VASKULARISOITUNEIDEN RAKENTEIDEN VALMISTAMINEN HYDROGEELI-POHJAISILLA MENETELMILLÄ IN VITRO

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "VASKULARISOITUNEIDEN RAKENTEIDEN VALMISTAMINEN HYDROGEELI-POHJAISILLA MENETELMILLÄ IN VITRO"

Transkriptio

1 Sara Inget VASKULARISOITUNEIDEN RAKENTEIDEN VALMISTAMINEN HYDROGEELI-POHJAISILLA MENETELMILLÄ IN VITRO Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta Kandidaatintyö Joulukuu 2020

2 i TIIVISTELMÄ Sara Inget: Vaskularisoituneiden rakenteiden valmistaminen hydrogeeli-pohjaisilla menetelmillä in vitro Kandidaatin työ Tampereen yliopisto Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma, Biotekniikka Joulukuu 2020 Yksi suurimmista haasteista kudosteknologiassa on vaskularisaation muodostaminen kudosrakenteisiin. Aikaisemmin kudosmallit ovat olleet hyvin yksinkertaisia ja ohuita, jolloin hapen ja ravinteiden diffuusio kasvatusliuoksesta soluille on ollut riittävää. Kudosmallien paksuuden kasvaessa ravinteiden diffuusio rakenteen ulkopuolelta ei kuitenkaan enää riitä, jolloin rakenteen keskellä sijaitsevat solut kuolevat. Verisuonien muodostaminen kudosmalleihin on siten välttämätöntä monimutkaisempien ja suurempien kudosten valmistamiseksi. Verenkierto on tärkeä osa lähes kaikkien kudosten rakennetta ja toimintaa, joten vaskularisaation avulla kudosmallit vastaavat entistä paremmin niiden luonnollisia funktioita. Tässä työssä perehdytään hydrogeeli-pohjaisiin menetelmiin, joilla voidaan valmistaa vaskularisoitavia rakenteita. Tavoitteena on muodostaa yleiskuva valmistusmenetelmistä ja niihin liittyvistä haasteista. Hydrogeelien rakenne ja ominaisuudet muistuttavat soluväliainetta ja mahdollistavat solujen adheesion ja levittäytymisen rakenteeseen. Verisuonirakenteita voidaan valmistaa muodostamalla valmiita kanavia hydrogeeleihin ja antamalla solujen levittäytyä kanavien pinnoille ja muualle rakenteeseen tämän jälkeen. Suurempien verisuonien valmistuksessa tämä lähestymistapa takaa nopeamman verisuoniverkoston muodostumisen. Pienimpien kapillaarisuonien kokoisia kanavia ei kyetä nykytekniikalla valmistamaan valmiiksi soluja varten, joten kapillaariverkostojen valmistamisessa hyödynnetään endoteelisolujen luonnollista taipumusta levittäytyä ja muodostaa uusia kapillaarisuonia hydrogeeliin. Vaskularisoitavissa hydrogeelirakenteissa on käytetty useita polymeerejä ja niiden yhdistelmiä. Kollageeni ja gelatiini ovat yleisimmin käytettyjä luonnon polymeerejä. Ne ovat hyvin yhteensopivia solujen kanssa ja tarjoavat useita sitoutumiskohtia mahdollistaen solujen adheesion ja levittäytymisen hydrogeeliin. Synteettisistä hydrogeeleistä polyetyleeniglykolin (PEG) johdannaiset ovat olleet käytetyimpiä ja ne ovat mekaanisilta ominaisuuksiltaan vahvempia kuin luonnon polymeerit. Synteettisten ja luonnon polymeerien yhdistäminen samaan hydrogeeliin antaa todennäköisesti parhaat lähtökohdat uusien hydrogeelien suunnitteluun ja kestävämpien vaskulaaristen rakenteiden valmistamiseen. Yksinkertaisimmat menetelmät perustuvat hydrogeelien valamiseen erilaisten muottien avulla. Valumenetelmien käyttö rajoittuu kuitenkin suurempien kanavarakenteiden valmistukseen. Pehmeän litografian avulla kanavarakenteiden resoluutiota on pystytty parantamaan ja entistä pienempiä ja monimutkaisempia kanavaverkostoja voidaan valmistaa hydrogeeleihin. 3Dbioprinttaus on tällä hetkellä potentiaalisin menetelmä monimutkaisimpien kolmiulotteisten verkostojen valmistamiseksi. Sen avulla kanavien arkkitehtuuri voidaan suunnitella hyvin monipuoliseksi, mutta toteuttamisessa on vielä paljon haasteita ratkaistavana. 3Dprinttauksella on kyetty valmistamaan lähes kapillaarisuonien kokoa vastaavia kanavia, mutta nykyisten hydrogeelien kestävyydestä ei vielä tiedetä tarpeeksi pitkäikäisten kudosmallien valmistamiseksi. Myöskään pitkäaikaisen ja jatkuvan perfuusion vaikutusta kanavarakenteisiin ei vielä tiedetä, sillä tutkimusjaksot ovat olleet vain muutaman viikon pituisia. Kudosmallien koon kasvaessa rakenteeseen kohdistuva rasitus tulee kuitenkin vain kasvamaan, joten hydrogeelien kehittäminen on avainasemassa vaskulaaristen rakenteiden valmistuksessa. Avainsanat: hydrogeeli, vaskularisaatio, verisuonimalli Tämän julkaisun alkuperäisyys on tarkastettu Turnitin OriginalityCheck ohjelmalla.

3 ii ALKUSANAT Tämä kandidaatintyö on tehty Tampereen yliopiston Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekuntaan osana tekniikan kandidaatin tutkintoa. Haluan kiittää erityisesti ohjaajaani Jennika Karvista mielenkiintoisesta aiheesta sekä kommenteista ja parannusehdotuksista työtä tehdessäni. Lisäksi haluan kiittää ystäviäni, joilta sain arvokasta vertaistukea ja palautetta työstäni. Tampereella, Sara Inget

4 iii SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO VERISUONTEN ANATOMIA JA FYSIOLOGIA HYDROGEELIT KUDOSTEKNOLOGIASSA Hydrogeelien yleisiä ominaisuuksia Hydrogeelien yhteensopivuus ja vuorovaikutus solujen kanssa Hydrogeelien hajoaminen VASKULARISOITUNEISSA HYDROGEELIRAKENTEISSA KÄYTETTÄVIÄ MATERIAALEJA Luonnon hydrogeelit Synteettiset hydrogeelit Hybridihydrogeelit Solutyypit Endoteelisolut Rakennetta tukevat solut VASKULARISOITUNEIDEN HYDROGEELIRAKENTEIDEN VALMISTUSMENETELMIÄ Mikrokanavien muodostaminen kiinteillä objekteilla Uhrimateriaalin käyttäminen Mikrokanavien muodostaminen litografisilla menetelmillä Vaskulaaristen rakenteiden modulaarinen valmistaminen D- ja 4D-bioprinttaus VASKULARISOITUNEIDEN KUDOSMALLIEN KÄYTTÖ TAUTIMALLINNUKSESSA JA LÄÄKKEIDEN TESTAUKSESSA Body-on-chip Verenkierron häiriöt ja niihin liittyvät sairaudet Veri-aivoesteen tutkiminen lääkeaineiden kehityksessä VASKULAARISTEN RAKENTEIDEN VALMISTAMISEN HAASTEET JA TULEVAISUUS YHTEENVETO LÄHTEET... 43

