Molekulaarisen lääketieteen alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa Kuopion kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Tässä väitöskirjassa tarkastellaan veri-aivoesteen roolia Parkinsonin taudissa, keskittyen aivojen tukisoluihin astrosyytteihin sekä verisuonen sisäpinnan endoteelisoluihin. Lisäksi arvioimme solujen mikroympäristön vaikutusta endoteelisolujen toimintaan ja transkriptomiin eli geenien ilmentymiseen soluissa.
Veri-aivoeste toimii portinvartijana aivojen ja verenkierron välillä. Se säätelee ravinteiden pääsyä aivoihin, suojaa aivoja haitallisilta aineilta ja poistaa jäteaineita aivoista. Veri-aivoesteen toiminnan on havaittu häiriintyneen Parkinsonin taudissa, mutta taustalla olevia mekanismeja ei vielä hyvin tunneta. Uusia mahdollisuuksia tautimallinnukseen ovat tuoneet iPSC-kantasoluteknologia, joka mahdollistaa eri solutyyppien tuottamisen potilasperäisistä indusoiduista kantasoluista, sekä ihmisen fysiologiaa jäljittelevät laboratoriomallit, kuten organ-on-a-chip-elinmallit. Näiden mallien kehitys on kuitenkin vielä varhaisessa vaiheessa, ja niiden yksityiskohtainen karakterisointi puuttuu.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Parkinson-potilaiden soluista tuotetut astrosyytit ja endoteelisolut ilmensivät kummatkin taudin tunnusmerkkejä, kuten kohonneita alfa-synukleiinitasoja ja heikentynyttä mitokondrioiden toimintaa. Lisäksi astrosyyteillä havaittiin poikkeavaa kalsiumsignaalinvälitystä, tulehdusvastetta sekä muutoksia fosfolipidiaineenvaihdunnassa. Endoteelisolut puolestaan osoittivat muuttunutta tulehdusvastetta, erityisesti TNFα-altistuksessa. Transkriptomianalyysi paljasti myös muutoksia rasvahappoaineenvaihdunnassa sekä ei-koodaavien RNA-molekyylien MEG3:n ja MEG8:n ilmentymisen vähentymistä.
Mikrofluidisessa 3D-kudosmallissa viljellyt endoteelisolut osoittivat parempaa veri-aivoesteen toimintaa kuin perinteisessä soluviljelmässä. Endosyyttisolujen transkriptioprofiilissa oli myös merkittäviä eroja viljelytavasta riippuen. Lisäksi astrosyytit tukivat endoteelisolujen toimintaa vain 3D-olosuhteissa. Endoteeli- ja astrosyyttisolujen yhteisviljely aiheutti hienovaraisen transkriptiomuutoksen endoteelisoluissa, erityisesti geeneissä, jotka liittyvät endoteeli–astrosyytti-vuorovaikutuksiin.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Tämä väitöskirja tuo uutta tietoa verisuoniston roolista Parkinsonin taudissa. Tulosten perusteella sekä astrosyytit että endoteelisolut ilmentävät Parkinsonin tautiin liittyviä solutason piirteitä ja voivat aktiivisesti vaikuttaa taudin etenemiseen. Väestön ikääntyessä myös Parkinsonin taudin esiintyvyys ja sosioekonomiset kustannukset kasvavat, joten uusien hoitomuotojen kehittäminen on kriittisen tärkeää. Ihmisen solujen käyttö voi kaventaa kuilua eläimillä tehtävän prekliinisen tutkimuksen ja ihmisillä tehtävien kliinisten tutkimusvaiheiden välillä, mikä lisää mahdollisuutta, että lääkkeet pääsevät markkinoille. Ihmissoluihin perustuvat mallit voivat myös vähentää tai jopa korvata osan eläinkokeista tulevaisuudessa. Lisäksi havaintomme korostavat mikroympäristön ratkaisevaa merkitystä solujen ilmiasun ja toiminnan muokkaajana. Näiden muutosten ymmärtäminen voi auttaa kehittämään 3D-kudosmalleja tulevaisuudessa. Näitä malleja voidaan hyödyntää paitsi tautimekanismien tutkimisessa, myös uusien lääkkeiden testauksessa.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Työ toteutettiin pääosin tutkimusjohtaja Šárka Lehtosen ryhmässä. Tutkimuksessa hyödynnettiin terveistä henkilöistä ja LRRK2 G2019S -mutaatiota kantavista Parkinson-potilaista peräisin olevia indusoituja pluripotentteja kantasoluja. Mutaation vaikutusta astrosyytteihin ja endoteelisoluihin tutkittiin useilla menetelmillä, kuten mittaamalla alfa-synukleiinin määrää, tulehdusvastetta sekä mitokondrioiden toimintaa. Lisäksi astrosyyteissä tutkittiin kalsiumsignalointia ja metabolomiikkaa ja endoteelisoluissa transkriptiomuutoksia RNA-sekvensoinnin avulla.
Kolmannessa osassa endoteelisoluja viljeltiin mikrofluidisessa 3D-mallissa AKITA-levyllä tai perinteisessä soluviljelyinsertissä. Viljelyjärjestelmän vaikutusta tutkittiin läpäisevyyskokeilla ja yksisolutason RNA-sekvensoinnilla.
3D-kudosmallin kehittäminen kuului laajempaan Business Finlandin rahoittamaan EVE (EV Ecosystem for Theranostic Platforms consortium) -hankkeeseen.
Filosofian maisteri Tuuli-Maria Sonnisen väitöskirja From monolayers to microfluidics: Uncovering how brain support cells contribute to Parkinson’s disease – Impact of LRRK2 mutation and microfluidic platform on endothelial cell and astrocyte function (Yhdestä solukerroksesta mikrofuidisiin 3D järjestelmiin: Aivojen tukisolujen merkitys Parkinsonin taudissa – LRRK2-mutaation ja mikrofluidistisen mallin vaikutus endoteelisolujen ja astrosyyttien toimintaan) tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Winfried Neuhaus Itävallan teknologiainstituutista AIT:stä ja kustoksena tutkimusjohtaja Šárka Lehtonen Itä-Suomen yliopistosta. Tilaisuus on englanninkielinen.
Lisätietoja:
FM Tuuli-Maria Sonninen, [email protected], +358405428991, https://uefconnect.uef.fi/tuuli-maria.sonninen/
