Tıp teknolojisindeki hızlı gelişmeler, bugüne kadar açıklamakta zorlandığımız pek çok problemi tanımlamamızı ve çareler üretmemizi sağlar. Bu konudaki en güzel örneklerden bir tanesi daha henüz gebelik oluşmadan önce gebeliğin sağlığının belirlenmesini sağlayan "embriyoda genetik tanı" imkanı. Bebeğin henüz 7 - 8 hücreli bir embriyo aşamasındayken sağlığı açısından incelenmesi mümkün. Bu şekilde hasta veya genetik özürlü bir embriyonun rahim içerisinde yerleşmesi ve sağlıksız bir gebeliğin oluşması baştan önlenir.
Şekil 1. Embriyoda genetik tanı
PGT kimlerde uygulanır?
Embriyoda genetik tanı yapılabilmesi için bu embriyoların laboratuvar şartlarında geliştirilmesi gerekir. Bunun için de, kadından elde edilecek olan yumurta hücresiyle erkekten elde edilecek olan sperm hücresinin, laboratuvar ortamında biraraya getirilmesi, yani mikroenjeksiyon tekniğiyle döllenme ve embriyo gelişiminin sağlanması gerekir. Diğer bir deyişle, embriyoda genetik tanı uygulaması, zahmetli ve masraflı bir yüksek teknoloji uygulaması gerektirir. O nedenle bu teknik ancak özel risk taşıyan çiftlerde uygulanır. PGT'nin hangi çiftler için uygulanacağı, uygulamanın amacına göre değişir.
PGT farklı amaçlara yönelik olarak gerçekleştirilebilir:
1. Anomali taraması
2. Embriyolarda hastalık araştırılması
3. Riskli ailelerde kanser hastalığının belirlenmesi
Anomali taraması
Çocuk sahibi olmakta güçlük çeken ve tedavi sırasında elde edilecek olan embriyolarında anomali riski artmış olan çiftlerde, embriyoların en sık görülen kromozomal kusurlar açısından taranması hedeflenir.
Anomali taramasında amaç, embriyolarda en sık görülen trizomi (kromozom sayısının normalden fazla olması) veya monozomi (kromozom sayısının normalden az olması) gibi kromozom anomalilerinin belirlenmesi. Anomaliye sahip olduğu saptanan embriyolar rahim içerisine transfer edilmez ve imha edilirler. Hastaya sadece sağlıklı olduğu bilinen embriyolar transfer edilir. Bu şekilde genetik anomaliye sahip bir bebeğin rahim içerisinde gelişmesi riski baştan ortadan kaldırılır.
Genellikle genetik anomaliye sahip embriyolar rahim içerisinde tutunamaz. Tutunma gerçekleşse dahi çoğu zaman ilk 10 hafta içerisinde gebelik düşük ile sonuçlanır. Aslında bu durum insan doğasının kendi dengesi koruması açısından büyük bir avantaj oluşturur. Doğa sağlıklı olanı koruyarak sağlıksızı elimine etmeye çalışır. Bu sayede çevremizde çok az sayıda anomalili bebek veya çocuk görürüz. Ancak ne yazık ki bu kural her zaman geçerli olmaz.
Embriyo ağır genetik kusurlar taşıyorsa genellikle laboratuvardaki gözlem sırasında yavaş gelişimi, gelişimin duraklaması veya kötü kalitede gelişimi nedeniyle diğerlerinden ayırt edilir ve bu tip embriyolar rahim içerisine yerleştirilmez. Ancak basit trizomi (Down Sendromu; trizomi 21) veya monozomi taşıyan embriyoların gelişimi, sağlıklı olanlar kadar iyi ve hızlı olabilir. Bu embriyoların gelişim hızı, görünümü ve kalitesiyle diğerlerinden ayırt edilmeleri olanaksız. Bu tip anomaliler taşıyan embriyolar, rahim içerisine tutunarak anomalili bebeklerin dünyaya gelmesine neden olabilir. Anomalili bebeklerin çoğunluğu erken dönemde düştüğü halde önemli bir kısmı ilerleyen gebelik haftalarına kadar ulaşabilir. Böyle problemler dikkatli ve düzenli bir gebelik takibi sırasında ultrasonografi, kan testleri ve gerekirse amniosentez yöntemleriyle saptanır. Gebelik ilerledikten sonra bebeğin anomalili olduğunun öğrenilmesi ve gebeliğin sonlandırılması son derece travmatik olur. Gebelik takibinin hiç yapılmaması halinde sakat veya özürlü bir bebeğin doğumunun söz konusu olduğu unutulmamalı .
