Development of Adipose-Derived Stromal/stem Cell–Based Therapies : Effects of donor weight and culture conditions on cell characteristics and testing the efficacy in stroke models
Juntunen, Miia (2022)
Juntunen, Miia
Tampere University
2022
Lääketieteen ja biotieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Medicine and Life Sciences
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.
Väitöspäivä
2022-08-19
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2519-0
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2519-0
Tiivistelmä
Aikuisen rasvakudoksen kantasolut ovat lupaava vaihtoehto eri sairauksien, kuten aivohalvauksen hoitoon, sillä niillä on erinomainen jakautumis- ja erilaistumiskyky, eivätkä ne aiheuta voimakasta immunologista vastetta. Erityisen kiinnostavia rasvakudoksen kantasoluista tekee niiden kyky säädellä ja hiljentää elimistön tulehdusreaktioita. Ennen solujen kliinistä käyttöä, tulisi solujen luovuttajan ominaisuuksien vaikutus määritellä, solujen viljelyolosuhteet optimoida, sekä soluterapioiden turvallisuus ja tehokkuus todentaa in vitro mallein sekä eläinkokein. Tässä väitöskirjassa ensin tutkittiin rasvakudoksen kantasolujen luovuttajan painon ja eläin - ja seerumin vapaiden viljelyolosuhteiden vaikutusta solujen ominaisuuksiin. Tämän jälkeen solujen tehokkuutta testattiin aivohalvauksen soluviljelymalleissa sekä eläinkokeissa.
Solujen luovuttajien valinnalla on vaikutusta soluterapioiden onnistumiseen. Useat tekijät kuten luovuttajan ikä, sukupuoli, rasvakudoksen ottokohta voivat vaikuttaa rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin. Lisäksi luovuttajan painoindeksin (BMI) on todettu vaikuttavan rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin. Ylipaino ja korkea BMI on liitetty matalaan krooniseen tulehdukseen, muuttuneeseen metaboliaan ja eritystoimintaan rasvakudoksessa. Ensimmäisessä osatyössä selvitettiin painon merkitystä rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin eripainoisilta identtisiltä kaksosilta (ΔBMI > 3 kg/m2) kerätyn tutkimusaineiston avulla. Tulosten perusteella luovuttajan korkeammalla painolla ei ollut merkittävää vaikutusta rasvakudoksen kantasolujen jakaantumiseen, erilaistumiseen luusolujen suuntaan eikä immunogeenisyyteen. Korkeampi paino lisäsi rasvaerilaistumista, kykyä säädellä ja hiljentää elimistön tulehdusreaktioita sekä tulehdusmarkkeri TNF ilmentymistä. Lisäksi luovuttajan korkeampi paino vähensi kantasolujen pintamarkkeri CD146:n ilmentymistä ja kykyä tukea verisuonirakenteiden muodostumista in vitro. Tulosten perusteella luovuttajan painolla on vaikutusta joihinkin rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin.
Ennen soluhoitoja, solut eristetään ja niitä lisätään laboratorio-olosuhteissa soluviljelmissä, joissa eläinperäisiä aineita kuten naudan seerumia on yleisesti käytetty. Eläinperäisten aineiden käyttö soluhoidon yhteydessä saattaa johtaa eläinperäisten tautien leviämisen potilaaseen tai tulehdukselliseen reaktioon potilaassa. Lisäksi seerumin erävaihtelu saattaa aiheuttaa ongelmia toistettavuudelle. Toisessa osatyössä kehitettiin rasvakudoksen kantasoluille eläinperäisistä aineista ja seerumista vapaat kasvatusolosuhteet, joissa rasvakudoksen kantasolut säilyttivät ominaisuutensa kuten jakaantumis- ja erilaistumiskyvyn sekä näille soluille tyypillisen pintamarkkereiden ilmentymisen.
Soluterapiat ovat yksi lupaavimmista hoitomenetelmistä lisätä potilaiden toipumista aivohalvauksen jälkeen. Ihmisen rasvakudoksen kantasolujen on todettu vapauttavan erilaisia verisuonitusta ja hermotusta lisääviä tekijöitä ja edistävän verisuonten kypsymistä. Kolmannessa osatyössä kehitettiin kaksi ihmisperäistä in vitro mallia aivohalvaukselle. Malleissa käytettiin hermosolujen suuntaan erilaistettuja neuroblastoomasoluja ja indusoituja erittäin monikykyisiä kantasoluja. Aivohalvausta mallinnettiin vähentämällä hapen ja glukoosin määrää soluviljelmässä. Näillä malleilla tutkittiin yhteisviljelmissä rasvakudoksen kantasolujen vaikusta aivohalvauksen jälkeiseen neurosolujen palautumiseen in vitro. Hapen ja glukoosin määrän vähennys lisäsi erilaistettujen neuroblastoomasolujen ja indusoitujen erittäin monikykyisten kantasolujen solukuolemaa, mutta sen vaikutus oli voimakkaampaa erilaistetuilla neuroblastoomasoluilla kuin erilaistetuilla indusoiduilla erittäin monikykyisillä kantasoluilla. Yhteisviljelmissä rasvakudoksen kantasolut vähensivät solukuolemaa ja lisäsivät hermosolujen jakaantumista molemmissa malleissa.
