Cardiac differentiation of pluripotent stem cells and modeling hypertrophic cardiomyopathy
Ojala, Marisa (2015)
Ojala, Marisa
Tampere University Press
2015
Kantasolu- ja kudosteknologia - Stem cell and tissue engineering
BioMediTech - BioMediTech
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2015-08-28
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-44-9876-3
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-44-9876-3
Tiivistelmä
Ihmisen alkion kantasolut (hESC-solut) ja indusoidut kantasolut (hiPSC-solut) ovat erittäin monikykyisiä eli pluripotentteja kantasoluja. Pluripotentit kantasolut (hPSC-solut) pystyvät jakautumaan rajattomasti, minkä lisäksi niitä voidaan erilaistaa halutuksi solutyypiksi laboratorio-olosuhteissa. Tällä hetkellä pluripotentteja kantasoluja voidaan jo hyödyntää erilaisten tautien tutkimisessa sekä lääkekehityksessä. Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta erittäin monikykyisiä kantasoluja voidaan tulevaisuudessa käyttää erilaisista solupuutoksista tai solujen toimintojen häiriöistä johtuvien sairauksien hoitoon.
Hypertrofinen kardiomyopatia (HCM) on periytyvä sydänlihassairaus, jossa sydämen kammioiden välinen seinämä paksuuntuu. Kudoksen liikakasvun vuoksi paksuuntunut kammiolihas rentoutuu huonosti, mikä voi aiheuttaa potilaille sydämen vajaatoiminta-oireita sekä pitkälle edettyään rytmihäiriöitä ja jopa äkkikuolemia. Tautiin ei ole olemassa parannusta, ja nykyiset hoitomenetelmät keskittyvät potilaiden oireiden hoitoon. Tyypillisesti taudin aiheuttavat geenimutaatiot sijaitsevat sarkomeeriproteiineja koodaavissa geeneissä. Suomessa kaksi valtamutaatiota kattaa noin 18% HCM-potilaista. Mutaatiot sijaitsevat myosiinia sitovassa proteiinissa (MYBPC3-Gln1061X) tai α-tropomyosiinissa (TPM1-Asp175Asn).
Aikaisemmin perinnöllisiä sydänsairauksia on tutkittu joko eläinmallien tai aikuisen yksilön sydämestä eristettyjen solujen avulla. Eläinten sydänlihassolut poikkeavat paljon ihmisen sydänlihassoluista, ja aikuisesta yksilöstä eristettyjen sydänlihassolujen kasvattaminen laboratorio-olosuhteissa on vaativaa. hiPSC-soluteknologian avulla aikuisen yksilön jo täysin erilaistuneet solut voidaan muuttaa takaisin alkion kantasoluja muistuttaviksi pluripotenteiksi soluiksi. hiPSC-soluja voidaan tuottaa esimerkiksi perinnöllisiä sydänsairauksia sairastavien potilaiden ihosoluista. Nämä potilasspesifiset solut sisältävät saman geneettisen informaation kuin potilaan perimä, mukaan lukien sairauden aiheuttavan geenivirheen. Potilasspesifisiä hiPSC-soluja on mahdollista erilaistaa laboratoriossa sydänlihassoluiksi, joiden morfologisia ja toiminnallisia ominaisuuksia voidaan sen jälkeen tutkia tarkemmin.
Tämä väitöskirja käsittelee hESC- ja hiPSC-solujen erilaistamista sydänlihassoluiksi sekä solumallin kehittämistä HCM-taudin mallintamista varten. Ensimmäisessä osatyössä hPSC-solulinjojen välillä havaittiin merkitseviä eroja niiden kyvyssä erilaistua sydänlihassoluiksi, minkä lisäksi hiPSC-solujen valmistustavan huomattiin vaikuttavan solujen erilaistumistehokkuuteen. Toisessa osatyössä hPSC-soluja kasvatettiin kolmessa eri kasvatusolosuhteessa, joiden havaittiin vaikuttavan solujen erilaistumispotentiaaliin merkitsevästi. Näin ollen sekä hiPSC-solujen valmistustapa että hPSC-solujen kasvatusmenetelmät tulisi optimoida tulevissa tutkimuksissa. Väitöskirjan kolmannessa osatyössä kehitettiin solumalleja HCM-taudin tutkimusta varten. Suomalaisia valtamutaatioita (TPM1-Asp175Asn tai MYBPC3-Gln1061X) kantavilta potilailta eristettiin fibroblasteja, jotka uudelleenohjelmoitiin hiPSC-soluiksi. Potilaiden hiPSC-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen ominaisuuksia verrattiin keskenään sekä kontrollihenkilöiden hiPSC-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen ominaisuuksiin. Tutkimuksessa havaittiin merkitseviä eroja sekä HCM-potilaiden ja kontrollihenkilöiden sydänlihassolujen välillä että kahden eri HCM-mutaation sisältävien sydänlihassolujen välillä. Tässä väitöskirjassa kehitettyjä HCM-solumalleja voidaan tulevaisuudessa käyttää tarkempien tautimekanismien tutkimisessa ja lääkekehityksessä.
