre üretmek için yapılan temel araştırma ve klinik öncesi çalışmaların tartışıldığı derlemelere, nadir hastalıklar ve üreme biyolojisi alanlarında uyarılmış pluripotent kök hücrelerin çalışmalarının özetlendiği derlemelere, rejeneratif tıp alanında uygulanan mezenkimal kök hücrelerin klinik denemelerinin sonuçlarının tartışıldığı derlemelere ve kök hücre ürünlerinde kalite ve yasal düzenlemeler ile dikkat edilmesi gereken etik ilkelere yer verilmiştir. Bu kitaba çok değerli tartışmaları ile katkı sağlayan tüm yazarlara müteşekkirim. Kök Hücre ve Rejeneratif Tıp alanında çalışan preklinik ve klinikte çalışan araştırmacıların çalışmalarına ilham vermesi ve rehber olması dileğiyle...
Prof. Dr. Ayşen GÜNEL ÖZCAN
Editör
1960'larda başlayan ve kök hücrelerin günümüzdeki bilgi ve teknolojisine olanak sağlayan buluşların üç ana alanda gerçekleştiğini söyleyebiliriz. Birinci alanda; kök hücre izolasyonlarını sağlamaya yönelik araştırmalar bulunmaktadır. 1980 yıllarında Kaliforniya Üniversitesinden Gail Martins ve Cambridge Üniversitesinden Martin Evans ve Matthew Kaufman'nın fare embriyolarındaki çalışmaları sonucu embriyonik kök hücreler ilk kez izole edilmiştir. 1995'de primat embriyonik kök hücreleri ve daha sonra 1998'de insan embriyonik kök hücreleri eldesi Wisconsin Üniversitesinden Jamie Thompson tarafından başarılmıştır. Özellikle Thompson'ın çalışmaları ile kök hücre araştırmaları, hücre çoğaltma ve hücresel tedavi teknolojilerinin gelişimi ivme kazanmıştır. İkinci alandaki araştırmalar ise Cambridge Üniversitesinde Gurdon'nın 1962'de kurbağada somatik çekirdek transferi başarması ile başlar ve bunu takiben 1987 yılında Edinburgh Üniversitesinden Wilmut'ın ilk koyunu klonlaması ve Kyoto üniversitesinden Takashi Tada'nın grubunun 2001 yılında erişkin timosit hücreleri ile embriyonik kök hücrelerin in vitro füzyonu sonucu somatik hücreleri yeniden programlama çalışmaları ile devam eder. Üçüncü alan ise 1987'de Walter Gehring'in meyve sineğindeki çalışmalarındaki keşfi ile başlayan transkripsiyon faktörleri araştırmalarıdır. Bu üç ayrı araştırma alanındaki gelişmeler transkripsiyon faktörleri kullanılarak pluripotent kök hücre elde edilmesinin bilimsel dayanağını ve ilham kaynağını oluşturmuştur. 2006 yılında Kyoto Üniversitesinden Takahashi ve Yamanaka'nın Oct 3/4, Sox2, c-Myc ve Klf4 transkripsiyon faktörlerinin fare fibroblastlarında ektopik ifadelendirilmeleri ile ilk kez elde edilen ve uyarılmış/indüklenmiş pluripotent kök hücre olarak tanımlanan bu hücreler, hastalıkların patofizyolojisini anlamamız açısından çok önemli deneysel platform sağlamanın yanı sıra gen tedavileri, ilaç araştırmaları ve rejeneratif tıp için de yeni ufuklara yol açmaktadır. Ayrıca, dismorfik sendromlu bireylerin matür hücrelerinin indüksiyon ile pluripotent kök hücreye dönüştürülmesi insan embriyonik gelişiminin moleküler dinamiklerinin daha iyi anlaşılmasının da yolunu açmaktadır.
