Human Induced Pluripotent Stem Cell Derived Cardiomyocytes Grown on Woven Polyethylene Terephthalate Textile
Junnila, Anni (2016)
Junnila, Anni
2016
Materiaalitekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-06-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605244038
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605244038
Tiivistelmä
Cardiac tissue engineering aims to create functional tissue constructs in order to reestablish the function and structure of a damaged heart muscle using cells together with biomaterial scaffolds. One of the challenges is the cell source, because adult human cardiomyocytes (CMs) are difficult to obtain for study. However, CMs can be differentiated from pluripotent stem cells, one option being the human induced pluripotent stem cell (hiPSC). One of the main challenges in using hiPSC derived CMs (hiPSC-CMs) is that when cultured in normal in vitro conditions, they do not establish all the functional and morphological properties of adult CMs. The aim of this study was to produce structurally more mature hiPSC-CMs by culturing them on polyethylene terephthalate (PET) textiles.
The hiPSCs were differentiated into CMs by END-2 method. The resulted hiPSC-CMs were cultured on gelatin coated PET textiles for 11 days. Control hiPSC-CMs were cultured on gelatin coated coverslips. The primary analyzing methods used in this study were immunocytochemistry and fluorescence microscopy. The cells were labeled with antibodies against sarcomeric proteins and also with live/dead stainings. From immunostained images, hiPSC-CM’s shape, multinucleation, and sarcomere organization, orientation and length were analyzed.
The structural maturation of hiPSC-CMs was evaluated by comparing cells cultured on PET textiles to the cells cultured on coverslips. Even though the amount of cells attached on the textiles was very small, it was found out, that the cells grown on textiles were more adult-like in shape, the sarcomeres were more organized, and the amount of multinucleated cells was higher. However, there was no significant difference in sarcomere lengths.
Based on the results, it can be argued that the cells grown on textiles were structurally more mature than the cells grown on coverslips. However, the small amount of cells attached on the textiles was a challenge. In future studies, the cell attachment should be improved, for example by using a different coating, in order to maintain more cells in the culture, thus making the analysis more reliable and reproducible. Sydämen kudosteknologia tähtää vaurioituneen sydänlihaksen korjaamiseen soluista ja biomateriaaleista valmistetuilla funktionaalisilla kudosrakennelmilla. Yksi alan haasteista on solujen saatavuus, sillä aikuisen sydänlihassolujen hankkiminen tutkimustarkoituksiin on vaikeaa. Sydänlihassoluja voidaan kuitenkin erilaistaa pluripotenteista kantasoluista, kuten ihmisen uudelleen ohjelmoiduista kantasoluista (hiPS-soluista). Kun kantasoluista erilaistettuja sydänlihassoluja kasvatetaan in vitro -olosuhteissa, niiden käyttöön liittyy haasteita, sillä ne eivät saavuta kaikkia aikuisen sydänlihassolujen funktionaalisia ja morfologisia ominaisuuksia. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa rakenteellisesti kypsempiä, aikuisen sydänlihassolun kaltaisia hiPS-soluista erilaistettuja sydänlihassoluja kasvattamalla niitä polyetyleenitereftalaatista (PET) valmistetun tekstiilin päällä.
hiPS-solut erilaistettiin sydänlihassoluiksi END-2-menetelmällä. Näitä sydänlihassoluja kasvatettiin gelatiinilla pinnoitetuilla PET-tekstiileillä 11 päivän ajan. Kontrollinäytteinä käytettiin gelatiinilla pinnoitettujen peitinlasien päällä kasvatettuja hiPS-sydänsoluja. Ensisijaiset tutkimusmenetelmät olivat immunosytokemia ja fluoresenssimikroskopia. Immunovärjäyksillä saatiin visualisoitua sarkomeeriproteiineja, ja soluille tehtiin myös live/dead-värjäyksiä. Immunovärjätyistä kuvista analysoitiin solujen muotoa ja monitumaisuutta sekä sarkomeerien järjestäytyneisyyttä, orientaatiota ja pituutta.
hiPS-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen rakenteellista kypsymistä arvioitiin vertaamalla tekstiileillä ja peitinlaseilla kasvatettuja soluja keskenään. Vaikka tekstiileille tarttuneiden solujen määrä oli vähäinen, havaittiin, että tekstiileillä kasvaneiden solujen muoto, sarkomeerien orientaatio ja monitumaisuus muistuttivat enemmän aikuisen sydänlihassoluja kuin peitinlaseilla kasvaneiden. Sen sijaan merkittävää eroa sarkomeerien pituuksissa ei havaittu.