Neljännessä osatyössä tutkittiin rasvakudoksen kantasoluterapian ja kuntoutuksen yhteisvaikutusta aivohalvauksen jälkeisessä palautumisessa eläinmallissa. Kuntoutus toteutettiin virikeympäristössä. Rotille tehtiin aivovaltimon tukos, jolloin syntyi paikallinen vaurio aivokuorelle. Ihmisen rasvakudoksen kantasoluja injektoitiin rotan hännän laskimoon 2 päivää tai 7 päivää vaurion jälkeen. Tutkimuksessa rasvakudoksen sekä kantasolut että virikeympäristö yksin auttoivat kohtalaisesti aivohalvauksesta palautumista sensomotorististen testien perusteella. Yhdistelmäterapia edelleen edisti eläinten sensomotoriikkaa. Tutkimuksessa selvitettiin myös yhdistelmäterapian vaikutusmekanismeja kuten verisuonten uudismuodostumista sekä gliasolujen määrää, mutta aivohalvauksesta palautuminen ei johtunut tutkituista vaikutusmekanismeista.
Tämä väitöskirjatutkimus osoitti, että luovuttajan painolla on vaikutusta rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin ja se tulisi ottaa huomioon, kun kliinisiä kantasoluterapioita suunnitellaan ja solujen luovuttajia valitaan. Tutkimuksessa osoitettiin myös, että rasvakudoksen kantasoluja voidaan eristää ja viljellä seerumittomissa ja eläinvapaissa viljelyolosuhteissa. Rasvakudoksen kantasolut pitivät yllä mesenkymaalisten kantasolujen omaisuudet näissä uusissa olosuhteissa. Rasvakudoksen kantasolujen yhteisviljelmällä todettiin neuroprotektiivisiä vaikutuksia in vitro aivohalvausmalleissa. Tutkimuksessa todettiin, että rasvakudoksen kantasolut ja kuntoutus auttoivat aivohalvauksen jälkeistä palautumista in vivo aivohalvausmallissa. Lisää sekä prekliinisiä että kliinisiä kokeita tarvitaan, jotta rasvakudoksen kantasoluterapian tehokkuus ja vaikutusmekanismit saadaan selvitettyä liittyen aivohalvauksen jälkeiseen palautumiseen.
Solujen luovuttajien valinnalla on vaikutusta soluterapioiden onnistumiseen. Useat tekijät kuten luovuttajan ikä, sukupuoli, rasvakudoksen ottokohta voivat vaikuttaa rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin. Lisäksi luovuttajan painoindeksin (BMI) on todettu vaikuttavan rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin. Ylipaino ja korkea BMI on liitetty matalaan krooniseen tulehdukseen, muuttuneeseen metaboliaan ja eritystoimintaan rasvakudoksessa. Ensimmäisessä osatyössä selvitettiin painon merkitystä rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin eripainoisilta identtisiltä kaksosilta (ΔBMI > 3 kg/m2) kerätyn tutkimusaineiston avulla. Tulosten perusteella luovuttajan korkeammalla painolla ei ollut merkittävää vaikutusta rasvakudoksen kantasolujen jakaantumiseen, erilaistumiseen luusolujen suuntaan eikä immunogeenisyyteen. Korkeampi paino lisäsi rasvaerilaistumista, kykyä säädellä ja hiljentää elimistön tulehdusreaktioita sekä tulehdusmarkkeri TNF ilmentymistä. Lisäksi luovuttajan korkeampi paino vähensi kantasolujen pintamarkkeri CD146:n ilmentymistä ja kykyä tukea verisuonirakenteiden muodostumista in vitro. Tulosten perusteella luovuttajan painolla on vaikutusta joihinkin rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin.
