Modeling hypoxia-induced injury and its potential treatment in vitro neuronal networks

Abstract

Stroke is the leading cause of death in western world. Still, it does not have any long-term treatment and the acute treatments are available only for a few patients and only during a short period of time. Therefore, the need for long-term treatment is extensive. Ischemic stroke is caused by hypoxia in brain parenchyma. Neuroprotective drugs and stem cells on their own have failed to treat stroke in human neurons. One promising treatment is extracellular vesicles (EVs) derived from different sources.

In this bachelor’s thesis work, studies that have treated hypoxia with EVs in neuronal cells in vitro have been observed. The motives of the included studies vary however studies have either used EVs and gathered information about their properties or treated hypoxia in another way. The summarized results of the studies showcase similarities and differences between the treatments. Hopefully in the future more studies can be done by using the best qualities of each study. With the future results the best possible EV treatment for hypoxia and then later for ischemic stroke could be created.

The summarized treatment results give clear indication that EVs have effect on neuronal cells with or without hypoxia. EVs or exosomes are seen to affect cell viability, function, morphology, signaling and many other properties. Most treatment results were consistent with each other, but others had some inconsistencies. This can be a result of different studies using different cells and treatments derived from different origins. However, EVs seem to be a very promising treatment for hypoxia needing more research.

Aivohalvaus on yleisin kuolemaan johtava sairaus länsimaissa. Tästä huolimatta, aivohalvaukselle ei ole parantavaa hoitomuotoa akuutin hoidon ja kuntoutuksen lisäksi. Vain harva potilas pystyy saamaan akuuttia hoitoa ja lisäksi hoidolle hyödyllinen aikaikkuna on pieni. Tämän takia tarve parantavalle hoitokeinolle on suuri. Hermokudoksen hypoksia eli hapen puute aiheuttaa iskeemisen aivohalvauksen. Neurologiset lääkkeet tai kantasoluhoidot itsenään eivät ole olleet toimiva hoitomuoto aivohalvaukseen ihmisen hermokudoksessa. Yksi lupaava hoitomuoto on eri lähteistä peräisin olevat solunulkoiset vesikkelit (EV).

Tämän kandidaatin työn tarkoituksena on käsitellä tutkimuksia, jotka ovat hoitaneet hypoksiaa hermosoluissa EV:illä in vitro. Eri tutkimuksien tarkoitukset vaihtelevat, mutta kaikki tähän työhön sisälletyt tutkimukset ovat joko käsitelleet EV:itä hoitomuotona tai hypoksian hoitamista jollain muulla tavalla. Yhteenveto tutkimusten tuloksista osoittaa sekä yhtäläisyyksiä että eroja hoitomuotojen välillä. Näitä eri tutkimusten hoitomuotojen parhaita ominaisuuksia hyödyntämällä voidaan tulevaisuudessa mahdollisesti luoda hoitokeino hypoksialle ja sitä kautta aivohalvaukselle.

Eri tutkimuksien tulokset osoittavat selvästi, että EV:t vaikuttavat hermosoluihin sekä hypoksian jälkeen, että normaalioloissa. EV:t ja eksosomit vaikuttavat solujen elinkelpoisuuteen, toimintaan, morfologiaan, signalointiin ja moniin muihin ominaisuuksiin. Useimmat tulokset olivat keskenään samankaltaisia keskenään, mutta joissain oli myös vaihtelua eri tutkimusten välillä. Erot voivat johtua siitä, että eri tutkimuksissa käytettiin erilaisia soluja sekä eri lähteistä johdettuja hoitomuotoja. EV:t näyttävät kuitenkin olevan erittäin lupaava hoitomuoto hypoksiaan, mutta toistaiseksi tarvitaan vielä lisätutkimuksia monien tulosten varmistamiseksi.