Development of human stem cell culture conditions for clinical cell therapy
Rajala, Kristiina (2010)
Tampere University Press
2010
Kantasolu- ja kudosteknologia - Stem cell and tissue engineering
Lääketieteellinen tiedekunta - Faculty of Medicine
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2010-05-22
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/urn:isbn:978-951-44-8081-2
https://urn.fi/urn:isbn:978-951-44-8081-2
Tiivistelmä
Erilaistumattomien kantasolujen erityispiirteitä ovat lähes rajaton jakautumiskyky sekä kyky erilaistua moniksi erilaistuneiksi solutyypeiksi. Näiden erityispiirteiden ansiosta kantasoluja voidaan hyödyntää sekä tutkimuksessa että regeneratiivisessa lääketieteessä. Pluripotentit kantasolut, kuten ihmisen alkion kantasolut ja indusoidut pluripotentit kantasolut, pystyvät erilaistumaan ainakin teoriassa miksi tahansa aikuisen yksilön solutyypiksi kun taas monikykyisillä aikuisen kantasoluilla on rajallinen jakaantumis- ja erilaistumiskyky, jolloin ne voivat muodostaa erilaisia solutyyppejä tietyn solulinjan sisällä. Aikojen kuluessa kantasoluja on viljelty monissa erilaisissa olosuhteissa. Tällä hetkellä yleisesti käytössä olevissa kantasolujen johtamis-, viljely-, ja erilaistamistekniikoissa käytetään eläinperäisiä ainesosia. Kliinisessä käytössä eläinperäiset ainesosat voivat aiheuttaa vakavan immunivasteen, viruksien ja bakteerien aiheuttamia infektioita, prionitauteja sekä toistaiseksi tunnistamattomia eläintauteja.
Tässä työssä tutkittiin automatisoidun viljely-, kuvantamis- ja analyysimenetelmän soveltuvuutta erilaisissa viljelyolosuhteissa kasvatettujen erilaistumattomien ihmisen alkion kantasolujen kasvudynamiikan evaluoimiseksi. Lisäksi työssä tutkittiin alhaisen happipitoisuuden vaikutuksia ihmisen alkion kantasolujen uusiutumis- ja erilaistumiskykyyn sekä niihin vaikuttavia molekyylitason mekanismeja. Edelleen koostumukseltaan tunnettuja ja eläinperäisiä ainesosia sisältämättömiä kantasolujen viljelyolosuhteita evaluoitiin, kehitettiin ja optimoitiin täyttämään Euroopan Unionin direktiivien asettamat viranomaisvaatimukset kantasolujen kliinisistä sovelluksista. Työssä evaluoitiin koostumukseltaan tunnetun, eläinperäisiä ainesosia sisältämättömän viljelyliuoksen soveltuvuutta ihmisen alkion kantasolujen perustamisessa ja viljelyssä sekä indusoitujen kantasolujen ja aikuisen kantasolujen viljelyssä.
Tämän työn tulokset osoittavat, että automatisoitu viljely-, kuvantamis- ja analysointimenetelmä mahdollisti erilaisissa viljelyolosuhteissa kasvatettujen erilaistumattomien ihmisen alkion kantasolujen kasvudynamiikan analysoinnin luotettavasti, tuottaen enemmän informaatiota kuin perinteinen mikroskooppinen tarkastelu. Alhainen happipitoisuus esti ihmisen alkion kantasolujen spontaania erilaistumista, tuki uusiutumiskykyä ja lisäsi merkittävästi jakaantumista. Alhaisessa happipitoisuudessa olennaisia eroja esiintyi alhaisen happipitoisuuden, kalsium ja PKC ja retinolihapon signaalireiteille keskeisten geenien ilmentymisessä erilaisissa viljelyolosuhteissa. Yhtä uusiutumiskyvylle merkittävää transkriptiotekijää Oct-4:sta ilmentyi merkittävästi enemmän alhaisessa happipitoisuudessa, osoittaen mahdollisen mekanismin alhaisen happipitoisuuden indusoimalle uusiutumiskyvyn lisääntymiselle ja spontaanin erilaistumisen estämiselle.
