Human Embryonic and Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cells as Preclinical Tools in Drug Discovery and Development

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151174
Title: Human Embryonic and Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cells as Preclinical Tools in Drug Discovery and Development
Author: Peltoniemi, Pasi
Other contributor: Helsingin yliopisto, Farmasian tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Helsingfors universitet, Farmaceutiska fakulteten
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2012
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151174
http://hdl.handle.net/10138/32824
Thesis level: master's thesis
Discipline: Biofarmaci
Biopharmacy
Biofarmasia
Abstract: Human embryonic stem cells (hESCs) and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) have two unique properties: the self-renewal capacity and the broad developmental potential. They both have their advantages and disadvantages, but the current perception is that hESCs and hiPSCs complement rather than replace each other. New scientific problems and ethical challenges will arise because stem cell research is developing rapidly. The potential of hiPSC and hESC technologies in drug discovery is tremendous. The human pluripotent stem cell (hPSC)-derived cells have a potential to replace a part of the current preclinical toxicity and efficacy screening tests and to prevent misrouted drug development and use for lead optimization at phases before clinical trials. The hPSC-based disease models can also narrow the gap between traditional animal models and clinical trials. One major challenge is the differentiation process of hPSCs into cells of the relevant tissue. The recent study of our laboratory shows that the liver cell-deried acellular matrix (ACM) promotes the hepatic commitment of hESCs. To create chemically defined, xeno-free and feeder-free culture matrices for the differentiation of the hESCs into hepatocyte-like cells (HLCs), the ECM components of the ACM were characterized. The results suggest that the ACM contains fibronectin, laminins. After the characterization, the object was to identify which of the ECM proteins are essential and effective in the differentiation. A three-step differentiation protocol with differenent ECM protein solutions was used to produce HLCs. The hESCs were first induced into definitive endoderm (DE) cells. The DE cells were committed to the bipotential hepatic progenitors positive for HNF4α and AFP. Finally the progenitors were differentiated into HLCs. The mRNA expression of albumin, CK8, CK18, AAT, and BCRP was increased in HLCs. All the derived HLCs were albumin positive. The hESCderived HLCs showed hepatic morphology, cytoplasmic vacuole characteristics, and functional albumin secretion. The chemically defined matrices showed a supportive role in the differentiation of the hESCs into HLCs. This study establishes an efficient, chemically defined, xeno-free system to produce HLCs as a cell source for pharmaceutical and developmental studies.Ihmisalkion kantasolujen (hESC-solut) ja indusoitujen pluripotenttien kantasolujen (hiPSCsolut) erityispiirteitä ovat lähes rajaton jakautumiskyky ja kyky erilaistua moniksi solutyypeiksi. Molemmilla solutyypeillä on hyvät ja huonot puolensa, mutta nykyinen käsitys on, että hESC- ja hiPSC-solut ennemminkin täydentävät kuin korvaavat toisiaan. Kantasolututkimus kehittyy nopeasti ja kohtaa koko ajan uusia tieteellisiä ongelmia sekä eettisiä haasteita. hESC- ja hiPSC-soluteknologiat ovat tuoneet paljon mahdollisuuksia lääkekehitykseen. Ne voivat tulevaisuudessa korvata nykyisin käytössä olevia prekliinisiä toksisuus- ja tehoseulontamenetelmiä ja auttaa havaitsemaan uusien lääkeainekandidaattimolekyylien ei-toivotut vaikutukset jo lääkekehitysprosessin aikaisessa vaiheessa. Haastava erilaistamisprosessi on yksi käyttöönoton isoimmista esteistä. Tutkimusryhmämme aikaisempi tutkimus osoitti, että liver cell-solujen soluväliaine edistää hESC-solujen erilaistamista maksasolujen kaltaisiksi soluiksi. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli luoda kemiallisesti selkeästi määriteltävät soluväliainematriksit, jotka tukevat hESC-solujen erilaistumista maksasolujen kaltaisiksi soluiksi. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että solujen soluväliaine sisältää fibronektiini-, laminiinis-proteiineja. Karakterisoinnin jälkeen tavoite oli tutkia, millä näistä soluväliaineproteiineista on vaikutusta erilaistamisprosessiin. Kolmivaiheisessa erilaistamisprosessissa käytettiin erilaisia soluväliaineproteiinimatrikseja. hESC-solut erilaistettiin ensin definitiivisen endodermin soluiksi, jotka erilaistettiin edelleen HNF4α- and AFP-proteiineja ilmentäviksi maksan esisoluiksi. Lopuksi maksan esisolut erilaistettiin maksasolujen kaltaisiksi soluiksi. Erilaistetut solut ilmentivät lähetti-RNA-tasolla albumiinia, sytokeratiini 8:a ja 18:a, α-antitrypsiiniä ja BCRP-proteiiniä. Solut muistuttivat ulkonäöltään hepatosyyttejä, muodostivat sytoplasmisia rakkuloita ja erittivät albumiinia. Soluväliainematriksit tukivat hESC-solujen erilaistumista maksasolujen kaltaisiksi soluiksi. Tutkimuksessa luotiin tehokas ja kemiallisesti määritelty systeemi, jonka avulla voidaan tuottaa maksansolun kaltaisia soluja. Sitä voidaan hyödyntää lääketutkimuksessa ja kehitysbiologisessa perustutkimuksessa.
Subject: human embryonic stem cells
human induced pluripotent stem cells
drug discovery and development
differentiation
hepatocytes
extracellular matrix
ihmisalkion kantasolut
ihmisen indusoidut pluripotentit kantasolut
lääkekehitys
erilaistaminen
maksasolut
soluväliaine


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record