5 iv LYHENTEET JA MERKINNÄT 3D 3T3 4D α-sma AA-MA BBB bfgf BMEC CD31 DTT EDTA FITC GelMA HA HCAEC HUVEC ipsc ipsc-ec LF Map2 MMP NSC PAM PBS PDMS PEG PEGDA PEGTA PGA PLA PLGA PLLA polyhema PVA RGD TEER VE-kadheriini VEGF Kolmiulotteinen Soluviljelmissä käytetty fibroblasti-solulinja Neliulotteinen Sileän lihaksen alfa aktiini, (eng. alpha smooth muscle actin) Metakryloitu alginaatti Veri-aivoeste (eng. blood-brain barrier) Emäksinen fibroblastikasvutekijä (eng. basic fibroblast growth factor) Aivojen verisuonten endoteelisolu (eng. brain microvascular endothelial cell) Verihiutaleiden endoteelisolujen adheesiomolekyyli Ditiotreitoli Etyleenidiamiinitetraetikkahappo Fluoreseiini-isotiosyanaatti Gelatiini metakrylaatti Hyaluronihappo Ihmisen sepelvaltimon endoteelisolu (eng. human coronary artery endothelial cell) Ihmisen napalaskimon endoteelisolu (eng. human umbilical vein endothelial cell) Indusoitu pluripotentti kantasolu (eng. induced pluripotent stem cell) Indusoiduista pluripotenteista kantasoluista erilaistettu endoteelisolu (eng. induced pluripotent stem cell derived endothelial cell) Keuhkon fibroblasti (eng. lung fibroblast) Mikrotubuluksiin liittyvä proteiini 2 (eng. microtubule-associated protein 2) Matriksin metalloproteinaasi Hermokantasolu (eng. neural stem cell) Polyakryyliamidi Fosfaattipuskuroitu suolaliuos (eng. phosphate-buffered salin) Polydimetyylisiloksaani Polyetyleeniglykoli Polyetyleeniglykoli diakrylaatti Polyetyleeniglykoli tetra-akrylaatti Polyglykolidi Polylaktidi Poly(laktidi-ko-gykolidi) Poly-L-laktidi Poly-2-hydroksietyyli metakrylaatti Polyvinyylialkoholi Arg-Gly-Asp -aminohapposekvenssi Endoteelikerroksen yli oleva sähköinen resistanssi (eng. transendothelial electrical resistance) Endoteelisoluille spesifinen adheesiomolekyyli (eng. vascular endothelial cadherin) Verisuonikasvutekijä (eng. vascular endothelial growth factor)

6 1 1. JOHDANTO Kudosteknologian sovelluksissa pyritään mallintamaan oikeiden kudosten ominaisuuksia ja piirteitä mahdollisimman hyvin. Yksi tärkeimmistä ominaisuuksista kudoksissa ovat verisuonisto ja verenkierto, sillä ne takaavat solujen hapen ja ravinteiden saamisen ja kuljettavat kuona-aineita pois. Happi ja ravinteet siirtyvät verenkierrosta diffuusiolla ympäröivään kudokseen. Jotta diffuusionopeus olisi riittävä solujen tarpeisiin, solujen tulee sijaita noin μm:n päässä lähimmästä verisuonesta [1]. Vaskularisaation eli verisuonituksen puuttuminen rajoittaa siten valmistettavien kudosmallien paksuutta ja estää etenkin isojen kolmiulotteisten kudosten ja elinten mallintamisen in vitro. Vaskulaaristen kudosmallien valmistaminen auttaa ymmärtämään verisuonien muodostumisen mekanismeja, verenkiertoelimistön fysiologiaa ja sairauksia, sekä mahdollistaa monimutkaisempien kudosten ja elinten rakentamisen. Vaskularisoituneiden rakenteiden valmistamiseen tarvitaan materiaaleja, joiden ominaisuudet muistuttavat mahdollisimman hyvin verisuonten luonnollisia olosuhteita. Verisuonet ja ympäröivä soluväliaine ovat pehmeää kudosta, joten käytettävien materiaalien on oltava pehmeitä, mutta myös tarpeeksi vahvoja kestääkseen verisuoniin kohdistuvan mekaanisen rasituksen. Lisäksi tärkeää on yhteensopivuus solujen kanssa. [2] Hydrogeelit soveltuvat pehmeiden kudosten valmistamiseen hyvin, sillä ne pystyvät varastoimaan rakenteensa sisään paljon vettä. Vesi mahdollistaa molekyylien diffuusion materiaalin läpi, aivan kuten soluväliaineessa. Hydrogeelit koostuvat ristisilloittuneista polymeereistä, jotka muodostavat verkkomaisen kolmiulotteisen rakenteen. Ristisiltojen sidostyypeistä riippuen hydrogeelien mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat hieman, mutta yleisesti niitä voidaan kuvata viskoelastisiksi. Hydrogeelien ominaisuuksia voidaan räätälöidä käyttötarkoitukseen sopivaksi muokkaamalla ja yhdistelemällä polymeerejä, mikä mahdollistaa erilaisten valmistusmenetelmien käytön sekä yhteensopivuuden solujen kanssa. [2] Tässä kirjallisuuskatsauksessa perehdytään vaskulaaristen rakenteiden valmistusmenetelmiin eri hydrogeeleillä in vitro. Lisäksi tarkastellaan niiden

