Verkkokalvon pigmenttiepiteeli (retinal pigment epithelium, RPE) on tiivis yksikerroksinen epiteelisolukerros, joka sijaitsee silmän takaosassa verkkokalvon ja suonikalvon välissä. RPE:llä ja sen alapuolella sijaitsevalla tukirakenteella, Bruchin kalvolla, on merkittävä tehtävä ylläpitää verkkokalvon toimintoja. Peruuttamattomat vauriot RPE:n toiminnassa johtavat asteittaiseen näkökyvyn heikkenemiseen ja lopulta sokeutumiseen verkkokalvon rappeumasairauksissa kuten verkkokalvon ikärappeumassa. Tällä hetkellä verkkokalvon ikärappeuman kuivaan muotoon ei ole olemassa parantavaa hoitokeinoa. Solusiirtoa, jossa vaurioituneet RPE-solut korvataan terveillä toiminnallisilla soluilla, pidetään mahdollisena tulevaisuuden hoitokeinona verkkokalvon rappeumasairauksiin. Ihmisen alkion kantasoluista erilaistetut RPE-solut (hESC-RPE) ovat osoittautuneet lupaavaksi solulähteeksi näihin solusiirtoihin eläinkokeissa ja ovat parhaillaan tutkimuksen kohteena ensimmäisissä kliinisissä hoitokokeissa.

RPE-solujen siirtämisen tiiviinä yksisolukerroksena tukirakenteen päällä on todettu auttavan solusiirteen selviytymistä ja sopeutumista vaurioituneelle verkkokalvon alueella. Useita biomateriaali-kasvualustoja on tutkittu mahdollisina tukirakenteina RPE-soluille, mutta nämä aiemmin ehdotetut rakenteet harvoin täyttävät tukirakenteelle asetettuja vaatimuksia. Lisäksi, nämä kasvualustat eivät muistuta koostumukseltaan RPE-solujen luontaista ympäristöä, Bruchin kalvoa, mikä saattaa vaikuttaa solujen tuotantoon laboratoriossa sekä solujen toimintakykyyn solusiirroissa. Useat tutkituista kasvualuista sisältävät myös ihmiselle vieraita aineita, ja kasvualustojen testaukset tehdään pääosin kaupallisilla kuolemattomiksi tehdyillä solulinjoilla kliiniseen käyttöön soveltumattomissa olosuhteissa.

Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli kehittää biomateriaalipohjaisia kasvualustoja hESC-RPE soluille. Tutkimuksessa keskityttiin kehittämään ihmisperäisiä ja synteettisiä kasvualustoja, jotka muistuttavat RPE-solujen luontaista ympäristöä silmässä ja tukevat hESC-RPE solujen kasvua seerumittomissa viljelyolosuhteissa. Tavoitetta lähestyttiin kolmella eri tavalla. Ensiksi tutkittiin useita ihmisen Bruchin kalvon luontaisia proteiinipinnoitteita sekä kaupallisia soluviljelypinnoitteita hESC-RPE solujen kasvatusalustana solujen erilaistuksessa sekä kypsymisessä. Siitä huolimatta, että hESC-RPE solujen alkuvaiheen erilaistuksessa ei löydetty eroja eri proteiinipinnoitteiden välillä, solujen kypsyessä proteiinipinnoitteiden huomattiin vaikuttavan merkittävästi solujen rakenteeseen, toimintaan sekä soluväliaineproteiinien tuotantoon.

Seuraavaksi Bruchin kalvon rakennetta ja koostumusta jäljittelevä kasvualusta tehtiin ihmisperäisistä kollageeneista Langmuir-Schaefer (LS) tekniikalla. Valmistuksessa käytettiin vain bioyhteensopivia ainesosia. LS-kalvojen kerroksittainen ja kuitumainen rakenne muistutti Bruchin kalvon RPE:n läheisen kerroksen rakennetta. Lisäksi LS-kalvot tukivat paremmin hESC-RPE solujen kypsymistä ja toiminnallisuutta seerumittomissa viljelyolosuhteissa pelkkään proteiinipinnoitteiseen verrattuna.

Viimeiseksi tässä väitöskirjatyössä valmistettiin biohajoava siirtomateriaali hESC-RPE soluille synteettisestä polymeeristä sähkökehruutekniikalla. Valmistettu siirtomateriaali pintakäsiteltiin ja päällystettiin kollageeni-proteiinipinnoituksella hESC-RPE solujen kiinnittymisen ja kypsymisen edistämiseksi. Nämä biohajoavat siirtomateriaalit koostuivat satunnaisesti järjestäytyneistä säikeistä ja läpäisivät pienimolekyylistä yhdistettä. Materiaalien säiemäinen ja huokoinen rakenne muistutti Bruchin kalvon rakennetta. Pintamuokatut ja proteiini pinnoitetut biohajoavat siirtomateriaalit tukivat toiminnallisen hESC-RPE:n muodostumista seerumittomassa viljely-ympäristössä, minkä vuoksi nämä ovat lupaavia tukirakenteita verkkokalvon kudosteknologisiin sovelluksiin.

Tämä väitöskirjatyö on tuonut merkittävästi lisätietoa hESC-RPE solujen vuorovaikutuksesta biomateriaali-kasvualustoilla. Tässä työssä esitetään useita lupaavia tekniikoita biomimeettisen ympäristön valmistukseen hESC-RPE solujen in vitro-tuotantoa varten. Lisäksi, tässä väitöskirjassa esiteltyjen töiden tuloksia voidaan hyödyntää biomateriaalirakenteiden suunnittelussa ja soluterapia sovelluksissa verkkokalvon kudosteknologiassa.