Şekil 2. Trizomi 13 Patau sendromu saptanan anomalili bir bebek
Çocuk sahibi olmakta güçlük çeken bazı çiftlerde yardımcı üreme teknikleri gerçekleştirilir. Bu teknikte, çifte ait sperm ve yumurta hücreleri kullanılarak mikroenjeksiyon yöntemiyle embriyolar elde edilir. Eğer çift, embriyolarda genetik anomali yönünden yüksek risk taşıyorsa PGT önerilir.
Yüksek risk taşıyan çiftler şu şekilde sıralanabilir:
1. Anne adayının yaşının 37 ve üzerinde olması
2. Tekrarlayan erken gebelik kayıpları (düşükler)
3. Tekrarlayan tüp bebek - mikroenjeksiyon tedavilerinde gebelik elde edilememiş olması veya elde edilen gebeliklerin düşüklerle sonlanması
4. Daha önce anomalili bir doğum ve düşük hikayesi
5. Yumurta veya sperm hücresine ait bazı özel şekilsel anomaliler
Embriyolarda hastalık araştırılması
Embriyolarda hastalık araştırılmasında temel amaç, kendiliğinden çocuk sahibi olabilen, ancak belirli bir hastalığın taşıyıcısı oldukları için hastalıklı bir gebelik sahibi olma riski taşıyan çiftlerde, hastalık taşımayan embriyoların transferiyle sağlıklı bir gebeliğin elde edilmesi. Genetik ve ailesel geçiş özelliği taşıyan bazı hastalıklar anne, baba veya her ikisinde birden bebeğe aktarılır. Bu hastalıkların taşıyıcısı olduğu saptanan çiftler, embriyolarda genetik inceleme yapılarak sağlıklı bir gebeliğe kavuşabilir.
Vücudumuzdaki tüm hücrelerin özel bir genetik şifre içerdiğini ve bu şifrenin her bireyde birbirinden farklı özellikler taşıdığını bilinir. Hücrelerimizin tüm görevleri, bu genetik şifreler doğrultusunda planlanır. Genetik şifredeki küçük değişiklikler bazen telafisi olanaksız eksikliklere veya hasarlara yol açarak, genetik hastalıkların oluşmasına sebep olur. Son yıllara kadar bu tip hastalıkların tanısı sadece klinik olarak tanımlanırdı. Genetik bilimindeki gelişmeler ve genetik şifrelerin çözülmesine yönelik çalışmalar sayesinde bu hastalıkların tanısının gen düzeyde konulması mümkün. FISH ve PCR adı verilen yöntemlerle hastalığa sebep olan genetik değişiklikler belirlenebilir. Ancak bu zahmetli ve zaman alıcı yöntemler günümüzde yerini çok daha hızlı ve güvenilir sonuç veren cihazlara bıraktı.
Genetik incelemelerde bireyden alınan kan örneğindeki hücreler toplanarak içlerinde yer alan genetik materyal bir araya getirilir. Genetik incelemenin hatasız yapılabilmesini sağlayacak miktarda materyal sağlanabilmesi amacıyla DNA özel yöntemlerle çoğaltılır. Çoğaltılan DNA üzerindeki gen dizileri tek tek tanımlanır. Olası değişiklikler veya bozukluklar belirlenir. Bu incelemeler hastalıkların tanısının konulmasını sağladığı gibi hastalık riski taşıyan bazı bireylerin tanımlanmasında da yardımcı olur. Örneğin bu yöntem ile myotonik distrofi veya kistik fibrozis gibi çocukluk döneminde ortaya çıkan ve ciddi sağlık problemlerine yol açan hastalıkların tanısı konulabilir. Bu teknikle çok sayıda hastalık belirlenebilir.
