Induced pluripotent stem cell-derived endothelial differentiation for cardiovascular disease modeling

Abstract

Coronary artery disease (CAD) is one of Finland’s most significant national health concerns and a leading cause of cardiovascular deaths. The underlying mechanism of the disease is atherosclerosis, which is influenced by dysfunction in endothelial cells, which are lining the inner surface of blood vessels. Understanding of endothelial cell biology and their role in the pathogenesis of CAD may facilitate development of new, targeted treatment strategies.

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) have opened new avenues for modeling human diseases at the cellular level. They enable the generation of various cell types for research purposes and, potentially, for clinical applications. The aim of this bachelor’s thesis was to optimize a protocol for differentiating endothelial cells from iPSCs.

The thesis discusses the underlying mechanisms of coronary artery disease, the role of endothelial cells in disease development, as well as the fundamental principles and applications of iPSC technology. Additionally, it covers the basics of cell culture, including its history, aseptic techniques, and contamination risks. The practical section describes step-by-step how endothelial cell differentiation from iPSCs was performed and how cell isolation and identification were carried out using magnetic activated cell sorting (MACS) and immunofluorescence staining.

This work supports future studies aiming to deepen our understanding of endothelial cell function and to develop more effective methods for disease modeling and potentially new therapeutic approaches.

Sepelvaltimotauti on yksi Suomen merkittävimmistä kansantaudeista ja johtava sydän- ja verisuonikuolemien aiheuttaja. Taudin taustalla on ateroskleroosi, jonka kehittymiseen vaikuttavat oleellisesti verisuonten sisäpintaa verhoavien endoteelisolujen toimintahäiriöt. Endoteelisolujen biologian ja niiden roolin ymmärtäminen sepelvaltimotaudin synnyssä on tärkeää uusien, kohdennettujen hoitomuotojen kehittämisessä.

Indusoidut pluripotentit kantasolut (iPS-solut) ovat avanneet uusia mahdollisuuksia mallintaa ihmisen sairauksia solutasolla. Niiden avulla voidaan tuottaa erilaisia solutyyppejä tutkimusta ja mahdollisesti myös kliinistä käyttöä varten. Tässä kandidaatintutkielmassa tavoitteena oli optimoida protokolla, jonka avulla voidaan erilaistaa iPS-soluista endoteelisoluja.

Työssä käsitellään sepelvaltimotaudin taustamekanismeja, endoteelisolujen roolia taudin synnyssä sekä iPS-teknologian keskeisiä periaatteita ja sovelluksia. Lisäksi perehdytään soluviljelyn perusteisiin, kuten historiaan, aseptiseen työskentelyyn ja kontaminaatioriskeihin. Käytännön osuudessa kuvataan vaiheittain, miten endoteelisolujen erilaistaminen toteutettiin iPS-soluista sekä miten solujen eristämisessä ja tunnistamisessa hyödynnettiin magneettista soluerottelu-menetelmää ja immunofluorenssivärjäystä.

Tämä työ toimii tukena tuleville tutkimuksille, joissa pyritään syventämään ymmärrystä endoteelisolujen toiminnasta ja kehittämään tehokkaampia menetelmiä sairauksien mallintamiseen ja mahdollisesti myös uusiin hoitomuotoihin.