7 2 käyttökohteita sairauksien tutkimisessa ja lääkeaineiden kehityksessä. Tavoitteena on muodostaa hyvä yleiskuva erilaisista valmistusmenetelmistä ja niihin liittyvistä haasteista sekä ymmärtää vaskularisoitumisen rooli osana monimutkaisia kudosmalleja. Aluksi työssä käsitellään verisuonten rakennetta ja hydrogeelien yleisiä ominaisuuksia, jotta ymmärretään, mihin näiden mallien valmistuksessa pyritään ja miksi hydrogeelit soveltuvat tähän käyttötarkoitukseen. Tämän jälkeen käsitellään rakenteisiin käytettäviä polymeerejä ja solutyyppejä. Laajimmassa osuudessa käydään läpi erilaisia valmistusmenetelmiä esimerkkien kautta, alkaen yksinkertaisemmista valumenetelmistä ja päättyen uusimpiin 3D-bioprinttausmenetelmiin. Sitten perehdytään vaskularisoituneiden rakenteiden sovelluskohteisiin sairauksien mallinnuksessa ja lääkeaineiden kehityksessä. Viimeisenä pohditaan, mitä haasteita vaskularisoitujen rakenteiden valmistamisessa tällä hetkellä on ja minkälaisia mahdollisuuksia ne avaavat kudosteknologian tutkimukselle ja sovelluksille tulevaisuudessa.

8 3 2. VERISUONTEN ANATOMIA JA FYSIOLOGIA Verisuonisto mahdollistaa hapen ja ravinteiden kulkeutumisen kudoksiin solujen käyttöön ja kuona-aineiden kuljettamisen puhdistettavaksi ja eritettäväksi pois elimistöstä. Verisuonet voidaan jakaa sydämestä poispäin lähteviin valtimoihin, sydäntä kohti kulkeviin laskimoihin sekä laskimoiden ja valtimoiden välissä sijaitseviin kapillaarisuoniin, joissa tapahtuu ravinteiden vaihto kudosten ja veren välillä. Verisuonten koko, rakenne ja ominaisuudet vaihtelevat sijainnin ja ympäröivien olosuhteiden takia, mutta niissä on kuitenkin samankaltainen perusrakenne. [3] Verisuonen seinämä koostuu kolmesta kerroksesta, jotka ovat tunica intima, tunica media ja tunica adventitia, kuten kuva 1 havainnollistaa. Seinämän sisin kerros, tunica intima, koostuu tiiviin kerroksen muodostavista endoteelisoluista ja tyvikalvosta. Tunica intima ympäröi onteloa eli luumenia, jossa veri virtaa. Endoteelisolut ovat suorassa kontaktissa veren kanssa, ja ne osallistuvat muun muassa veren virtauksen säätelyyn, immuunivasteeseen, angiogeneesiin eli verisuonten uudismuodostukseen ja molekyylien kulkuun veren ja ympäröivän kudoksen välillä. Kapillaarisuonien rakenteessa on vain tämä ohut kerros, mikä mahdollistaa molekyylien nopean kulkeutumisen seinämien läpi. [3] Seinämän permeabiliteetti eli läpäisevyys riippuu endoteelisolujen tiiviydestä ja yleensä alle 40 kda kokoiset molekyylit voivat tihkua seinämän läpi, kun taas sitä suuremmat molekyylit vaativat aktiivista kuljetusta [4]. Tunica media on seinämän keskimmäinen kerros, ja se koostuu sileästä lihaskudoksesta sekä elastisesta sidekudoksesta. Keskimmäinen kerros on tärkeä erityisesti valtimoiden rakenteessa, ja valtimoissa se on huomattavasti paksumpi kuin laskimoissa. Lihaskudoksen ja elastisen sidekudoksen suhde vaihtelee eri valtimoissa sen mukaan, kuinka kaukana ne sijaitsevat sydämestä. Elastisempi rakenne kestää paremmin sydämen pumppaamisen aiheuttaman korkean verenpaineen, kun taas lihaksikkaampi rakenne mahdollistaa veren virtaamisen säätelyn ja ohjaamisen eri kudoksiin kauempana sydämestä. Sileiden lihassolujen supistumisen avulla säädellään verisuonten läpimittaa ja siten ohjataan verta sitä tarvitseviin kudoksiin sekä säädellään verenpainetta. [3] Ulommaisin kerros eli tunica adventitia koostuu pääosin kollageenipitoisesta sidekudoksesta, fibroblasteista ja hermoista. Uloin kerros kiinnittää verisuonen