Bu hastalıklar şu şekilde sıralanabilir:
- Genetik hastalıklar:
- Talasemi (Akdeniz anemisi)
- Kistik fibrozis
- Myotonik distrofi
- Frajil X sendrom
- Doğumsal işitme kaybı
- Akondroplazi Alfa-1 antitripsin eksikliği
- Hemakromatozis
- Huntington hastalığı
- Orak hücreli anemi
- Spinal muskuler atrofi
- Konjenital adrenal hiperplazi
- Ataksi-telenjektazi
- Kalp damar sistemi hastalıkları
- Faktör V ve protrombin eksikliği
- Faktör VIII eksikliği
- Leiden faktör V mutasyonu
Riskli ailelerde kansere yatkınlığın belirlenmesi
Bazı kanser tipleri ailesel özellik gösterir ve ailedeki tüm bireylerde kansere yatkınlık gözlenir. Her yeni jenerasyonun bu hastalıktan etkilenme riski yüksek olur. Embriyo düzeyinde yatkınlık yönünden incelemesi yapılabilen hastalıklar şu şekilde sıralanabilir:
- Meme kanseri
- Mesane kanseri
- Prostat kanseri
- etinoblastom
- Lenfoma ve lösemi
- Alzheimer
Embriyo hangi dönemde genetik olarak incelenebilir?
Genetik olarak inceleme, embriyo gelişiminin üç ayrı safhasında gerçekleştirilebilir:
1. Döllenmenin izlendiği gün (Embriyo oluşumunun 1. günü) - Polar cisim biopsisi
Şekil 3. Döllenmiş yumurta
2. Embriyo gelişiminin 3. günü - Blastomer biopsisi
Şekil 4. Gelişiminin 3. gününde 10 hücreli aşamaya ulaşmış bir embriyo
3. Embriyo gelişiminin 5. günü - Trofektoderm biopsisi
Şekil 5. Blasosist aşasına ulaşmış bir embriyo
Polar cisim biyopsisi (Yumurta hücresinin genetik incelemesi)
Yumurta hücresi yumurtalıktan atıldıktan sonra genetik yapısının yarısını (kromozom kümesinin bir setini) birinci polar cisim adını verdiğimiz bir parçayla hücre dışına atar.
1. polar cisim yumurtanın genetik yapısının tam bir kopyasını taşır. Yumurta ve sperm birleştikten sonra bir kopya daha, bu sefer 2. polar cisim adını alarak hücre dışına atılır.
Şekil 6. Yumurtanın altında saat 6 hizasında polar cisim görünüyor
Yani döllenmiş bir yumurta (embriyo oluşumunun 1. günü) iki adet polar cisim taşır. Bu iki yapı kısa bir süre sonra dejenere olarak kaybolur. İki polar cisim de hücre dış kabuğundan çıkartılarak genetik olarak incelenebilir. Her iki polar cisim, yumurtanın döllenme öncesi bölünme evrelerinde herhangi bir kromozom hata içerip içermediğini gösterir.
Şekil 7. Polar cisimlerin biopsi ile çıkartılması
Polar cisimlerin incelenmesi yumurtaya ait genetik problemleri tanımlayabilmemizi sağlar. Avantajları şunlardır:
Tüm yumurta hücrelerine uygulanabilir.
Embriyo en az 3 gün sonra transfer edileceğinden, genetik tanı için daha uzun bir süre mevcuttur.
Polar cisimler embriyonun gelişiminde herhangi bir katkı sağlamayan, bir süre sonra dejenere olarak yok olacak yapılardır. Varlığı veya biyopsiyle çıkartılmış olması, embriyonun ileri gelişiminde olumlu veya olumsuz bir etki yaratmaz.
Polar cisim biyopsisinin dezavantajları ise şunlar:
İçerdiği genetik yapı kısa sürede dejenere olduğu için, genetik inceleme sonucunda net bilgi elde edilememesi riski daha yüksektir.
Polar cisimlerin genetik yapısı, sadece anneden yani yumurta hücresinden kaynaklanan genetik problemleri yansıtır. Babadan yani sperm hücresinden kaynaklanan hatalar bu yöntemle saptanamaz. İncelenen sadece yumurta hücresi olduğundan sonuç embriyoyu tam olarak yansıtmaz.
Polar cisim biyopsisi sadece yumurtanın incelenmesinin yeterli olacağı durumlarda tercih edilir. Bu durum için en iyi örnek ileri anne yaşıdır. Yardımcı üreme teknikleri programına alınan 37 yaş ve üzerindeki kadınlarda, yumurta hücresinden kaynaklanabilecek genetik hataların tanımlanmasında polar cisim byopsisi iyi bir alternatif teşkil eder.