Ennen soluhoitoja, solut eristetään ja niitä lisätään laboratorio-olosuhteissa soluviljelmissä, joissa eläinperäisiä aineita kuten naudan seerumia on yleisesti käytetty. Eläinperäisten aineiden käyttö soluhoidon yhteydessä saattaa johtaa eläinperäisten tautien leviämisen potilaaseen tai tulehdukselliseen reaktioon potilaassa. Lisäksi seerumin erävaihtelu saattaa aiheuttaa ongelmia toistettavuudelle. Toisessa osatyössä kehitettiin rasvakudoksen kantasoluille eläinperäisistä aineista ja seerumista vapaat kasvatusolosuhteet, joissa rasvakudoksen kantasolut säilyttivät ominaisuutensa kuten jakaantumis- ja erilaistumiskyvyn sekä näille soluille tyypillisen pintamarkkereiden ilmentymisen.
Soluterapiat ovat yksi lupaavimmista hoitomenetelmistä lisätä potilaiden toipumista aivohalvauksen jälkeen. Ihmisen rasvakudoksen kantasolujen on todettu vapauttavan erilaisia verisuonitusta ja hermotusta lisääviä tekijöitä ja edistävän verisuonten kypsymistä. Kolmannessa osatyössä kehitettiin kaksi ihmisperäistä in vitro mallia aivohalvaukselle. Malleissa käytettiin hermosolujen suuntaan erilaistettuja neuroblastoomasoluja ja indusoituja erittäin monikykyisiä kantasoluja. Aivohalvausta mallinnettiin vähentämällä hapen ja glukoosin määrää soluviljelmässä. Näillä malleilla tutkittiin yhteisviljelmissä rasvakudoksen kantasolujen vaikusta aivohalvauksen jälkeiseen neurosolujen palautumiseen in vitro. Hapen ja glukoosin määrän vähennys lisäsi erilaistettujen neuroblastoomasolujen ja indusoitujen erittäin monikykyisten kantasolujen solukuolemaa, mutta sen vaikutus oli voimakkaampaa erilaistetuilla neuroblastoomasoluilla kuin erilaistetuilla indusoiduilla erittäin monikykyisillä kantasoluilla. Yhteisviljelmissä rasvakudoksen kantasolut vähensivät solukuolemaa ja lisäsivät hermosolujen jakaantumista molemmissa malleissa.
Neljännessä osatyössä tutkittiin rasvakudoksen kantasoluterapian ja kuntoutuksen yhteisvaikutusta aivohalvauksen jälkeisessä palautumisessa eläinmallissa. Kuntoutus toteutettiin virikeympäristössä. Rotille tehtiin aivovaltimon tukos, jolloin syntyi paikallinen vaurio aivokuorelle. Ihmisen rasvakudoksen kantasoluja injektoitiin rotan hännän laskimoon 2 päivää tai 7 päivää vaurion jälkeen. Tutkimuksessa rasvakudoksen sekä kantasolut että virikeympäristö yksin auttoivat kohtalaisesti aivohalvauksesta palautumista sensomotorististen testien perusteella. Yhdistelmäterapia edelleen edisti eläinten sensomotoriikkaa. Tutkimuksessa selvitettiin myös yhdistelmäterapian vaikutusmekanismeja kuten verisuonten uudismuodostumista sekä gliasolujen määrää, mutta aivohalvauksesta palautuminen ei johtunut tutkituista vaikutusmekanismeista.
Tämä väitöskirjatutkimus osoitti, että luovuttajan painolla on vaikutusta rasvakudoksen kantasolujen ominaisuuksiin ja se tulisi ottaa huomioon, kun kliinisiä kantasoluterapioita suunnitellaan ja solujen luovuttajia valitaan. Tutkimuksessa osoitettiin myös, että rasvakudoksen kantasoluja voidaan eristää ja viljellä seerumittomissa ja eläinvapaissa viljelyolosuhteissa. Rasvakudoksen kantasolut pitivät yllä mesenkymaalisten kantasolujen omaisuudet näissä uusissa olosuhteissa. Rasvakudoksen kantasolujen yhteisviljelmällä todettiin neuroprotektiivisiä vaikutuksia in vitro aivohalvausmalleissa. Tutkimuksessa todettiin, että rasvakudoksen kantasolut ja kuntoutus auttoivat aivohalvauksen jälkeistä palautumista in vivo aivohalvausmallissa. Lisää sekä prekliinisiä että kliinisiä kokeita tarvitaan, jotta rasvakudoksen kantasoluterapian tehokkuus ja vaikutusmekanismit saadaan selvitettyä liittyen aivohalvauksen jälkeiseen palautumiseen.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4671]