Kudosteknologia perustuu solujen, biomateriaalien ja liukoisten tekijöiden, kuten kasvutekijöiden avulla tuotettuihin kudosistutteisiin, jotka korjaavat tai korvaavat vaurioitunutta kudosta. Kaisa Vuornos kehitti väitöstyössään uusia luu- ja jännekudosteknologisia sovelluksia yhdistämällä rasvakudoksen kantasolut in vitro -kasvatuksessa soveltuvien komposiittibiomateriaalien sekä liukoisten tekijöiden kanssa tuki- ja liikuntaelinsovelluksien kehittämistä varten.
– Aikuisen kantasoluja on useissa kudoksissa. Helposti saatavilla ja runsassaantoisilla rasvakudoksen kantasoluilla on erilaistumiskykyä rasva-, luu-, jänne-, ja rustokudoksen suuntaan. Potilaan omia kantasoluja hyödyntämällä vältetään istutteen hyljintä tai haitalliset elimistön puolustusjärjestelmän reaktiot, Kaisa Vuornos kertoo.
Biomateriaalitukirakenne eli skaffoldi tarjoaa kolmiulotteisen (3D) ja mekaanisilta ominaisuuksiltaan soveltuvan kasvuympäristön, joka yhdessä liukoisten tekijöiden kanssa tehostaa kantasolujen erilaistumista. Komposiittibiomateriaalien avulla voidaan hyödyntää eri komponenttien ominaisuudet kohdekudoksen uudistumisen kannalta. Kohdekudoksessa biohajoava skaffoldi korvautuu uudiskudoksella.
3D-soluviljelyn analysointimenetelmille on kasvava tarve uusien kantasolutekniikoiden kehittämiseksi. Kantasolumenetelmien turvallisuus ja tehokkuus varmistetaan ensin in vitro -kokeiden avulla eli elävän organismin ulkopuolella suoritettavien laboratoriokokeiden avulla.
– Tällä hetkellä 3D-kudos- ja tautimalleja kehitetään aktiivisesti, koska niiden avulla voidaan tarkastella yksinkertaistettua toiminnallista kudosta, jota taas voitaisiin hyödyntää erilaisten tautien tutkimuksessa ja lääkekehityksessä. Myös eläinkokeiden tarve vähenisi, Vuornos sanoo.
– Erilaisten solutyyppien yhteisviljelmillä voidaan saavuttaa kehittyneempi toiminnallinen kudosmalli, kuten esimerkiksi verisuonittuneen luun 3D-kudosmalli. Verisuonituksen puute on nykytilanteessa suurin kudosistutteiden kokoa rajoittava tekijä.
Kaisa Vuornos kehitti uusia luu- ja jännekudosteknologisia sovelluksia yhdistämällä rasvakudoksen kantasolut in vitro 3D-kasvatuksessa soveltuvien komposiittibiomateriaalien sekä liukoisten tekijöiden kanssa tuki- ja liikuntaelinsovelluksien kehittämistä varten. Maitohappojohdannaisesta polylaktidikuidusta punottu skaffoldi yhdistettynä optimoituun erilaistumisolosuhteeseen tehosti merkittävästi rasvakudoksen kantasolujen jännekudoksen kaltaisen soluväliaineen tuotantoa. Verisuonittuneen luun kudosteknologisten sovellusten kehittämiseen osoitettiin rasvakudoksen kantasolujen tehokas erilaistuminen luukudoksen suuntaan kollageeni- ja gellaanikumihydrogeelissä bioaktiivisesta lasista valmistettujen liukoisten tekijöiden avulla ilman lisättyjä kasvutekijöitä.
– Nyt kehitettyjä kasvatusolosuhteita voidaan hyödyntää jänteen kudosteknologian tutkimuksessa ja verisuonittuneen luukudoksen 3D-kudosmallin kehittämisessä. Nämä uudet in vitro 3D-kasvatusmenetelmät soveltuvat regeneratiivisen lääketieteen tuki- ja liikuntaelinsovelluksien kehittämiseen, Vuornos sanoo.
Kaisa Vuornos työskentelee tällä hetkellä Oulun yliopiston Mikroelektroniikan yksikössä Nanomaterials and Cell Engineering for Biosensing -tutkimusryhmässä.
Diplomi-insinööri Kaisa Vuornoksen biolääketieteen tekniikan alaan kuuluva väitöskirja “In vitro studies of composite biomaterials and human adipose stem cells in bone and tendon tissue engineering applications”, tarkastetaan Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa perjantaina 2.10.2020 kello 12 alkaen Tietotalon salissa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere). Vastaväittäjänä on apulaisprofessori Manuela E. Gomes, Research Institute on Biomaterials, Biodegradables and Biomimetics (I3Bs) of the University of Minho, Portugali. Kustoksena toimii apulaisprofessori Susanna Miettinen. Vastaväittäjä osallistuu etäyhteydellä ja väittelijä sekä kustos ovat väitössalissa. Yleisö osallistuu sekä paikan päällä että etäyhteydellä Zoomin kautta.
Väitöskirjaan voi tutustua verkossa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1643-3