Embriyonik kök hücreler ve uyarılmış pluripotent kök hücreler uygun doku öncül hücrelerine dönüştürülerek/farklılaştırılarak terapötik amaçlı kullanılma potansiyeline sahip hücrelerdir ancak bu yöntemle elde edilen öncül hücrelerin saflaştırılması ve artık pluripotent hücre kalmadığından emin olunacak şekilde sıkı kalite kontrolden geçirilmeleri teratojenik/tümorojenik etkiye yol açmamaları için son derece önemlidir. Bu nedenle, uyarılmış pluripotent kök hücreler ile ilgili çalışmalar henüz, ağırlıklı olarak ilaç denemeleri için protokol geliştirme ve in vitro hastalık modeli oluşturma düzeyindedir.
Günümüzde çok sayıda klinik deneme ise doku kök hücrelerinden mezenkimal kök/stromal hücreler ile yapılmaktadır. 1976'da ilk kez Fridenstein tarafından tanımlanan mezenkimal kök hücreler, farklı doku hücrelerine (yağ, kemik, kıkırdak, kas ve hatta sinir ve akciğer epitel hücreleri) dönüşebilmeleri nedeniyle multipotentlik özellikleri olmasının yanı sıra proanjiojenik, antifibrotik ve immün düzenleyici etkileri ile rejeneratif tıp alanında araştırma ve tedavinin yük beygiri durumundadır. Bu kitabın yayına hazırlandığı 22 Eylül 2021 tarihinde 'mesenchymal cells' anahtar kelimesi ile NIH'in açık erişimli ClinicalTrials.gov web sitesinde 14'ü Türkiye'den olmak üzere 1269 klinik denemeye ulaşılmakta idi. Mezenkimal kök hücreler neredeyse tüm dokuların stromalarından elde edilebilir ancak elde edilme kolaylıkları nedeniyle sırası ile en çok kemik iliği, yağ ve göbek kordonu kaynaklı mezenkimal kök hücreler klinik denemelerde kullanılmaktadır. Sınırlı sayıda olmakla birlikte amniyon ve plasenta kaynaklı mezenkimal kök hücreler de klinikte denenmektedir.
Kök Hücre Tedavileri genetik ve sporadik birçok hastalığın tedavisi için umut vaad etmekle birlikte; verilen hücrenin kaderinin transplantasyon öncesi tahmin edilemez olması, kök hücre tedavilerinin etkinliğinin belirlenmesinde ve kök hücrelerin ticari standart ürün hâline gelmesinde en önemli sorunu teşkil etmektedir. Bununla beraber, preklinik alandaki elde edilen bilgiler hücre çoğaltma, zenginleştirme, saklama ve manipulasyon teknolojilerine olanak sağlayarak daha güvenli ve potent kök hücre ürünleri elde etmenin yolunu açmaktadır.
Bu kitapta, daha iyi kök hücre üretmek için yapılan temel araştırma ve klinik öncesi çalışmaların tartışıldığı derlemelere, nadir hastalıklar ve üreme biyolojisi alanlarında uyarılmış pluripotent kök hücrelerin çalışmalarının özetlendiği derlemelere, rejeneratif tıp alanında uygulanan mezenkimal kök hücrelerin klinik denemelerinin sonuçlarının tartışıldığı derlemelere ve kök hücre ürünlerinde kalite ve yasal düzenlemeler ile dikkat edilmesi gereken etik ilkelere yer verilmiştir. Bu kitaba çok değerli tartışmaları ile katkı sağlayan tüm yazarlara müteşekkirim. Kök Hücre ve Rejeneratif Tıp alanında çalışan preklinik ve klinikte çalışan araştırmacıların çalışmalarına ilham vermesi ve rehber olması dileğiyle...
Prof. Dr. Ayşen GÜNEL ÖZCAN
Editör
In the 21st century, enhanced knowledge in molecular biology, biochemistry and genomics combined with embryology and developmental biology enables the detailed understanding of the molecular portrait of stem cells. The importance of interdisciplinary studies in which omics, cell imaging and bioinformatics integrated tools at the single cell level, become more apparent and enable a better understanding of the mechanisms of self-renewal and differentiation potential underlying stemness of a cell as well as pluripotency and reprogramming processes.
