Learning Centre

Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells into Dopaminergic Neurons on Brain Electrode Materials

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Peltola, Emilia
dc.contributor.author Mynttinen, Elsi
dc.date.accessioned 2016-08-26T08:59:40Z
dc.date.available 2016-08-26T08:59:40Z
dc.date.issued 2016-08-24
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/21557
dc.description.abstract Mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent cells that can differentiate into various cell types depending on their environment, but cannot undergo neurogenesis in normal conditions. In contrast, with the appropriate chemical and mechanical stimuli, these cells can be guided towards the neuronal lineage in vitro. Moreover, the generated neurons can be further directed into a dopaminergic (DA) subgroup. This process, however, requires optimal growth conditions, as well as suitable substrates for controlling the cell fate. In this thesis work, human MSCs (hMSCs) were differentiated into DA neurons on four different carbon-based materials and the differentiation process with and without differentiation factors was assessed by following markers related to neurogenesis. The substrate materials were tetrahedral amorphous carbon (ta-C), ta-C coated with poly-D-lysine (PDL), ta-C coated with carbon nanodiamonds (vox) and vox functionalized with brain-derived neurotrophic factor (BDNF). The differentiation medium was a cocktail of BDNF, sonic hedgehog (Shh) and fibroblast growth factors (FGF2 and FGF8). The expressions of glial fibrillary acidic protein (GFAP), nestin, neuron-specific enolase (NSE) and thyrosine hydroxylase (TH) were tracked by immunofluorescence staining and quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR). The results showed the ability of the differentiation medium to induce neuron-like morphology in the cells cultured for 12 days on all material types. In addition, the marker profiles revealed a positive effect of the nanostructures on the MSC differentiation, while PDL coating was found unfavorable for MSCs. Furthermore, the results also indicate that the differentiation process had not been fully completed by the day 12, implying a need for a longer period in culture. These experiments demonstrate various challenges related to developing an efficient protocol for DA differentiation from hMSCs, the most important being the optimization of the combined mechanical and chemical stimuli. Nevertheless, the use of MSCs holds great promise for therapeutic approaches in several medical conditions including spinal cord injuries and neurodegenerative disorders such as Parkinson’s disease. en
dc.description.abstract Mesenkymaaliset kantasolut (MSC) ovat multipotentteja soluja, jotka voivat erilaistua useiksi eri solutyypeiksi ympäristöstään riippuen, mutta eivät kuitenkaan normaalisti tuota hermosoluja. Näitä kantasoluja voidaan kuitenkin ohjata kohti hermosolulinjaa in vitro sopivien kemiallisten ja mekaanisten ärsykkeiden avulla. Tuotetut solut voidaan vielä erilaistaa tietyksi alaryhmäksi, kuten dopaminergisiksi neuroneiksi. Tämä prosessi vaatii kuitenkin optimaaliset kasvuolosuhteet, sekä sopivan materiaalialustan erilaistumisen säätelemiseksi. Tässä työssä ihmisen mesenkymaalisia kantasoluja erilaistettiin dopaminergisiksi neuroneiksi neljän erilaisen hiilipohjaisen materiaalin päällä ja tätä prosessia seurattiin neurogeneesiin liittyvien merkkiaineiden avulla sekä erilaistumismediassa että ilman erilaistumistekijöitä. Testatut materiaalit olivat tetrahedraalinen amorfinen hiili (ta-C), ta-C pinnotettuna poly-D-lysiinillä (PDL), ta-C hiilinanotimanttipinnoituksella (vox) ja vox funktionalisoituna BDNF:llä (brain-derived neurotrophic factor). Merkkiaineiden ilmentymistä seurattiin immunofluoresenssivärjäyksillä sekä kvantitatiivisella real-time polymeraasiketjureaktio -menetelmällä. Tuloksista nähtiin, että materiaalista riippumatta erilaistumismedia sai aikaan neuronien kaltaista morfologiaa soluissa, joita oli erilaistettu 12 päivän ajan. Lisäksi havaittiin nanopinnoitteen positiivinen vaikutus kantasolujen erikoistumiseen, kun taas PDL-pinnoitus vaikutti epäsuotuisalta MSC-solujen viljelyyn. Tuloksista pääteltiin myös, että erilaistumisprosessi saattoi vielä olla käynnissä 12 päivän kohdalla. Soluja voisi siksi olla tarpeen erilaistaa pidemmän ajanjakson ajan. Nämä kokeet osoittivat myös useita haasteita liittyen toimivan protokollan kehittämiseen MSC-solujen erilaistamiseksi opaminergisiksi neuroneiksi. Tärkein näistä on sopivien kemiallisten ja mekaanisten stimulusten yhdistäminen optimaaliseksi erilaistumisympäristöksi. Tulevaisuudessa näitä kantasoluja voitaisiin käyttää hoitomuotona useissa hermoston sairauksissa, esimerkiksi selkärangan vaurioissa sekä hermorappeumasairauksissa kuten Parkinsonin taudissa. fi
dc.format.extent 83 + 9
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells into Dopaminergic Neurons on Brain Electrode Materials en
dc.title Ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen erilaistaminen dopaminergisiksi neuroneiksi aivoelektrodimateriaaleilla fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword human mesenchymal stem cell en
dc.subject.keyword adult neurogenesis en
dc.subject.keyword dopaminergic neuron en
dc.subject.keyword tetrahedral amorphous carbon en
dc.subject.keyword carbon nanodiamond en
dc.subject.keyword brain electrode en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201608263016
dc.programme.major Biotroniikka fi
dc.programme.mcode S3037 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Laurila, Tomi
dc.programme BIO - Bioinformaatioteknologia (TS2005) fi
dc.location P1 fi
local.aalto.openaccess yes
dc.rights.accesslevel openAccess
local.aalto.idinssi 54232
dc.type.publication masterThesis
dc.type.okm G2 Pro gradu, diplomityö


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse