Co-culture system development for endothelial cells and cardiomyocytes

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2019-09-30

Department

Major/Subject

Biomedical Engineering

Mcode

SCI3059

Degree programme

Master’s Programme in Life Science Technologies

Language

en

Pages

vii + 58

Series

Abstract

The human heart consists of several different cell types, the main types being cardiomyocytes and endothelial cells. Different cell types interact constantly with each other, which affects their function. This interaction and its effects were studied by developing a co-culture system, in which induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes and endothelial cells were cultured together as a co-culture. Additionally, in the inner lining of blood vessels endothelial cells are constantly exposed to shear stress caused by blood flow. This kind of environment was simulated by culturing endothelial cells on a slide that was attached to a flow system, in which a pump pushed medium to move through the slide. The co-cultures and flow-cultures were studied using fluorescence microscopy and single-cell RNA-sequencing. Cardiomyocytes and endothelial cells were viable in co-cultures, and flow made endothelial cells to align parallel to the flow direction. Culturing iPS-derived endothelial cells together with iPS-derived cardiomyocytes increased expression of arterial and venous genes in iPS-endothelial cells but had little effect on gene expression of iPS-cardiomyocytes. Shear stress caused by flow evoked a healthier endothelial cell phenotype, since it upregulated genes that affect important endothelial functions such as vascular tone regulation and angiogenesis.

Ihmisen sydän koostuu useista eri solutyypeistä, joista tärkeimmät ovat kardiomyosyytit ja endoteelisolut. Eri solutyypit vuorovaikuttavat jatkuvasti toistensa kanssa, mikä vaikuttaa niiden toimintaan. Tätä vuorovaikutusta ja sen seurauksia tutkittiin kehittämällä yhteisviljelysysteemi, jossa indusoiduista pluripotenteista kantasoluista tuotettuja kardiomyosyyttejä ja endoteelisoluja viljeltiin samassa yhteisviljelmässä. Lisäksi, verisuonten sisäpinnalla endoteelisolut altistuvat jatkuvasti veren virtauksen aiheuttamalle leikkausjännitykselle. Tällaista ympäristöä simuloitiin viljelemällä endoteelisoluja kanavalevyllä, joka kiinnitettiin virtaussysteemiin, jossa pumppu saa aikaan solumediumin virtauksen kanavalevyn läpi. Yhteisviljelmiä ja virtausviljelmiä tutkittiin käyttämällä fluoresenssimikroskopiaa ja yksisolu-RNA-sekvensointi-menetelmää. Kardiomyosyytit ja endoteelisolut olivat elinkykyisiä yhteisviljelmissä, ja virtaus sai endoteelisolut asettumaan virtauksen suuntaisesti. Endoteelisolujen viljely kardiomyosyyttien kanssa lisäsi sekä valtimoille että laskimoille ominaisten geenien ekspressiota endoteelisoluissa, mutta yhteisviljelyllä ei ollut juurikaan vaikutusta kardiomyosyyttien geeniekspressioon. Virtauksen aiheuttama leikkausjännitys sai aikaan terveemmän endoteelisolujen fenotyypin, koska se lisäsi tärkeisiin endoteelifunktioihin, kuten verisuonen seinämän supistusasteeseen ja verisuonten kehittymiseen, vaikuttavien geenien ekspressiota.

Description

Supervisor

Koskelainen, Ari

Thesis advisor

Helle, Emmi

Keywords

cardiomyocytes, endothelial cells, co-culture, shear stress

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201910275941

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI