Kanser Araştırmalarında Ekstrasellüler Veziküller

Anıl Gökkurt* 

Tıbbi araştırmaların en zorlu hedeflerinden biri olan kanser, karmaşık ve dinamik bir hastalık sürecine sahiptir. Kanser hücreleri, sadece kontrolsüz çoğalmayla kalmayıp aynı zamanda yer aldıkları mikroçevreyle devamlı olarak etkileşim halindedir. Son yıllarda gerçekleştirilen çalışmalarda bu etkileşimin en önemli unsurlardan birinin, hücreler arası iletişimde rol oynayan ekstraselüler veziküller (EV’ler) olduğu gözlemlenmiştir. İnsan vücudunda mevcut bütün hücreler normal ve patolojik süreçlerde hücre dışı ortama iletişimi sağlayan nano boyutlu kesecikler salgılamaktadırlar. Ekstraselüler veziküller olarak tanımlanan bu hücre dışı paketler, çift lipit tabakasıyla sınırlandırılmış nanomoleküllerdir. Taşıdıkları proteinler, lipitler, RNA ve DNA parçaları sayesinde sinyal yollarında temel aktörlerden biri olarak yer alır. EV’ler vücüdun farklı sıvı süpernatantlarında saptanabilir. Nükleik asit taşımaları ve her hücrenin öz biyolojik karakteriyle aynı özellikte salgılanmaları sebebiyle kişiselleştirilmiş tanı ve tedavi süreçlerinde sıvı biyopsi vasıtasıyla non-invaziv biyobelirteç olarak kullanılabilirler. Özellikle tümör hücrelerinin ürettiği EV’ler kanserin  ilerleyişini ve  tedavi yanıtını anlamada güçlü bir araştırma aracı olarak bulunmaktadır.

Ekstraselüler veziküllerin kanser araştırmalarındaki yeri

Tümör biyolojisinin anlaşılması: Araştırmalar, farklı tümör türlerinden salınan ekstraselüler veziküllerin içeriklerinin tümörün agresifliği, metastaz potansiyeli ve immün sistemiyle etkileşimi hakkında bilgi verdiğini göstermektedir. 

Mikroçevre ile etkileşim: EV’ler tümör hücrelerinden stromal hücrelere veya bağışıklık hücreline sinyal taşır. Bu yolla tümör mikroçevresi yeniden programlanarak tümörün büyümesi kolaylaşmış olur. Kanser hücreleri, bağışıklık sisteminin saldırısından kaçmak için EV’leri kalkan olarak kullanır. Veziküller, immün hücrelerinin işlevini baskılayıcı moleküller taşıyarak tümörün bağışıklık sisteminde görünmez olmasını sağlar. 

Metastaz araştırmları:  Tümör hücreleri, EV’ler aracılığıyla sağlıklı dokulara metastaz için zemin hazırlayan moleküller gönderir. Hayvan modellerinde yapılan çalışmalar, tümör kaynaklı EV’lerin uzak organlarda metastaz için ön hazırlık ortamı oluşturduğunu ortaya koymuştur. Bu veziküller, gittikleri bölgelerde yeni kan oluşumunu (anjiyogenez) tetikleyerek tümörün beslenmesini sağlar ve sağlıklı hücrelerin yapısını değiştirerek onları kanser yayılımına hazır hale getirir. Bu da kanserin yalnızca bulunduğu noktada değil, tüm vücutta dinamik bir iletişim ağı kurup yayıldığını göstermektedir. 

Omik teknolojiler

Günümüzde proteomik, transkriptomik, ve lipidomik analizler EV araştırmalarının temel araçlarıdır. Kargo profilleri bu teknolojler sayesinde içerik bakımından ayrıntılı biçimde incelenmekte, tümör spesifik biyobelirteç panelleri geliştirilmektedir.  Tümör kökenli EV’lerin içerikleri proteomik ve gentetik düzeyde incelenerek farklı kanser türleri arasında karşılaştırmalar yapılır. Bu yolla ekstraselüler veikükllerin tümör mikroekosistemindeki fonksiyonları, anjiyogenez ve metastaz süreçleri hücre kültürü ya da hayvam modelleri üzerindeki etkileri gözlemlenir. 

