Väitös

Disheet Shah: Heart Disease on a Dish

Tohtori
Sydänsairaudet ovat yksi yleisimmistä kuolinsyistä maailmanlaajuisesti. Niiden taustalla on usein geneettinen mutaatio, joka voi aiheuttaa rakenteellisia, mekaanisia tai sähköisiä muutoksia vaikuttaen sydämen normaaliin toimintaan ja pahimmassa tapauksessa aiheuttaen sydänperäisen kuoleman. Sairauksien mallintaminen auttaa ymmärtämään sairauksien patofysiologiaa ja testaamaan hoitovaihtoehtoja.

Tautimallinnus ihmisen uudelleenohjelmoiduilla erittäin monikykyisillä kantasoluilla ja niistä erilaistetuilla sydänlihassoluilla (hiPSC-CM) tarjoavat ainutlaatuisen mahdollisuuden tutkia ihmisen sydänsairauksia laboratorio-oloissa. Tämän mallin etuna eläinmalleihin verrattuna on edullisempi hinta ja ihmisen fysiologian jäljittelevyys. Erilaisia sydänsairauksia on jo mallinnettu hiPSC-CM:n avulla.

M.Sc. Disheet Shah mallinsi väitöskirjassaan suomalaisten tautiperimään kuuluvien sydänsairauksien (laajentava kardiomyopatia, DCM ja pitkä QT- oireyhtymä, LQTS), vaikutusta sydämen mekaaniseen ja sähköiseen toimintaan.

Suomen maantieteellisen sijainnin ja historian vuoksi tietyt tautimutaatiot ovat rikastuneet maahan, jonka seurauksena suomalaisilla on ainutlaatuinen geneettinen identiteetti. Nämä tautimutaatiot antavat sairaudelle ainutlaatuisen kliinisen fenotyypin, joka voi vaatia erityisiä hoitomuotoja. Haaste näiden potilaiden hoidossa on se, että he ilmentävät vaihtelevaa sairauden ilmaantumista ja kliinistä fenotyyppiä. Monilla mutaation kantajilla ei välttämättä ole kliinisiä oireita lainkaan, mutta heillä on silti suurentunut kuoleman riski. Näitä suomalaisia perustajamutaatioita on tutkittu sekä kliinisesti että molekyyligeneettisesti, mutta tarkemman solupatologian selvittämiseksi tarvitaan tautimallinnukseen sopivaa solumallia.

Väitöstutkimuksen kohteina olivat DCM:a aiheuttava mutaatio, p.S143P LMNA-geenissä, joka koodaa Lamin A/C-geeniä, sekä LQTS2:ta aiheuttava mutaatio KCNH2- geenissä, p.L552S, joka koodaa HERG-kanavan a-alayksikköä. DCM ja LQTS2 potilaiden ihonäytteiden fibroblastisolut uudelleenohjelmoitiin ns. hiPSC-soluiksi, ja edelleen erilaistettiin sydänsoluiksi, joista tutkittiin sairautta aiheuttavien mutaatioiden vaikutuksia sydänsolujen rakenteeseen ja elektrofysiologiseen toimintaan.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että in vitro hiPSC-CM-malleissamme voidaan havaita taudin tunnusmerkkejä solutasolla, mukaan lukien tiettyjä rytmihäiriöitä. Sekä DCM että LQTS2 sairauksien fenotyypit havaittiin erityisesti, kun soluja stimuloitiin farmakologisilla yhdisteillä ja altistettiin ulkoiselle stressille. Oireettomien ja oireellisten LQTS-mutaation kantajien hiPSC-CM:jen välillä havaittiin eroja soluaggregaattitasolla, mutta ei juurikaan yhden solun tasolla.

Kantasolupohjaisia solumalleja käytetään yhä enemmän tautien, lääkkeiden seulonnan ja hoitojen tutkimiseen. Vaikka hiPSC-CM:t tarjoavat huomattavan edun ihmisten sairauksien tutkimiseen, hiPSC-CM:t ovat epäkypsiä ja niillä on vaihteleva ilmiasu, jonka seurauksena kliinisiin hoitoihin liittyvien hoitosuositusten kanssa on oltava vielä varovainen.

Väitöskirjan kolmas osajulkaisu sisältää vertailun terveiden ihmisen sydänten rytmin ja hiPSC-CM-aggregaattien kenttäpotentiaalien välillä. Vertailu osoitti merkittäviä yhtäläisyyksiä sydämen EKG:n- ja kantasoluista erilaistettujen sydänsolujen sähköisen toiminnan välillä pitkällä aikajaksolla.

Väitöskirjan tutkimusten tulokset osoittavat, että 1) tautimallien hiPSC-CM:t voivat näyttää morfologisia muutoksia,
2) tautimallien hiPSC-CM:t voivat näyttää huomattavia eroja stressin tai stimulaation aikana,
3) hypoksia hidastaa tai pysäyttää sydämen lyöntinopeuden, kun taas happi- reperfuusio palauttaa kontrolli hiPSC-CM:n toiminnallisuuden, toiminnan palautuminen voi olla rajoittunut tautimallin hiPSC-CM:ssä,
4) hiPSC-CM:ä voidaan käyttää geneettisten sydänsairauksien, kliinisesti vaihtelevan fenotyypin mallintamiseen,
5) tautifenotyyppi havaittiin ilmeisemmin soluaggregaattien tasolla kuin yksittäisen solun tasolla,
6) hiPSC-CM:t voivat jäljentää tautikohtaisia rytmihäiriöitä solutasolla ja niitä voidaan käyttää myös lääkkeiden vaikutusten tutkimiseen,
7) vähennetty vaihteluanalyysi paljasti merkittäviä yhtäläisyyksiä sykemalleissa ja skaalauseksponenteissa EKG:n RR-QT-aikaväleissä ja IBI-FPD- aikaväleissä hiPSC-CM:n aggregaateilla.

Nämä havainnot kannustavat tutkimaan edelleen taudin mekanismeja ja lääkekehitystä ja auttavat myös kääntämään perustutkimuksen tuloksia potilaiden hyödyksi kliinisessä käytännössä.

M.Sc. Disheet Shahin solu- ja kudosteknologian alaan kuuluva väitöskirja Heart Disease on a Dish tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa perjantaina 13.11.2020 klo 12 alkaen, Arvo-rakennnuksen auditoriossa F115, Arvo Ylpön katu 34. Vastaväittäjänä toimii dosentti Virpi Talman Helsingin yliopistosta. Kustoksena on professori Katriina Aalto-Setälä.

Väitöstilaisuuteen voi koronavirustilanteen takia osallistua vain rajoitettu määrä yleisöä. Tilaisuutta voi seurata  myös etäyhteydellä (Zoom, meeting ID 412 775 6745).

Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa
http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1759-1

Tulevat tapahtumat

Menneet tapahtumat