Tämän työn tulokset osoittavat, että useat eläinperäisiä ainesosia sisältävät viljelyliuokset eivät pystyneet ylläpitämään ihmisen alkion kantasolujen erilaistumatonta kasvua. Osa ihmisen alkion kantasoluista kuitenkin kykeni adaptoitumaan ihmisen seerumia sisältävään viljelyolosuhteeseen. Tässä työssä kehitetty koostumukseltaan tunnettu ja eläinperäisiä ainesosia sisältämätön viljelyliuos RegES mahdollisti ihmisen alkion kantasolulinjojen perustamisen. Lisäksi RegES viljelyliuos mahdollisti ihmisen alkion, indusoitujen ja aikuisen kantasolujen pitkäaikaisen viljelyn, kantasolujen tehokkaan jakautumisnopeuden sekä ylläpiti kantasolujen erityispiirteitä ja erilaistumiskykyä.
Parhaillaan kantasoluja hyödyntäviä kliinisiä soluterapiakokeita on jo käynnissä, mikä edellyttää keskittymistä erityisesti laboratorio-olosuhteissa lisättyjen solusiirteiden turvallisuuteen ja laatuun. Käyttämällä koostumukseltaan tunnettuja eläinperäisiä ainesosia sisältämättömiä tuotteita voidaan solutuotteiden turvallisuutta ja laatua parantaa merkittävästi. Koostumukseltaan tunnettujen olosuhteiden käyttö mahdollistaa kantasolujen säätelyn ja erilaistumisen syvempää ymmärtämistä sekä lisää tulosten toistettavuutta ja luotettavuutta. Viljelyolosuhteilla voi olla huomattavia vaikutuksia solujen erityispiirteisiin, jonka vuoksi solujen asianmukainen karakterisointi tarkoin määritellyillä analyysimenetelmillä on ensiarvoisen tärkeää. Tulevaisuudessa pitäisi keskittyä eläinperäisiä ainesosia sisältämättömien viljelyolosuhteiden validoimiseen ja osoittaa, että ne mahdollistavat solujen pitkäaikaisen viljelyn, ylläpitävät uusiutumiskyvyn erityispiirteitä, erilaistumiskykyä ja geneettistä stabiiliutta, mahdollistavat uusien kantasolulinjojen perustamisen, uudelleenohjelmoinnin ja eristämisen, sekä tuotannon lisäyksen. Täydentäviä prekliinisiä turvallisuus- ja tehokkuustutkimuksia tarvitaan vielä ennen kuin eläinperäisiä ainesosia sisältämättömien tuotteiden kaikki hyödyntämismahdollisuudet voidaan toteuttaa. Tämä työ osoittaa, että eläinperäisiä ainesosia sisältämätön viljelyliuos RegES soveltuu erilaisten kantasolujen perustamisen, viljelyn ja erilaistamisen jatkokehitykseen ja voi tulevaisuudessa toimia perustana kliinisten monikykyisten ja pluripotenttien kantasolujen sekä näiden johdannaisten turvallisessa tuotannossa kliinisiä soluterapiahoitoja varten.
Tässä työssä tutkittiin automatisoidun viljely-, kuvantamis- ja analyysimenetelmän soveltuvuutta erilaisissa viljelyolosuhteissa kasvatettujen erilaistumattomien ihmisen alkion kantasolujen kasvudynamiikan evaluoimiseksi. Lisäksi työssä tutkittiin alhaisen happipitoisuuden vaikutuksia ihmisen alkion kantasolujen uusiutumis- ja erilaistumiskykyyn sekä niihin vaikuttavia molekyylitason mekanismeja. Edelleen koostumukseltaan tunnettuja ja eläinperäisiä ainesosia sisältämättömiä kantasolujen viljelyolosuhteita evaluoitiin, kehitettiin ja optimoitiin täyttämään Euroopan Unionin direktiivien asettamat viranomaisvaatimukset kantasolujen kliinisistä sovelluksista. Työssä evaluoitiin koostumukseltaan tunnetun, eläinperäisiä ainesosia sisältämättömän viljelyliuoksen soveltuvuutta ihmisen alkion kantasolujen perustamisessa ja viljelyssä sekä indusoitujen kantasolujen ja aikuisen kantasolujen viljelyssä.