Tanısal biyobelirteçler

Tümör kaynaklı EV’ler, taşıdıkları genetik ve proteomik içerikleriyle tümörün moleküler imzasını yansıtır. Bu özellikleri, “sıvı biyopsi” konseptinin temelini oluşturur. Başta kan, idrar ve diğer vücut sıvılarından elde edilen EV’ler sayesinde kanserin erken evrede invaziv olmayan yöntemlerle tespit edilmesi mümkün kılınmıştır. Bu yaklaşım klasik doku biyopsisinden daha güvenli, tekrarlanabilir, ve hasta refahını arttıran bir alternatiftir. Prostat ve akciğer kanseri üzerinde gerçekleştirilen çalışmalar, ekstraselüler vezikül tabanlı biyobelirteçlerin ( EV kökenli mikroRNA)  klinik doğrulamalarının başladığını göstermektedir.

Tedaviye yönelik kullanımlar

EV’ler doğal biyo-uyumlulukları sayesinde ilaç ve genetik materyal taşıyıcı sistemler olarak araştırılmaktadır. Düşük toksisite ve hedef hücrelere özgül olarak alınabilmesi ilaç taşıyıcı sistemler için ideal kılar. Araştırmalarda EV’ler kullanılarak genetik materyallerin ( örneğin siRNA, CRİSPR-Cas9 sistemleri) doğrudan tümör hücrelerine taşınması sağlanmıştır. Deneysel olarak kemoterapi ajanlarının ekstrasüler veziküler paketlerde taşınması araştırılmaktadır. EV’lerin kan-beyin bariyerine aşabilmesi sebebiyle beyin tümörleri için yenilikçi tedavi yaklaşımlarını gğndeme getirmektedir. 

Hastalık seyrinin takibi

Tedavi süresince dolaşımdaki ekstraselüler vezikül miktarı ve içeriklerinin değişimi, tümörün tedavi yanıtı hakkında gerçek zamanlı bilgi sunabilir. Özellikle EV yüzey proteinleri ve mikroRNA içerikleri, tümörün direnç geliştirme mekanizmaların izlenmesinde kullanılmaktadır. Bu yaklaşım kişiselleştirilmiş onkoloji için umut verici bir yöntemdir. Tedavi öncesi ve sonrası EV profillerinin karşılaştırılması, tümör yükü ve ilaç etkinliği hakkında bilgi verebilir. 

Ekstraselüler veziküllerin sıvı biyopsideki yeri

EV’ler kan, idrar, tükürük gibi vücutsal sıvılarda bolca bulunur ve kaynak aldıkları tümör hücrelerinin moleküler özelliğini yansıtır. Bu özellik, invaziv bir işlem olan doku biyopsisine alternatif olarak, basit bir kan testiyle veya kit aracılığıyla  kanserin türünü belirlemeyi veya hastalığının ilerleyişini takip etmeyi mümkün kılabilir. Nüksetme ve prognozu için bilgi sağlar. Özellikle erken evre kanserlerin saptanmasında umut vaat etmektedir.

Akıllı ilaç taşıyıcıları ve İmmünoterapi

Ekstraselüler veziküller, doğal yapıları sayesinde toksik yan etkileri minimize ederek  kanser ilaçlarını doğrudan tümör hücrelerine taşıyabilecek akıllı birer taşıyıcı olarak kullanılabilir. EV yüzeyleri biyomühendislik teknikleriyle modifiye edilerek ilaçların sadece hedef hücrelere ulaşması sağlanabilir dolayısıyla yönlendirilmiş tedavi gerçekleştirimiş olur. Araştırmacılar, EV’leri laboratuvarda modifiye ederek hedefe daha spesifik hale getirmeye çalışmaktadır. Aynı zamanda bağışıklık hücrelerinden elde edilen ekstraselüler veziküller, kansere karşı güçlü bir bağışıklık tepkisi oluşturmak için immünoterapi yaklaşımlarında kullanılma potansiyeli taşımaktadır. Tümör antijenleriyle yüklenerek yeni nesil aşı veya immünomodülatör ajanlar olarak değerlendirilmektedir. 