First stem cell studies started in 1960s and three main research area/road have enabled the current knowledge and technology of stem cells. The first road is covered by the milestones to isolate stem cells. Mouse embryonic stem cells was isolated in the 1980s by Gail Martins at the University of California and by Martin Evans and Matthew Kaufman at Cambridge University. These are followed by isolation of primate embryonic stem cells in 1995 and then human embryonic stem cells in 1998 by Jamie Thompson at the University of Wisconsin. Thompson's work has accelerated stem cell research on the development of cell propagation and cellular therapy technologies. The second research area was reprogramming in general that started with somatic nucleus transfer and first achieved in frog by Gurdon at Cambridge University in 1962, then in 1987, cloning of a sheep was achieved by Wilmut at Edinburgh University. In 2001, Takashi Tada's group from Kyoto University reported in vitro fusion of adult thymocyte cells and embryonic stem cells to reprogram the somatic cells. The third road includes transcription factors studies that started by Walter Gehring's discovery in fruit flies in 1987. The information obtained with all these three different research areas raised the idea of using transcription factors for reprogramming mature cells and for the first time in 2006, Takahashi and Yamanaka from Kyoto University obtained pluripotent stem cells by ectopic expression of Oct3 / 4, Sox2, c-Myc and Klf4 transcription factors in mouse fibroblasts. These cells, which are defined as induced pluripotent stem cells, have invaluable impact not only for our understanding of developmental biology and pathophysiology of diseases, but also open up new horizons for gene therapies, drug researches and regenerative medicine. Additionally, pluripotent stem cells obtained by reprogramming mature cells of the individuals with dysmorphic syndromes may lead a better understanding of the molecular dynamics of human embryonic development.
Embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells are cells that have the potential to be used for therapeutic purposes by differentiating them into precursor cells of the targeted tissue for regeneration, but cell purification and strict quality control for ensuring lack of remanent pluripotent cells is extremely important in order not to cause teratogenic / tumorigenic effects. Therefore, current studies of induced pluripotent stem cells are still mainly at the level of developing protocols for drug trials and in vitro disease models.
Several clinical trials are currently performed with mesenchymal stem / stromal cells isolated from different tissues. Mesenchymal stem cells, first defined by Fridenstein in 1976, are work horse of regenerative medicine as not only having multipotent properties that they can differentiate to several tissue cells (fat, bone, cartilage, muscle and even nerve and lung epithelial cells), but also bearing proangiogenic, antifibrotic and immunomodulatory effects. While this book was prepared for publication on the day of September 22nd in 2021, search with the keyword 'mesenchymal cells' on the NIH open-access website, ClinicalTrials.gov, revealed 1269 clinical trials and 14 of which were from Turkey. Mesenchymal stem cells can be obtained from the stroma of almost all tissues. Due to their ease of obtaining, the most prefered sources of mesenchymal stem cells used in clinical trials are bone marrow, fat and umbilical cord, respectively. There are limited clinical trials with amnion and placenta derived mesenchymal stem cells, as well.
Although stem cell therapies are promising for the treatment of many genetic and sporadic diseases, unpredictability of the cell fate before transplantation leaves an open question for the efficacy of stem cell therapies and that being the most important problem for the use of stem cells as 'off-the-shelf' product. Nonetheless, knowledge obtained from the preclinical research opens up safer and more potent stem cell products by improving the technologies for cell propagation, enrichment, storage and manipulation.
In this book includes the reviews discussing basic research and preclinical studies to produce stem cells with better therapeutic efficacy, summarizing induced pluripotent stem cell research on rare diseases and reproductive biology, discussing the results of clinical trials of mesenchymal stem cells applied in regenerative medicine, and current regulations for stem cell products and the ethical principles are revisited. I would like to thank all the authors contributed to this book for their invaluable discussions. I hope this book will inspire and guide the studies of preclinical and clinical researchers working in the field of Stem Cells and Regenerative Medicine.
