Iskeeminen sydänsairaus on maailmanlaajuisesti yleisin sydän- ja verisuonitauti ja kuolinsyy. Iskemia, eli kudoksen paikallinen hapenpuute, johtuu sydämessä yleensä sepelvaltimotukoksesta, joka rajoittaa tai estää veren virtausta sydänlihaskudoksessa. Ajoissa toteutettu reperfuusio, eli verenkierron palauttaminen sydänlihaskudokseen on oleellinen osa iskeemisen sydänsairauden hoitoa, mutta aiheuttaa aluksi lisää vauriota sydänkudokseen. Martta Häkli tutki väitöskirjassaan kantasolujen käyttöä iskeemisen sydänsairauden mallintamiseen.

Iskemia-reperfuusiovaurion tutkimukseen on panostettu paljon, mutta eläinkokeista saatuja tuloksia on ollut vaikea toistaa ihmisissä. Tämä johtuu osittain lajien välisistä fysiologisista eroista.

– Tarvitaan myös ihmisperäisiä malleja iskeemiseen sydänsairauteen, kertoo Häkli.

Ihmisen erittäin monikykyisiä kantasoluja voidaan tuottaa minimaalisesti invasiivisistä veri- tai ihonäytteistä saaduista soluista indusoimalla tiettyjen geenien ilmentymistä (human induced pluripotent stem cells, hiPSC). Näitä kantasoluja voidaan uudelleen erilaistaa halutuksi solutyypiksi, kuten sydänlihas- tai hermosoluiksi, joita on vaikea saada tutkimuskäyttöön invasiivisistä koepaloista ihmisen sydämestä tai hermostosta. hiPSC-sydänlihassolut eivät kuitenkaan täysin vastaa aikuisen, vaan ennemmin sikiön kehittymättömämpiä sydänlihassoluja, mikä vaikeuttaa niiden hyödyntämistä tutkimuksessa ja kliinisissä sovelluksissa.

Häkli tarkastelee väitöskirjassaan hiPSC-sydänlihassolujen kehittymättömyyttä ja hyödyntämistä ihmisperäisenä sydämen iskemiamallina. Hän keskittyi kartoittamaan iskemian ja reperfuusion vaikutusta hiPSC-sydänlihassoluihin ja erityisesti niiden toiminnallisiin ominaisuuksiin erilaisia analyysimenetelmiä hyödyntäen.

– Sydänlihassoluilla on tärkeä toiminnallinen tehtävä, kun ne saavat aikaan sydämen sykkeen erittäin koordinoidulla supistumisella ja rentoutumisella. Tämän vuoksi sydänlihassolujen toiminnallisten ominaisuuksien, kuten sähköisen toiminnan tutkiminen tautimallinnuksessa on tärkeää. Tätä on tutkittu vain vähän hiPSC-sydänlihassoluissa iskemian ja reperfuusion aikana, vaikka sähköisten ominaisuuksien muutoksien tiedetään aiheuttavan potilaissa esimerkiksi vakavia rytmihäiriöitä, Häkli kertoo.

Väitöskirjatutkimuksen toinen tärkeä aspekti oli iskemiamallintamiseen käytetty laitteisto, joka on kehitetty Tampereen yliopiston Monikudosmallintamisen huippuyksikössä. Laitteiston avulla pystyttiin säätelemään ja tarkkailemaan reaaliajassa sydänlihassolujen happipitoisuutta ja mittaamaan niiden sähköisiä ominaisuuksia. Näin saatiin tarkka kuva siitä, miten nopeasti solukasvatuksen happipitoisuus muuttuu iskemian ja reperfuusion aikana ja vertaamaan happipitoisuuden muutoksia sydänlihassolujen toiminnallisuuteen, kuten syketaajuuteen.

– Monissa alan tutkimuksissa solukasvatuksen happipitoisuutta ei ole mitattu välttämättä lainkaan, jolloin ei voida tarkasti tietää, miten happipitoisuus todellisuudessa muuttuu. Käytetty laitteisto mahdollistaa myös näytteiden keräämisen yksi kerrallaan, mikä minimoi näytteiden altistumisen huoneilmalle. Tämä on tärkeää, kun tutkitaan tiettyjen proteiinien ilmentymistä, jotka hajoavat huoneilman hapen vaikutuksesta nopeasti, Häkli sanoo.

Väitöskirjatutkimuksessa hiPSC-sydänlihassoluissa havaittiin samankaltaisia vasteita happipitoisuuden muuttuessa, kuin aikuisen sydänlihassoluissa nähdään iskemian ja reperfuusion aikana. Tämä osoittaa, että hiPSC-sydänlihassoluja voidaan hyödyntää sydämen iskemiamallinnuksessa.

Väitöskirjatutkimus on tehty Katriina Aalto-Setälän johtamassa Sydänryhmässä Tampereen yliopistossa, jossa Häkli toistaiseksi jatkaa työskentelyään väitöskirjan aihepiiriin kuuluvien jatkoprojektien parissa.

Diplomi-insinööri Martta Häklin biolääketieteen tekniikan alaan kuuluva väitöskirja Stem cell-based cardiac ischemia model tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa perjantaina 19. elokuuta.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)