Effects of biomembrane properties on cellular responses in an epicardial patch
| Title: | Effects of biomembrane properties on cellular responses in an epicardial patch |
| Author(s): | Saarela, Sanna |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
| Degree program: | Master's Programme in Genetics and Molecular Biosciences |
| Specialisation: | Molecular and analytical health biosciences study track |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2020 |
| Abstract: |
Iskeeminen sydämen vajaatoiminta on maailman johtava kuolinsyy. Sairauden aiheuttaa pitkäaikainen sydänlihaskudoksen hapen ja ravintoaineiden puute, jonka taustalla on usein sepelvaltimotauti. Tukkeuma sepelvaltimoissa estää hapen ja ravintoaineiden pääsyn sydänlihaskudokseen ja voi täten johtaa sydännekroosiin ja arpeutuneeseen sydänlihaskudokseen. Arpeutunut sydänkudos menettää joustavuutensa ja täten sydämen pumppausteho pienenee johtaen sydämen vajaatoimintaan. Vaikka iskeemistä vajaatoimintaa voidaan itsessään hoitaa monin eri tavoin ei arpeutuneelle kudokselle ole toistaiseksi olemassa tehokasta hoitomuotoa. Prekliinisiä ja kliinisiä tutkimuksia uusista hoitomuodoista on meneillään arpikudosta parantavan hoidon löytämiseksi
Solututkimuksissa sydänlihaskudoksen päälle asetettavien epikardiaalisten paikkojen on osoitettu lisäävän siirrettyjen solujen eloonjäämistä ja jäämistä sydänkudokseen sekä tehostavan parakriinisten vaikutusten tehoa verrattuna perinteisiin injektiohoitoihin. Soluja tukevan vaikutuksen lisäksi epikardiaalisissa paikoissa käytetty biomembraani on tärkeässä osassa paranemisprosessia ja sen ominaisuuksilla on suuri vaikutus hoitovasteeseen.
Tämän maisterintutkielman tarkoituksena oli rakentaa standardoitu koejärjestely, jonka avulla voidaan vertailla biomembraanien ominaisuuksia, kuten läpäisevyyttä pienille molekyyleille (glukoosi ja laktaatti), sekä erikokoisille proteiineille. Myös biomembraanin ominaisuuksien vaikutuksia siirretyistä soluista saataviin vasteisiin voitiin tutkia koejärjestelyä muokkaamalla. Koejärjestelyä testattiin tutkimalla ProxiCorTM-biomembraania, jota käytetään eteiskorvakkeen soluista kehitetyssä epikardiaalisessa mikrosiirteessä.
Koejärjestely oli onnistunut ja sen avulla suoritettu ProxiCorTM-membraanin koestus paljasti membraanin olevan läpäisevä sekä pienille molekyyleille että proteiineille. ProxiCorTM-membraanin käyttö myös tasasi pH:ta tutkimusasetelmassa. Lisäksi ProxiCorTM-membraanin käyttö mahdollisti seerumin indusoiman solujen jakautumisen läpäisemättömään kalvoon verrattuna. Saadut tulokset todistavat rakennetun koejärjestelyn toimivuuden ja tukevat täten sen jatkokehitystä.
Ischemic heart failure is the leading cause of death in the world. The disease is caused by coronary heart disease, in which the narrowed coronary arteries limit oxygen- and nutrient-rich blood from reaching the myocardial tissue. Obstructed arterial blood flow can cause myocardial necrosis and scarring. Scar tissue is non-contractile and poorly elastic. It can thus compromise the pumping capacity of the heart. Current medical and interventional therapies have only very limited efficacy to reduce myocardial scarring. Preclinical and clinical research efforts are underway to generate myocardial scar-reducing and regenerative therapies.
In the field of cardiac cellular therapies, the delivery of cells has conventionally been based on intramyocardial injections. However, epicardial patches have been demonstrated to reduce scarring and promote myocardial healing. In addition to merely being a carrier or cover for the cellular transplant, the biomembrane of the patch can also be considered as an active element for the patch’s therapeutic activity. Thus, the properties of the biomembrane can have a major impact on both the cellular and the therapeutic tissue response.
The aim of this Master's thesis was to build a standardized test set up to study the properties of the biomembrane. Biomembrane permeability to small (glucose, lactate) molecules and different size proteins was investigated. In addition, the set up was modified to enable the investigation of biomembrane properties on the survival of the grafted cells. Finally, the test set up was evaluated by studying the properties of ProxiCorTM, the biomembrane currently used together with autologous atrial micrografts (AAMs) in epicardial patch.
As a result, the set up was successfully constructed and characterized. The ProxiCorTM membrane demonstrated permeability to both small molecules and proteins, and a stable pH was maintained across the membrane. ProxiCorTM enabled traverse serum-induced proliferation of cells compared to the control impermeable membrane. Taken together, these results prove the functionality of the test set up and thus support its further development.
|
| Keyword(s): | atrial micrografts biomembranes cell therapy epicardial biohybrid patch heart failure permeability |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Saarela_Sanna_Pro_gradu_2020.pdf | 3.588Mb |