Prof. Dr. Ayşen GÜNEL ÖZCAN
Editor
First stem cell studies started in 1960s and three main research area/road have enabled the current knowledge and technology of stem cells. The first road is covered by the milestones to isolate stem cells. Mouse embryonic stem cells was isolated in the 1980s by Gail Martins at the University of California and by Martin Evans and Matthew Kaufman at Cambridge University. These are followed by isolation of primate embryonic stem cells in 1995 and then human embryonic stem cells in 1998 by Jamie Thompson at the University of Wisconsin. Thompson's work has accelerated stem cell research on the development of cell propagation and cellular therapy technologies. The second research area was reprogramming in general that started with somatic nucleus transfer and first achieved in frog by Gurdon at Cambridge University in 1962, then in 1987, cloning of a sheep was achieved by Wilmut at Edinburgh University. In 2001, Takashi Tada's group from Kyoto University reported in vitro fusion of adult thymocyte cells and embryonic stem cells to reprogram the somatic cells. The third road includes transcription factors studies that started by Walter Gehring's discovery in fruit flies in 1987. The information obtained with all these three different research areas raised the idea of using transcription factors for reprogramming mature cells and for the first time in 2006, Takahashi and Yamanaka from Kyoto University obtained pluripotent stem cells by ectopic expression of Oct3 / 4, Sox2, c-Myc and Klf4 transcription factors in mouse fibroblasts. These cells, which are defined as induced pluripotent stem cells, have invaluable impact not only for our understanding of developmental biology and pathophysiology of diseases, but also open up new horizons for gene therapies, drug researches and regenerative medicine. Additionally, pluripotent stem cells obtained by reprogramming mature cells of the individuals with dysmorphic syndromes may lead a better understanding of the molecular dynamics of human embryonic development.
Embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells are cells that have the potential to be used for therapeutic purposes by differentiating them into precursor cells of the targeted tissue for regeneration, but cell purification and strict quality control for ensuring lack of remanent pluripotent cells is extremely important in order not to cause teratogenic / tumorigenic effects. Therefore, current studies of induced pluripotent stem cells are still mainly at the level of developing protocols for drug trials and in vitro disease models.
Several clinical trials are currently performed with mesenchymal stem / stromal cells isolated from different tissues. Mesenchymal stem cells, first defined by Fridenstein in 1976, are work horse of regenerative medicine as not only having multipotent properties that they can differentiate to several tissue cells (fat, bone, cartilage, muscle and even nerve and lung epithelial cells), but also bearing proangiogenic, antifibrotic and immunomodulatory effects. While this book was prepared for publication on the day of September 22nd in 2021, search with the keyword 'mesenchymal cells' on the NIH open-access website, ClinicalTrials.gov, revealed 1269 clinical trials and 14 of which were from Turkey. Mesenchymal stem cells can be obtained from the stroma of almost all tissues. Due to their ease of obtaining, the most prefered sources of mesenchymal stem cells used in clinical trials are bone marrow, fat and umbilical cord, respectively. There are limited clinical trials with amnion and placenta derived mesenchymal stem cells, as well.
Although stem cell therapies are promising for the treatment of many genetic and sporadic diseases, unpredictability of the cell fate before transplantation leaves an open question for the efficacy of stem cell therapies and that being the most important problem for the use of stem cells as 'off-the-shelf' product. Nonetheless, knowledge obtained from the preclinical research opens up safer and more potent stem cell products by improving the technologies for cell propagation, enrichment, storage and manipulation.
In this book includes the reviews discussing basic research and preclinical studies to produce stem cells with better therapeutic efficacy, summarizing induced pluripotent stem cell research on rare diseases and reproductive biology, discussing the results of clinical trials of mesenchymal stem cells applied in regenerative medicine, and current regulations for stem cell products and the ethical principles are revisited. I would like to thank all the authors contributed to this book for their invaluable discussions. I hope this book will inspire and guide the studies of preclinical and clinical researchers working in the field of Stem Cells and Regenerative Medicine.
Prof. Dr. Ayşen GÜNEL ÖZCAN
Editor
.: Process List