Blastomer biyopsisi; embriyonun genetik incelemesi
Bu uygulamada, gelişiminin 3. gününde embriyonun bir hücresi alınır ve genetik olarak incelenir. Tecrübeli eller tarafından gerçekleştirilen embriyo biyopsisi sonrasında embriyo eksik hücreyi hemen telafi ederek hiçbir zarar görmeden büyümesine devam eder. İncelenen hücre embriyonun genetik bir problem taşıyıp taşımadığını gösterir ve hastaya sadece genetik olarak normal olduğu saptanan embriyolar transfer edilir.
Embriyo, gelişiminin 3. gününde yaklaşık 6 - 8 hücre içerir. Blastomer olarak adlandırılan bu hücrelerden herbirisi birer kök hücre görevi yaparak embriyonun ileri gelişiminde tamamen farklı organ ve dokulara dönüşecek olan yeni hücrelere kaynak teşkil eder. Bu hücrelerden bir veya iki tanesinin çıkartılması, embriyonun ileri gelişimini etkilemez. Kalan diğer hücreler bu eksiği hemen telafi ederek gelişimi sürdürürler. Tüm hücreler farklı dokulara dönüşebilme kapasitesine sahip olduklarından herhangi bir doku veya organ eksikliği gözlenmez.
Embriyo 3. güne ulaştığında gelişim hızı kontrol edilir. Yavaş gelişen bir embriyonun blastomer biyopsisinden olumsuz yönde etkilenme riski olacağından, sadece iyi gelişim gösteren embriyolar genetik inceleme için uygun olarak değerlendirilir. İncelemeye uygun embriyoların çevresini saran zona pellucida adını verdiğimiz zar, mekanik yöntemler veya laser enerjisi yardımıyla açılır.
Şekil 8. Embriyoyu çevreleyen zona pellucida üzerinde oluşturulan açıklık
Bu açıklıktan yerleştirilen ince bir pipet yardımıyla hücrelerden bir tanesi aspire edilerek dışarıya çıkartılır.
Şekil 9. Blastomerlerin embriyodan çıkartılması (blastomer biopsisi)
Bu hücre genetik incelemeye gönderilir. Hücrenin genetik yapısı tam olarak embriyoyu yansıtır. Eğer hücre genetik açıdan anormal veya hatalı olarak değerlendirilirse bu embriyo transfer edilmeyecek ve bu şekilde rahim içerisine tutunma şansı olmayan, tutunsa dahi sağlıksız bir gebeliğe sebep olabilecek bir embriyonun transferi gerçekleştirilmemiş olacak.
Genetik inceleme için en uygun dönemin 3. gün olduğu kabul edilir. İncelenen hücre tam olarak embriyoyu yansıtacağından, polar cisim biyopsisinin aksine hem yumurta hem de spermden kaynaklanan hatalar gözlenir.
Trofektoderm biyopsisi
5. güne kadar gelişimini sürdüren embriyo blastosist aşamasına ulaşır. Bu aşamada artık ileride bebeği oluşturacak iç hücre kütlesiyle (inner cell mass) plasenta ve eklerini oluşturacak trofektoderm yapıları birbirinden ayırt edilir duruma gelir
Şekil 10. Blastosist içerisinde iç hücre kütlesi (ICM) ve trofektoderm yapıları
Bu aşamada trofektoderm tabakasından birden fazla sayıda hücre çıkartılabilir. Bu hücreler genetik incelemeye tabii tutularak blastosistin sağlıklı bir genetik yapıya sahip olup olmadığı belirlenebilir.
Trofektoderm biyopsisinin avantajları şu şekilde sıralanabilir:
Sadece en iyi gelişim gösteren embriyolar blastosist aşamasına ulaşabildiğinden, bu dönemde kısıtlı sayıda ancak ileri gelişim potansiyeli en yüksek olan embriyolar incelenir.
Trofektodem hücreleri embriyonun gelişimine bizzat katılmayacak, sadece plasenta ve eklerinin gelişiminden sorumlu olacağından, çıkartılmaları embriyonun ileri gelişimini etkilemesi mümkün değil.
Trofektodermden birden fazla hücre alınarak incelenebilir.
Trofektoderm biyopsisinin dezavantajları ise şunlar:
Embriyonun transferi için süre çok kısıtlı. Sonucun bu kadar kısa bir sürede elde edilmesi çok büyük bir zorluk teşkil eder.
