Väitös

Ihmisen sydänlihas- ja hermosolujen kasvatus onnistui 3D-hydrogeeleissä

Kudosteknologiassa pyritään tuottamaan elävää kudosta yhdistämällä kantasoluista erilaistettuja soluja kolmiulotteiseen tukirakenteeseen, esimerkiksi hydrogeeliin. Viljelemällä elintärkeitä pehmytkudoksen soluja, kuten hermo- ja sydänlihassoluja, voidaan luoda tautimalleja tai löytää hoitomuotoja parantumattomiin sairauksiin. DI Janne Koivisto kehitti väitöstyössään niin gellaanikumipohjaisia hydrogeelibiomateriaaleja kuin hydrogeelien ja 3D-soluviljelmien tutkimusmenetelmiäkin tavoitteena paremmin aitoa ihmiskehoa vastaavat olosuhteet.

Hydrogeeli on runsaasti vettä rakenteeseensa sitonut, ristisilloittunut polymeeriverkko. Biolääketieteen ja biomateriaalitekniikan alalla hydrogeelit ovat saaneet viime aikoina paljon huomiota johtuen niiden elävän kudoksen kaltaisista ominaisuuksista. Sekä monet kudokset että hydrogeelit ovat pehmeitä, joustavia ja tarjoavat soluille kolmiulotteisen kasvualustan, johon tarttua.

Hydrogeeleistä Koivisto valitsi tutkittavaksi gellaanikumin, joka on alun perin elintarvikekäyttöön ruoan lisäaineeksi kehitetty, bakteeriviljelmässä tuotettu luonnonmolekyyli. Hydrogeelin muodostumista tutkittiin niin fyysikaalisena kuin kemiallisena ristisilloittumisena. Lisäksi soluvastetta parannettiin lisäämällä rakenteeseen soluväliaineen proteiineja.

Ihmisen kantasoluista erilaistettiin hermosoluja ja sydänlihassoluja aiemmin Tampereella kehitetyillä menetelmillä. Molemmat solutyypit saatiin kasvamaan niille räätälöidyissä kolmiulotteisissa hydrogeelisoluviljelmissä. Hermosolut muodostivat niille tyypillisiä hermoverkkoja ja sydänlihassolut sykkivät spontaanisti, kuten oli odotettavissa, jos solut viihtyvät hyvin kasvuympäristöstään.

- Jännittävintä oli nähdä solujen levittyvän ja viihtyvän erinomaisesti gelatiinilla funktionalisoidussa gellaanikumissa. Tässä kehittämässämme hydrogeelissä soluvaste oli vähintään yhtä hyvä, ellei parempikin, kuin maailmalla julkaistuissa kilpailevissa 3D-viljelymenetelmissä, Janne Koivisto kertoo.

Koska hydrogeelien tutkimus ja kolmiulotteiset soluviljelmät ovat nopeasti kehittyvä tieteenala ilman kovin vakiintuneita käytäntöjä, kehitettiin väitöstyössä myös menetelmiä tuotettujen kudosteknologisten näytteiden tutkimukseen. Yhtenä tärkeimmistä menetelmistä jatkokehitettiin optista projektiotomografiaa (OPT), jonka osoitettiin soveltuvan sekä puhtaasti materiaalitutkimuksen menetelmänä hydrogeeleille että kolmiulotteisten soluviljelmien tarkkailussa. Toisena tärkeänä kehityskohteena oli hydrogeelien mekaanisten ominaisuuksien mittaus ja analysointi soveltaen useita menetelmiä.

Janne Koivisto on syntyperäinen tamperelainen, mutta siirtynyt jo vähän ennen väitöskirjan valmistumista jatkamaan hydrogeelitutkimuksia Tampereen yliopistosta Oulun yliopistoon, jossa hän tällä hetkellä työskentelee tutkijana Mikroelektroniikan tutkimusyksikössä.

Diplomi-insinööri Janne Koiviston biomateriaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Development and Characterization of Gellan Gum Based Hydrogels for Soft Tissue Engineering tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa perjantaina 15.11.2019 klo 12:00 alkaen Hervannan kampuksella Tietotalon auditoriossa TB103,  Korkeakoulunkatu 1, Tampere. Vastaväittäjänä toimii tutkimusryhmän johtaja, vanhempi tutkijatohtori Eileen Gentleman, Ph.D., King’s College London. Kustoksena toimii professori Minna Kellomäki Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnan BioMediTech-yksiköstä.

Englanninkieliseen väitöskirjaan voi lähipäivinä tutustua osoitteessa
http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1327-2

Kuva: M. Saranya