Tämän työn tulokset osoittavat, että automatisoitu viljely-, kuvantamis- ja analysointimenetelmä mahdollisti erilaisissa viljelyolosuhteissa kasvatettujen erilaistumattomien ihmisen alkion kantasolujen kasvudynamiikan analysoinnin luotettavasti, tuottaen enemmän informaatiota kuin perinteinen mikroskooppinen tarkastelu. Alhainen happipitoisuus esti ihmisen alkion kantasolujen spontaania erilaistumista, tuki uusiutumiskykyä ja lisäsi merkittävästi jakaantumista. Alhaisessa happipitoisuudessa olennaisia eroja esiintyi alhaisen happipitoisuuden, kalsium ja PKC ja retinolihapon signaalireiteille keskeisten geenien ilmentymisessä erilaisissa viljelyolosuhteissa. Yhtä uusiutumiskyvylle merkittävää transkriptiotekijää Oct-4:sta ilmentyi merkittävästi enemmän alhaisessa happipitoisuudessa, osoittaen mahdollisen mekanismin alhaisen happipitoisuuden indusoimalle uusiutumiskyvyn lisääntymiselle ja spontaanin erilaistumisen estämiselle.
Tämän työn tulokset osoittavat, että useat eläinperäisiä ainesosia sisältävät viljelyliuokset eivät pystyneet ylläpitämään ihmisen alkion kantasolujen erilaistumatonta kasvua. Osa ihmisen alkion kantasoluista kuitenkin kykeni adaptoitumaan ihmisen seerumia sisältävään viljelyolosuhteeseen. Tässä työssä kehitetty koostumukseltaan tunnettu ja eläinperäisiä ainesosia sisältämätön viljelyliuos RegES mahdollisti ihmisen alkion kantasolulinjojen perustamisen. Lisäksi RegES viljelyliuos mahdollisti ihmisen alkion, indusoitujen ja aikuisen kantasolujen pitkäaikaisen viljelyn, kantasolujen tehokkaan jakautumisnopeuden sekä ylläpiti kantasolujen erityispiirteitä ja erilaistumiskykyä.
Parhaillaan kantasoluja hyödyntäviä kliinisiä soluterapiakokeita on jo käynnissä, mikä edellyttää keskittymistä erityisesti laboratorio-olosuhteissa lisättyjen solusiirteiden turvallisuuteen ja laatuun. Käyttämällä koostumukseltaan tunnettuja eläinperäisiä ainesosia sisältämättömiä tuotteita voidaan solutuotteiden turvallisuutta ja laatua parantaa merkittävästi. Koostumukseltaan tunnettujen olosuhteiden käyttö mahdollistaa kantasolujen säätelyn ja erilaistumisen syvempää ymmärtämistä sekä lisää tulosten toistettavuutta ja luotettavuutta. Viljelyolosuhteilla voi olla huomattavia vaikutuksia solujen erityispiirteisiin, jonka vuoksi solujen asianmukainen karakterisointi tarkoin määritellyillä analyysimenetelmillä on ensiarvoisen tärkeää. Tulevaisuudessa pitäisi keskittyä eläinperäisiä ainesosia sisältämättömien viljelyolosuhteiden validoimiseen ja osoittaa, että ne mahdollistavat solujen pitkäaikaisen viljelyn, ylläpitävät uusiutumiskyvyn erityispiirteitä, erilaistumiskykyä ja geneettistä stabiiliutta, mahdollistavat uusien kantasolulinjojen perustamisen, uudelleenohjelmoinnin ja eristämisen, sekä tuotannon lisäyksen. Täydentäviä prekliinisiä turvallisuus- ja tehokkuustutkimuksia tarvitaan vielä ennen kuin eläinperäisiä ainesosia sisältämättömien tuotteiden kaikki hyödyntämismahdollisuudet voidaan toteuttaa. Tämä työ osoittaa, että eläinperäisiä ainesosia sisältämätön viljelyliuos RegES soveltuu erilaisten kantasolujen perustamisen, viljelyn ja erilaistamisen jatkokehitykseen ja voi tulevaisuudessa toimia perustana kliinisten monikykyisten ja pluripotenttien kantasolujen sekä näiden johdannaisten turvallisessa tuotannossa kliinisiä soluterapiahoitoja varten.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4906]