Bu dönemde hücreler arasında mozaisizm yapısı yüksek orandadır. Mozaisiam, aynı embriyo içerisinde farklı genetik yapıya sahip birden fazla hücre grubu bulunmasıdır. Belirli bir oranda mozaisizm sağlık problemi getirmezken, yüksek oranda mozaisizm halinde ciddi genetik problemler ortaya çıkabilir. Blastosist aşamasındaki embriyoda oluşabilen mozaik hücre grupları zamanla dejenere olacak ve embriyonun ileri gelişim aşamalarına ulaşamaz. Ancak bu hücrelerin biyopsi sırasında alınarak genetik olarak incelenmesi, embriyo hakkında yanlış bir fikir oluşturacağından genetik inceleme sonucuna gölge düşürür. Bu nedenlerden dolayı günümüzde trofektoderm biyopsisi tercih edilen bir yöntem değil.
Genetik inceleme nasıl gerçekleştirilir?
Kromozom sayısının belirlenmesi: Embriyodan alınan hücrenin genetik bilgileri taşıyan çekirdek yapısı ayrıştırılır. Kromozomların tanımlanması için FISH (Floresan İn-Situ Hibridizasyon) adı verilen teknikten yararlanılır. Bu teknikte önce her kromozom için, o kromozomu tanıyarak bağlanacak, renkli floresan boyalar taşıyan problar (tanıyıcılar) oluşturulur. Hücrenin çekirdeği bu problarla muamele edildiğinde hangi kromozomdan kaç tane mevcut olduğu mikroskop altında belirlenebilir.
Şekil 11. Blastomerin FISH tekniği ile değerlendirilmesi; iki adet 13 ve üç adet 21 numaraları kromozom izleniyor- embriyo trizomi 21 yani Down sendromu yapısı taşıyor
Kromozom üzerinde bilgi değişimi (translokasyon) veya eksikliğinin tanımlanması: İki ayrı kromozoma ait birer parçanın koparak diğeri yer değiştirmesi "translokasyon" olarak adlandırılır. Translokasyonlar tahmin edilenden daha sık olarak gerçekleşir. Ancak vücutta dengeli olarak kaldığından kişide herhangi bir sağlık problemi yaratmaz. Dengeli taşıyıcı olarak adlandırdığımız bu kişiler çocuk sahibi olma istediklerinde infertilite veya tekrarlayan düşükler ile karşılaşır. Bunun sebebi bu dengeli kromozom hatasının üreme hücrelerine (sperm veya yumurta hücresi) dengesiz olarak aktarılması. Bu dengesiz kromozomal dağılım, yeni oluşan bir embriyonun sağlıksız olmasına yol açar ve genellikle gebelik düşükle sonlanır.
Şekil 12. 13 ve 9 numaraları kromozomlar arasında translokasyon izleniyor; 9 numaralı kromozomdan kopan bir parça ile 13 numaralı kromozomdan kopan parça yer değiştirmiş olarak izleniyor.
Böyle bir durumda çiftten elde edilen embriyolar translokasyon açısından incelenerek anormal kromozomal yapı gösteren embriyolar ayırt edilebilir. Öncelikle anne veya babadan aktarılan translokasyonun tipi, hangi kromozomların hangi bölgesinde kırık ve yer değişimi olduğu belirlenir. Bu bölgeleri tanıyacak ve mikroskop altında floresan renk verecek problar
Şekil 13. Translokasyon açısından yapılan FISH incelemesi
Tek gen hastalıklarının tanımlanması: Hangi hastalığa yönelik inceleme yapılacağı çok önemlidir. Hastalığa yol açan genetik hatanın hangi kromozom üzerinde yer aldığı ve ne tip bir hata olduğu daha önceden hastalığı taşıyan ebeveynde yapılan incelemelerle net olarak belirlenir. Daha sonra embriyolarda benzer genetik hata araştırılır. Bu incelemede kullanılan teknik biraz daha farklı olup gelişmiş gen dedektörlerinin kullanımını gerektirir. Genlerde dizi analizi yaparak hatayı ortaya koyan ve gen dedektörü olarak adlandırdığımız sequencer PCR cihazının belki de en önemli özelliği bütün bu incelemelerin tek bir hücreyle elde edilebilmesini sağlamasıdır.
Örneğin Akdeniz anemisi hastası olan bir çocuk
