Maljalla kasvatettujen aivojen toiminta

Alkaa
Alkaa kello
12.00
Paikka

Arvo-rakennus, Jarmo Visakorpi -sali, Arvo Ylpön katu 34

Meeri Mäkinen

FM Meeri Mäkisen väitöstilaisuus

Functionality of Brain in a Dish : Methods and study of electrophysiological phenomena in human pluripotent stem cell-derived neural networks (Maljalla kasvatettujen aivojen toiminta : Ihmisperäisistä kantasoluista erilaistettujen hermoverkkojen sähköinen toiminta ja sen tutkimusmenetelmiä)

Väitöskirja kuuluu solu- ja kudosteknologian alaan.

Vastaväittäjänä on professori Ulrich Egert (Freiburgin yliopisto, Saksa). Kustoksena toimii dosentti Susanna Narkilahti.

Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Sähköisesti aktiiviset hermoston solumallit auttavat ymmärtämään aivotoiminnan syntyperiä

Aivot tuottavat älylliset toimintomme, joita vaaditaan oppimiseen ja käyttäytymiseen, mieleen liikkeisiin ja tunteiden tuntemiseen. Tämä kaikki toteutetaan aivoissa sähköisesti aktiivisissa hermoverkoissa. Hermoverkot muodostuvat hermosoluista, jotka sikiöaikana ja myöhemmin yksilönkehityksessä löytävät yhteyden toisiinsa. Erilaiset aivojen sairaudet ja vauriot aiheuttavat hermosolujen ja -verkkojen toimintahäiriöitä, jotka heijastuvat aivotoimintaan esimerkiksi muistiongelmina tai näkökyvyn menetyksenä. Emme kuitenkaan täysin ymmärrä kuinka yksittäiset hermosolut ja -verkostot muodostavat terveiden tai sairaiden aivojen toiminnan. Filosofian maisteri Meeri Mäkinen pyrkii valottamaan asiaa väitöskirjassaan, jossa hän tutki sähköisen aktiivisuuden muodostumista ihmisperäisistä kantasoluista kasvatetuissa hermosoluissa ja -verkoissa laboratorio-olosuhteissa.

Sikiönkehityksen aikana aivojen rakenne ja sähköinen toiminta muuttuvat vaiheittain. Tätä on tutkittu paljon eläinten, erityisesti hiirten ja rottien aivoissa. Jyrsijöiden ja ihmisten aivojen rakenteellinen kehitys kuitenkin poikkeaa toisistaan. Tämä hankaloittaa ihmisaivojen kehityksen ymmärtämistä.

Ihmisperäisistä kantasoluista laboratoriossa tuotetut hermosolut muistuttavat alkion ja sikiön kehityksen aikana syntyviä hermosoluja. Nämä hermosolut kykenevät tuottamaan sähköistä aktiivisuutta yksittäin, mutta ne myös muodostavat sähköisesti aktiivisia verkostoja. Tällaisessa asetelmassa voidaan tarkastella yksityiskohtaisesti kuinka nämä ensimmäiset hermosolujen väliset yhteydet muodostuvat ja miten ne johtavat verkoston toiminnan muodostumiseen ihmisperäisissä hermoverkoissa, sanoo Meeri Mäkinen.

Jotta yksittäisten hermosolujen sähköisiä ominaisuuksia voitiin seurata samaan aikaan kun mitattiin laajemman verkoston ominaisuuksia, kehitti Mäkinen väitöskirjatyössään uusia mittaus- ja analyysityökaluja.

Vastasyntyneet hermosolut poikkeavat toiminnaltaan kypsistä hermosoluista. Ne muun muassa tuottavat heikompaa sähköistä aktiivisuutta, mikä puolestaan vaikeuttaa sähköisen aktiivisuuden mittausta koko verkostosta. Lisäksi on tärkeää saavuttaa mittaustarkkuus, jolla voidaan nähdä kuinka sadat hermosolut yhteistuumin muodostavat koko verkoston aktiivisuuden, toteaa Mäkinen.

Väitöskirjassa selviää, että ihmisen kantasoluista johdetuissa hermoverkoissa yksittäiset kypsyydeltään eroavat hermosolut muodostavat hermoverkon sähköisen aktiivisuuden tiiviin vuorovaikutuksen avulla. Nämä varhaiset ihmisperäiset hermoverkot hyödyntävät samoja yhteysmekanismeja sähköisen aktiivisuuden organisoimiseen kuin eläinperäiset hermoverkot, mutta eri tavoin. Tämä on lupaava alku varhaisen aivoaktiivisuuden ja siihen vaikuttavien tekijöiden takana olevien yksityiskohtien selvittämiseen.  

                                          ******

Mäkisen väitöskirja ilmestyy sarjassa Acta Universitatis Tamperensis; 2391, Tampere University Press, Tampere 2018. Väitöskirja ilmestyy myös sähköisenä sarjassa Acta Electronica Universitatis Tamperensis; 1900, Tampere University Press 2018.