Hypertrofinen kardiomyopatia (HCM) on periytyvä sydänlihassairaus, jossa sydämen kammioiden välinen seinämä paksuuntuu. Kudoksen liikakasvun vuoksi paksuuntunut kammiolihas rentoutuu huonosti, mikä voi aiheuttaa potilaille sydämen vajaatoiminta-oireita sekä pitkälle edettyään rytmihäiriöitä ja jopa äkkikuolemia. Tautiin ei ole olemassa parannusta, ja nykyiset hoitomenetelmät keskittyvät potilaiden oireiden hoitoon. Tyypillisesti taudin aiheuttavat geenimutaatiot sijaitsevat sarkomeeriproteiineja koodaavissa geeneissä. Suomessa kaksi valtamutaatiota kattaa noin 18% HCM-potilaista. Mutaatiot sijaitsevat myosiinia sitovassa proteiinissa (MYBPC3-Gln1061X) tai α-tropomyosiinissa (TPM1-Asp175Asn).
Aikaisemmin perinnöllisiä sydänsairauksia on tutkittu joko eläinmallien tai aikuisen yksilön sydämestä eristettyjen solujen avulla. Eläinten sydänlihassolut poikkeavat paljon ihmisen sydänlihassoluista, ja aikuisesta yksilöstä eristettyjen sydänlihassolujen kasvattaminen laboratorio-olosuhteissa on vaativaa. hiPSC-soluteknologian avulla aikuisen yksilön jo täysin erilaistuneet solut voidaan muuttaa takaisin alkion kantasoluja muistuttaviksi pluripotenteiksi soluiksi. hiPSC-soluja voidaan tuottaa esimerkiksi perinnöllisiä sydänsairauksia sairastavien potilaiden ihosoluista. Nämä potilasspesifiset solut sisältävät saman geneettisen informaation kuin potilaan perimä, mukaan lukien sairauden aiheuttavan geenivirheen. Potilasspesifisiä hiPSC-soluja on mahdollista erilaistaa laboratoriossa sydänlihassoluiksi, joiden morfologisia ja toiminnallisia ominaisuuksia voidaan sen jälkeen tutkia tarkemmin.
Tämä väitöskirja käsittelee hESC- ja hiPSC-solujen erilaistamista sydänlihassoluiksi sekä solumallin kehittämistä HCM-taudin mallintamista varten. Ensimmäisessä osatyössä hPSC-solulinjojen välillä havaittiin merkitseviä eroja niiden kyvyssä erilaistua sydänlihassoluiksi, minkä lisäksi hiPSC-solujen valmistustavan huomattiin vaikuttavan solujen erilaistumistehokkuuteen. Toisessa osatyössä hPSC-soluja kasvatettiin kolmessa eri kasvatusolosuhteessa, joiden havaittiin vaikuttavan solujen erilaistumispotentiaaliin merkitsevästi. Näin ollen sekä hiPSC-solujen valmistustapa että hPSC-solujen kasvatusmenetelmät tulisi optimoida tulevissa tutkimuksissa. Väitöskirjan kolmannessa osatyössä kehitettiin solumalleja HCM-taudin tutkimusta varten. Suomalaisia valtamutaatioita (TPM1-Asp175Asn tai MYBPC3-Gln1061X) kantavilta potilailta eristettiin fibroblasteja, jotka uudelleenohjelmoitiin hiPSC-soluiksi. Potilaiden hiPSC-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen ominaisuuksia verrattiin keskenään sekä kontrollihenkilöiden hiPSC-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen ominaisuuksiin. Tutkimuksessa havaittiin merkitseviä eroja sekä HCM-potilaiden ja kontrollihenkilöiden sydänlihassolujen välillä että kahden eri HCM-mutaation sisältävien sydänlihassolujen välillä. Tässä väitöskirjassa kehitettyjä HCM-solumalleja voidaan tulevaisuudessa käyttää tarkempien tautimekanismien tutkimisessa ja lääkekehityksessä.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4769]