In vitro hepatocyte co-culture methods
Launonen, Iida-Elisa (2022)
Launonen, Iida-Elisa
2022
Lääketieteen lisensiaatin tutkinto-ohjelma - Licentiate's Programme in Medicine
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-04-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204042984
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204042984
Tiivistelmä
Tämän kirjallisuuskatsauksen tarkoituksena oli selvittää, voivatko 3D-soluviljely ja yhteisviljely muiden solutyyppien kanssa parantaa ihmisen pluripotenteista eli erittäin monikykyisistä kantasoluista erilaistettujen hepatosyyttien kypsyysastetta. Kyseiset kantasolut ovat saaneet viimeisen vuosikymmenen aikana paljon huomiota, sillä niistä on opittu tuottamaan helposti ja nopeasti lähestulkoon mitä tahansa ihmisen soluja tutkimuksen käyttöön. Näiden erilaistettujen solujen ongelmaksi on kuitenkin muodostunut in vivo -ihmiskudoksen soluja huonompi toiminnallisuus. Tätä ongelmaa on lähdetty ratkomaan mm. viljelyolosuhteita optimoimalla.
Tutkimusaineistona toimivat artikkelit kerättiin PubMed-tietokannasta kesällä 2020 – syksyllä 2021. Aineistoksi hyväksyttiin artikkelit, jotka käsittelivät joko uudelleenohjelmoiduista kantasoluista, tai normaaleista ihmisestä eristetyistä kantasoluista erilaistettujen hepatosyyttien edellä mainittujen viljelymenetelmien tuloksia. Valitut artikkelit jaettiin kolmeen ryhmään viljelymenetelmän mukaan: 3D-soluviljellyt, yhteisviljellyt ja 3D-yhteisviljellyt eli organoidit. Artikkelien raportoimat löydökset kypsyysasteesta ryhmiteltiin menetelmien mukaan eritellen havainnot morfologian, albumiinin tuoton, urean erityksen, triglyseridien ja lipoproteiinien, lääkeaineita hajottavien entsyymien ja muiden geneettisten tekijöiden mukaan.
Tutkimuksen tuloksista havaitaan, että 3D-yhteisviljely paransi erilaistettujen hepatosyyttien kypsyysastetta parhaiten: ainoastaan näissä viljelmissä esiintyi hiussuonia muistuttavia rakenteita, albumiinia tuotettiin vähintäänkin verrattavissa olevat määrät in vivo -hepatosyytteihin nähden ja solujen geeniekspressio vastasi parhaiten tavoiteltua in vivo -hepatosyyttien geeniekspressiota. Vertailtaessa pelkästään 3D-viljelyä ja yhteisviljelyä toisiinsa, tuloksista voidaan päätellä 3D-viljelyn parantavan erilaistettujen hepatosyyttien kypsyysastetta suhteessa enemmän. Tuloksia tarkastellessa on kuitenkin huomioitava artikkeleiden kontrolloimattomat tutkimusasetelmat ja vähäiseksi jäänyt määrä, mitkä lisäävät satunnaisvirheen mahdollisuutta tulkintoihin. There’s an incremental demand for functional hepatocytes in vitro to be used for a variety of medical applications. While differentiated adult cells such as human hepatocytes quickly lose their mature phenotype and functionality in vitro, human pluripotent stem cells (hPSCs) have yielded more promising results. However, the state of maturity of these hPSC-derived hepatocytes still tends to be slightly impaired when compared to in vivo hepatocytes highlighting the need for better culturing techniques.
This paper reviews firstly the morphological, structural, and physiological differences
between immature and mature hepatocytes, and secondly two current strategies, namely co-culturing and 3D setting, to improve the maturation state of human pluripotent stem cell-derived hepatocytes. As a major finding, combining these techniques as 3D co-culturing and producing organoids yields the best results in terms of the maturity measures used in this review. 3D co-culture was the only culturing method to provide capillary-like structures, albumin production even higher than in primary human hepatocytes (PHHs) in vivo, as well as highly comparable gene signatures for triglyceride & lipoproprotein metabolism, HNF4α transcript and protein levels all in the range of PHHs.
While organoids were in fact superior in generating the most mature hPSC-derived hepatocytes in this review, comparing the results of different study settings is difficult and questionable to say the least. This text highlights the need for further research, as there are multiple other factors affecting the maturity of cultured hepatocytes apart from the culturing method.
Tutkimusaineistona toimivat artikkelit kerättiin PubMed-tietokannasta kesällä 2020 – syksyllä 2021. Aineistoksi hyväksyttiin artikkelit, jotka käsittelivät joko uudelleenohjelmoiduista kantasoluista, tai normaaleista ihmisestä eristetyistä kantasoluista erilaistettujen hepatosyyttien edellä mainittujen viljelymenetelmien tuloksia. Valitut artikkelit jaettiin kolmeen ryhmään viljelymenetelmän mukaan: 3D-soluviljellyt, yhteisviljellyt ja 3D-yhteisviljellyt eli organoidit. Artikkelien raportoimat löydökset kypsyysasteesta ryhmiteltiin menetelmien mukaan eritellen havainnot morfologian, albumiinin tuoton, urean erityksen, triglyseridien ja lipoproteiinien, lääkeaineita hajottavien entsyymien ja muiden geneettisten tekijöiden mukaan.
Tutkimuksen tuloksista havaitaan, että 3D-yhteisviljely paransi erilaistettujen hepatosyyttien kypsyysastetta parhaiten: ainoastaan näissä viljelmissä esiintyi hiussuonia muistuttavia rakenteita, albumiinia tuotettiin vähintäänkin verrattavissa olevat määrät in vivo -hepatosyytteihin nähden ja solujen geeniekspressio vastasi parhaiten tavoiteltua in vivo -hepatosyyttien geeniekspressiota. Vertailtaessa pelkästään 3D-viljelyä ja yhteisviljelyä toisiinsa, tuloksista voidaan päätellä 3D-viljelyn parantavan erilaistettujen hepatosyyttien kypsyysastetta suhteessa enemmän. Tuloksia tarkastellessa on kuitenkin huomioitava artikkeleiden kontrolloimattomat tutkimusasetelmat ja vähäiseksi jäänyt määrä, mitkä lisäävät satunnaisvirheen mahdollisuutta tulkintoihin.
This paper reviews firstly the morphological, structural, and physiological differences
between immature and mature hepatocytes, and secondly two current strategies, namely co-culturing and 3D setting, to improve the maturation state of human pluripotent stem cell-derived hepatocytes. As a major finding, combining these techniques as 3D co-culturing and producing organoids yields the best results in terms of the maturity measures used in this review. 3D co-culture was the only culturing method to provide capillary-like structures, albumin production even higher than in primary human hepatocytes (PHHs) in vivo, as well as highly comparable gene signatures for triglyceride & lipoproprotein metabolism, HNF4α transcript and protein levels all in the range of PHHs.
While organoids were in fact superior in generating the most mature hPSC-derived hepatocytes in this review, comparing the results of different study settings is difficult and questionable to say the least. This text highlights the need for further research, as there are multiple other factors affecting the maturity of cultured hepatocytes apart from the culturing method.