İnsanda göbek kordonu doku bileşenlerindeki hücrelerin kök hücre özelliklerinin tanımlanması
Human umbilical cord-derived stem cells from four different tissue 
subcompartments having distinct stemness properties retain their characteristics
Yazar: DENİZ BALCI
Danışman: PROF. DR. ALP CAN
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics ; Tıbbi Biyoloji = Medical Biology

Özet:
İnsan göbek kordonu mezenkimal kök hücreleri (İGK-MKH) hücresel tedavilerde başarıyla kullanılabilecek önemli bir MKH kaynağıdır. İGK-MKH?leri enzimatik işlemle izole edilip plastik yüzeyde kültüre edildiğinde heterojen bir fenotip ve farklılaşma potansiyeli sergilemektedir. Bu bulgular İGK-MKH popülasyonunda farklı köklülük seviyelerinin var olabileceğini göstermektedir. Daha önceki çalışmalarımızda gösterdiğimiz gibi, hücrelerin enzimatik yöntemle izole edilmesiyle in vivo protein profilinin dramatik bir biçimde değiştiği görülmüştür. Bu çalışmada, İGK bölgelerinden eksplant yöntemiyle izole edilen hücrelerin değişen karakteristik özelliklerini gösterilmiştir. Perivasküler (PV), intervasküler (İV), subamniyon (SA), ve göbek kordonu arteri (GKA) bölgeleri başarılı bir şekilde ayrılarak, plastik kültür kabında büyütülmüştür. Yüzey belirteçleri P0 sonunda, hücre morfolojisi, proliferasyon dinamikleri, majör hücre iskeleti proteinlerinin dağılımı, yapısal genlerin ifadeleri ve farklılaşma özellikleri P0-P13 boyunca incelenmiştir. Dört grup arasında eksplant kültüre en iyi yanıtı veren, en hızlı yapışan ve konfluensiye ulaşan SA ve İV grupları olmuştur. GKA ve PV bölgeleri daha yavaş konfluensi oranı sergilemiştir. En heterojen hücre grubu 2 tip morfolojiyle (tip 1 ve tip 2) İV alanında gözlenmiş. PV hücreleri daha küçük ve fusiformken, SA hücreleri epiteloid görünümdelerdir. Diğerlerinden farklı olarak GKA hücreleri ince uzun, düz kas görünümünde homojen bir yapı sergilemişlerdir. Hücre yüzey belirteçlerinin analizi sonucunda, İV, PV, SA, GKA hücreleri birbirlerinden ayrılarak kültüre edildiğinde MKH özelliklerini korumaktadırlar. PV hücreleri diğer gruplara göre farklılık göstermektedir. Dört alandan elde edilen hücrelerdeki hücre iskeleti proteini dağılımı köken aldıkları dokudaki durumlarıyla karşılaştırılmıştır. Desmin, İV, PV, SA hücreleri kültüre edildiğinde (GKA hariç) yok olan tek proteindir. ?-SMA, vimentin, sitokeratin (CK) ve CD146 (NCAM) profili P1-P13 boyunca değişen pozitivite göstermiştir. Özellikle CK daha çok küçük hücrelerde görülürken, ?-SMA daha çok dev hücrelerde izlenmiştir. Kendini iki katına çıkarma süresi (PDT) en kısa PV hücrelerindeyken en uzun İV hücrelerindedir. GKA hücreleri diğer gruptakilere oranla daha çabuk senesence girmektedir. GKA ve İV-MKH?lerinin kardiyak rejenerasyon yönünde yapılacak çalışmalarda kullanılabilecek önemli bir hücre kaynağı oldukları gözlenmiştir. İGK?nun İV, PV, SA, GKA bölgelerine ayrılarak hücrelerin kültüre edilmeleri sahip oldukları pluripotent özellikleri kaybetmelerine neden olmaktadır. PV-MKH?lerinin nestin ifadesi onların nöron yönünde yapılacak çalışmalarda başarıyla farklılaşabileceğini göstermektedir. İV, PV, SA, GKA hücrelerinin hedefleme yeteneklerinin göstergesi SEMA-3C ifade etmeleri, bu hücre gruplarının anti-kanser çalışmaları için önemli bir kaynak olduklarını göstermektedir. PV hücreleri adipojenik farklılaşmada daha başarılıyken, SA ve İV hücreleri osteojenik farklılaşmada daha iyi bir sonuç vermiştir. İlginç olarak GKA birçok duruma GK-MKH?leri gibi yanıt vermiştir. Sonuç olarak, GK içindeki doku bölgeleri değişen köklülük özelliği göstermektedir. Dört farklı bölgeden elde edilen hücrelerin farklı hücresel özelliğe sahip olmalarından dolayı, doku mühendisliğinde ve hücresel tedavilerde kullanılırken bir bütün olarak nitelendirilmemelidirler.

Abstract:
Human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) are considered as a promising type of MSCs to be successfully used in cellular therapies. When isolated by an enzymatic procedure and cultured on plastic surfaces, hUC-MSCs show a highly heterogeneous phenotype and differentiation potential suggesting that these populations may have different stemness grades. We have previously shown that in vitro protein profiles are dramatically changed when cells were extracted from tissues of origin using enzymatic digestion procedures. In the present study, we demonstrate varying characteristics of hUC-MSCs originated from different UC compartments that have been differentially isolated using nonenzymatic procedure. Perivascular (PV), intervascular (IV), subamnion (SA), and arteries (UCA) compartments were carefully excised, and then explanted onto plastic culture flasks. Surface markers were determined by the end of P0. Cell morphology, proliferation dynamics, major cytoskeletal protein distribution and differentiation potentials were differentially evaluated during P0-P13. Among four explant cultures SA and IV have the highest and the fastest seeding rate that reached to confluency in P0. GKA and PV showed slower confluency rates. The most heterogeneous group of cells was noted in İV containing two major cell phenotypes (type 1 and type 2). PV cells were smaller and more fusiform; whereas SA cells displayed more epithelial phenotype. Distinct from the others UCA cells were slender and homogeneous. Surface marker analyses demonstrated that Depending on the CD markers analyzed, IV, PV, SA, GKA cells retain their MSC properties when separated from each other. PV cells exist as a distinct population among the other groups. The distribution of cytoskeletal proteins in all cells from four compartments was then documented as compared to their tissue of origin. Desmin was the only protein that diminished (excluding UCA cells) when İV, PV and SA cells were cultured. ?-SMA, vimentin, cytokeratin (CK) and CD146 (NCAM) profiles showed varying degrees of positivity throughout P1-P13. Specifically, CK was dominantly found in young cells, while ?-SMA was prominent in giant cells. Population-doubling time (PDT) was the shortest in PV and the longest in IV. UCA cells remarkably entered to senescence earlier than the other cells.UCA and IV are an important source of cells used in cardiac rejeneration. IV, PV, SA, GKA cells loss their pluripotent properties when separated from each other. PV cells nestin expression shows their neuronal properties. PV cells were differentiated into adipocytes more effectively than the other groups, while SA and IV had more potential to osteogenic differentiation. Interestingly, in many aspects, UCA cells responded similar to sUC-MSCs. Conclusively, tissue compartments within the human UC possess varying degrees of stem cell properties as indicated by the present study. As cells from four tissue compartments displayed distinct cellular features they should not be considered as a cohort in tissue engineering and cell-based therapies.