Gelecek perspektifi 

Tanı ve takipte EV biyobelirteç panelleri klinik test kitlerine entegre edilecektir. Ekzom analizi + sıvı biyopsi kombinasyonu, kişiselleştirilmiş tıpta önemli bir yöntem olacaktır. Yapay zeka destekli analiz algoritmaları, EV içeriklerinden büyük veri çıkarımı yaparak tedavi tahmin modelleri haline gelecektir. Sentetik EV türevleri (exosome mimetics), hedefe yönelik ilaç taşıma sistemlerinde klinik denemelere girecektir. Çok katmanlı veri entegrasyonu ve yapay zeka uygulamaları gelecekte biyobelirteç keşfinde kritik bir uygulama olacaktır. EV araştırmalarının önemli sınırlarından biri, bu yapılarla ilişkili veri çeşitliğinin yüksek olmasıdır. EV’lerin RNA, DNA , protein ve lipid bileşenleri büyük ve çok boyutlu veri kümeleri üretir. Bu nedenle gelecekte Aİ ve ML tabanlı algoritmalar, EV biyobelirteç keşifini hızlandıracaktır. Kanser hastalarından elde edilen EV profilleri, yapay zeka destekli moleküşer imza haritaları oluşturularak erken evre tümörlerin tanısında kullanılacaktır. Gelecekte sıvı biyopsi testleri, sadece teşhiste değil, kanser risk haritalaması ve erken uyarı sistemleri için de kullanılacaktır. Popülasyon temelli tarama programlarında gösterge olarak değerlendirilecektir. Verilerin bütünleştirilmesiyle her hastaya özel moleküler dijital ikiz modelleri oluşturulması hedeflenmektedir. 

Sonuç

Ekstraselüler veziküller, hücreler arası iletişimi düzenlemeleri, immün yanıtı şekillendirmeleri, metastazı kolaylaştırmaları ve genetik bilgiyi taşımaları sayesinde kanserin hem tanısında hem de tedavisinde vazgeçilmez araştırma araçları hâline gelmişlerdir. Kanser araştırmalarında erken tanı, yeni tedavi yöntemleri ve hastalığın takibi açısından güçlü bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. EV analizlerinin ekzom panelleri ve sıvı biyopsi teknikleriyle birleştirilmesi, kanserin çok boyutlu haritasını çıkarmayı ve klinik yanıtın planlanması açısından stratejik olarak kuvvetli bir yaklaşım ortaya koyacaktır. Ekstraselüler veziküllerin kanser araştırmalarında kullanımı giderek daha fazla klinik araştırmaya konu olmaktadır. Bununla birlikte, izolasyon tekniklerinin standardizasyonu ve EV heterojeitesinin daha iyi anlaşılması, klinik uygulamaların rutin hale gelmesi için önemli adımlar olacaktır. Uluslararası standartlar doğrultusunda yapılan çalışmalar, EV tabanlı biyobelirteç ve tedavi yaklaşımlarının önümüzdeki yıllarda klinik pratiğe taşınabileceğini göstermektedir Bu küçük yapılar, taşıdıkları moleküler bilgilerle kanser biyolojisinin anlaşılmasını kolaylaştırmakta ve kişiselleştirilmiş tıbbın gelişimine katkı sağlamaktadır. Gelecekte EV’lerin akıllı ilaç taşıyıcıları ve immmünoteapilerle birlikte kullanılması onkolojide daha etkili tedavilerin yolunun açacaktır. Önümüzdeki dönemde EV tabanlı yaklaşımların, kanserle mücadelede temel stratejilerden biri haline gelmesi beklenmektedir. 