Tulosten perusteella voidaan väittää, että tekstiileillä kasvatetut solut kehittyivät rakenteellisesti enemmän aikuisen sydänlihassolujen kaltaisiksi kuin solut, joita kasvatettiin peitinlaseilla. Tutkimuksen haasteena oli tekstiileille tarttuneiden solujen vähäinen määrä. Tulevaisuudessa solujen tarttumista tulisi parantaa esimerkiksi käyttämällä erilaista pinnoitetta, jotta enemmän soluja säilyisi viljelmässä ja analyyseistä tulisi luotettavampia ja toistettavampia.
The hiPSCs were differentiated into CMs by END-2 method. The resulted hiPSC-CMs were cultured on gelatin coated PET textiles for 11 days. Control hiPSC-CMs were cultured on gelatin coated coverslips. The primary analyzing methods used in this study were immunocytochemistry and fluorescence microscopy. The cells were labeled with antibodies against sarcomeric proteins and also with live/dead stainings. From immunostained images, hiPSC-CM’s shape, multinucleation, and sarcomere organization, orientation and length were analyzed.
The structural maturation of hiPSC-CMs was evaluated by comparing cells cultured on PET textiles to the cells cultured on coverslips. Even though the amount of cells attached on the textiles was very small, it was found out, that the cells grown on textiles were more adult-like in shape, the sarcomeres were more organized, and the amount of multinucleated cells was higher. However, there was no significant difference in sarcomere lengths.
Based on the results, it can be argued that the cells grown on textiles were structurally more mature than the cells grown on coverslips. However, the small amount of cells attached on the textiles was a challenge. In future studies, the cell attachment should be improved, for example by using a different coating, in order to maintain more cells in the culture, thus making the analysis more reliable and reproducible.
hiPS-solut erilaistettiin sydänlihassoluiksi END-2-menetelmällä. Näitä sydänlihassoluja kasvatettiin gelatiinilla pinnoitetuilla PET-tekstiileillä 11 päivän ajan. Kontrollinäytteinä käytettiin gelatiinilla pinnoitettujen peitinlasien päällä kasvatettuja hiPS-sydänsoluja. Ensisijaiset tutkimusmenetelmät olivat immunosytokemia ja fluoresenssimikroskopia. Immunovärjäyksillä saatiin visualisoitua sarkomeeriproteiineja, ja soluille tehtiin myös live/dead-värjäyksiä. Immunovärjätyistä kuvista analysoitiin solujen muotoa ja monitumaisuutta sekä sarkomeerien järjestäytyneisyyttä, orientaatiota ja pituutta.
hiPS-soluista erilaistettujen sydänlihassolujen rakenteellista kypsymistä arvioitiin vertaamalla tekstiileillä ja peitinlaseilla kasvatettuja soluja keskenään. Vaikka tekstiileille tarttuneiden solujen määrä oli vähäinen, havaittiin, että tekstiileillä kasvaneiden solujen muoto, sarkomeerien orientaatio ja monitumaisuus muistuttivat enemmän aikuisen sydänlihassoluja kuin peitinlaseilla kasvaneiden. Sen sijaan merkittävää eroa sarkomeerien pituuksissa ei havaittu.
Tulosten perusteella voidaan väittää, että tekstiileillä kasvatetut solut kehittyivät rakenteellisesti enemmän aikuisen sydänlihassolujen kaltaisiksi kuin solut, joita kasvatettiin peitinlaseilla. Tutkimuksen haasteena oli tekstiileille tarttuneiden solujen vähäinen määrä. Tulevaisuudessa solujen tarttumista tulisi parantaa esimerkiksi käyttämällä erilaista pinnoitetta, jotta enemmän soluja säilyisi viljelmässä ja analyyseistä tulisi luotettavampia ja toistettavampia.