9 4 ympäröivään kudokseen, ja suurissa laskimoissa ulommaisin kerros on usein paksuin. Suurissa verisuonissa ulommainen kerros sisältää myös pienempiä verisuonia, jotka tuovat happea ja ravinteita seinämän soluille. [3] Kuva 1. Verisuonen perusrakenne koostuu kolmesta kerroksesta, jotka ovat sisältä ulospäin tunica intima, tunica media ja tunica adventitia. Kerrosten paksuus ja koostumus vaihtelee hieman eri verisuonien välillä. Kuva muokattu lähteestä [3]. Kapillaarisuonet ovat kaikista pienimpiä suonia, ja niiden läpimitta on noin 4 10 μm [3]. Ne levittäytyvät kudoksiin ympäri elimistöä, ja niiden avulla yksittäiset solut saavat tarvitsemansa ravinteet. Kapillaarisuonien seinämä on hyvin ohut, joten ravinteiden siirtyminen sen läpi on nopeaa. Tutkimuksissa on huomattu, että solujen tulisi olla noin μm:n päässä verisuonesta, jotta hapen diffuusio olisi riittävää [1]. Varsinkin paksummissa kudoksissa kapillaarien on siis levittäydyttävä hyvin laajalle alueelle, jotta solut eivät ajautuisi nekroosiin eli hallitsemattomaan solukuolemaan. Solujen kärsiessä hypoksiasta eli hapenpuutteesta ne alkavat erittää verisuonten endoteelisolujen kasvutekijää (VEGF), joka edistää angiogeneesiä. Angiogeneesissä uudet verisuonet muodostuvat olemassa olevista verisuonista endoteelisolujen alkaessa muodostaa uuttaa haaraa seinämään. Aikuisella angiogeneesiä tapahtuu luontaisesti esimerkiksi haavan paranemisen yhteydessä ja kasvaimien muodostumisessa. Vaskulogeneesissä verisuonet muodostuvat de novo, eli paikalla ei ole ennestään verisuonia, esimerkiksi alkionkehityksen aikana. Näitä mekanismeja hyödynnetään myös vaskulaaristen kudosmallien rakentamisessa. [5]