Konunun 2025 yılı Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü ile İlişkisi

Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülünün bağışıklık sisteminin kendi dokularına saldırmasını engelleyen periferik immün tolerans mekanizmalarının keşfine verilmesi kanser araştırmalarında yeni bir dönemin kapısını araladı. Son bulgular ekstraselüler veziküller üzerine yapılan güncel araştırmalarla kesişmektedir. Sebebi ise Treg hücreleri dahil olmak üzere immün sistem hücreleri, EV'ler aracılığıyla bağışıklık yanıtı düzenleyen mikroRNA'lar, sitokinler ve proteinler taşır. Kanseröz hücreler ise bu mekanizmayı kötüye kullanarak immün sistemden kaçış sağlar. Tümör'e bağlı hücreler İmmunsupresif moleküller içeren EV'ler salgılayarak T hücrelerinin aktivasyonunu sınırlar. Nobel ödülüyle buluşan 'immün tolerans' kavramı, EV biyolojisinin fonksiyonel yansımasıyla birleştiğinde, hem bağışıklık homeostazisini hem de tümör immünolojisini incelemede bütüncül ve kapsayıcı bir çerçeve sunar. Bu kesişim, gelecekte EV tabanlı biyobelirteçlerin, bağışıklık yanıtını modüle eden yeni nesil immünoterapilerin ve likit biyopsi temelli tanı yaklaşımlarının temelini oluşturabilir. 

* Başkent Üniversitesi’nde Biyomedikal Mühendisliği’nde öğrenimine devam eden Anıl Gökkurt 3D biyoyazıcılar ve biyomalzemeler üzerine çalışmalar yürütmektedir.  Üniversitesinde gerçekleştirilen kanser araştırmalarında ekstraselüler veziküller (EV) çalıştayındaki ticarileştirilebilir proje yarışmasında,  idrar sıvı biyopsi örneği kullanarak  ekstraselüler veziküller üzerinden yapay zekâ tabanlı kanser prognoz ve takip paneli projesiyle ödül almıştır. 

Kaynaklar

1. Y. Zhang, J. Liu, and K. Ma, “Extracellular Vesicles in Cancer: Emerging Roles in Liquid Biopsy and Biomarker Discovery,” Trends in Molecular Medicine, vol. 25, no. 7, pp. 524-536, Jul. 2019. 

2. H. Li, R. Huang, and X. Xu, “Omics techniques for profiling extracellular vesicles: Advances and challenges,” Journal of Extracellular Vesicles, vol. 10, no. 1, p. e12062, Jan. 2021. 

3. F. Kalluri and V. S. LeBleu, “The Biology, Function, and Biomedical Applications of Exosomes,” Science, vol. 367, no. 6478, pp. eaau6977, Jan. 2020. 

4. K. Tkach and C. Théry, “Communication by Extracellular Vesicles: Where We Are and Where We Need to Go,” Cell, vol. 164, no. 6, pp. 1226-1232, Mar. 2016. 

5. S. Peinado, M. C. Alečković, and D. Lyden, “Extracellular Vesicles: Current Perspectives on the Molecular Composition, Biogenesis and Functions in Cancer,” Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer, vol. 1868, no. 2, p. 429-444, May 2017. 

6. A. Vagner, L. Spinelli, and Q. Minciacchi, “Extracellular Vesicle-Mediated RNA Delivery and its Role in Cancer,” Nature Reviews Cancer, vol. 20, pp. 332-348, Sept. 2020. 

7. M. P. Mattos, L. A. Garcia, and G. Cavallari, “Artificial Intelligence in Liquid Biopsy Analysis: Current Progress and Future Directions,” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, vol. 8, p. 632, Jan. 2021. 

8. S. Ghosh, J. J. Sullivan, and A. Vaidya, “Clinical Applications of Liquid Biopsy in Cancer: Focus on Extracellular Vesicles,” International Journal of Cancer, vol. 148, no. 1, pp. 8-17, Jan. 2021. 

9. T. K. Lee, P. W. Ng, and C. H. Chan, “Extracellular Vesicles in Prostate Cancer: Diagnostic and Therapeutic Applications,” Cancers, vol. 12, no. 8, p. 2220, Aug. 2020. 

10. F. S. Barros, D. P. Almeida, and E. Sousa, “EV-derived microRNAs as Predictive Biomarkers in Cancer Therapy,” Cancer Letters, vol. 486, pp. 1-15, Oct. 2020.