10 5 3. HYDROGEELIT KUDOSTEKNOLOGIASSA Hydrogeelit koostuvat ristisilloitetuista polymeereistä, jotka muodostavat kolmiulotteisen verkkomaisen rakenteen. Hydrofiilisten polymeerien ansiosta hydrogeelit kykenevät varastoimaan rakenteensa sisään suuria määriä vettä, mikä tekee niistä hyvin samankaltaisen ympäristön solujen luonnollisen ympäristön kanssa. Polymeerit antavat rakenteelle mekaanista tukea, mutta rakenne on kuitenkin joustava, mikä tekee hydrogeeleistä käyttökelpoisen materiaalin etenkin pehmeiden kudosmallien valmistamisessa. [6] 3.1 Hydrogeelien yleisiä ominaisuuksia Hydrogeelien geeliytyminen tapahtuu joko heikoilla vuorovaikutuksilla tai kovalenttisilla sidoksilla polymeeriketjujen välillä. Fysikaalinen, heikkoihin vuorovaikutuksiin perustuva ristisilloittuminen voi tapahtua itsestään oikeissa olosuhteissa, kuten esimerkiksi kollageenihydrogeeleissä, joissa liuenneet säikeet muodostavat kuitumaisen verkkorakenteen huoneenlämmössä [7]. Fysikaalinen sitoutuminen tapahtuu esimerkiksi vetysidoksilla, van der Waalsin voimilla, sähköisillä vuorovaikutuksilla, hydrofobisilla vuorovaikutuksilla tai polymeerien kietoutumisella toisiinsa [8]. Ristisilloitus voidaan aikaansaada ulkoisella ärsykkeellä esimerkiksi ph:n ja lämpötilan muutoksilla tai näkyvällä valolla. Polymeerejä voidaan myöskin muokata esimerkiksi funktionaalisilla ryhmillä, jolloin niiden laskostumiseen ja sidosten luonteeseen voidaan vaikuttaa ja siten muuttaa hydrogeelin ominaisuuksia. [6, 7] Geeliytyminen fysikaalisilla sidoksilla on yleensä varsin helppo toteuttaa ja ne ovat soluille melko turvallisia menetelmiä, sillä menetelmät eivät yleensä vaadi toksisia reagensseja. [6, 8] Kovalenttinen ristisilloittaminen voidaan tehdä usealla eri tavalla. Yleisiä menetelmiä ovat esimerkiksi kemialliset ristisilloittajat (crosslinkers), kuten glutaraldehydi, Michaeladditio, Diels-Alder-reaktio, entsymaattinen silloittaminen esimerkiksi piparjuuriperoksidaasilla tai transglutaminaasilla, imiinisidokset, UV-säteily ja hapetuspelkistysreaktiot. [8 11] Näillä menetelmillä saadaan muodostettua vahvoja ristisiltoja, mutta soluja sisältävien hydrogeelien kanssa rajoitukseksi muodostuu solujen sietokyky käytetylle menetelmälle ja reagensseille. [6, 8] Näin ollen geeliytymisajan on oltava tarpeeksi lyhyt ja reaktioiden mahdollisimman lempeitä soluille, jotta ne eivät vaurioidu liikaa ja selviävät elinkykyisinä geeliytymisestä. Käytettyjen reagenssien ja menetelmän lisäksi reaktioiden mahdolliset väli- ja lopputuotteet voivat olla soluille vaarallisia.

11 6 Esimerkiksi UV-säteilyn avulla tapahtuva silloittaminen voi tuottaa vapaita radikaaleja, jotka ovat soluille vaarallisia [8]. Hydrogeeliverkon koko kertoo kuinka tiheästi polymeerit ovat muodostaneet sidoksia eli rakenteen huokoisuus riippuu ristisilloittumisen asteesta. Huokoisuus vaikuttaa molekyylien kulkeutumiseen rakenteessa ja verkon koko on yhteydessä myös hydrogeelin mekaanisiin ominaisuuksiin ja turpoamiskykyyn, sillä tiheä verkko jäykistää rakennetta. [7, 12] Hydrogeelien turpoamiskyky kertoo niiden kyvystä varastoida vettä rakenteeseensa. Tämä ominaisuus riippuu polymeerien konsentraatiosta, hydrofiilisyydestä ja ristisilloittumisen asteesta, sillä jäykempi rakenne kykenee yleensä turpoamaan vähemmän. Turpoamiskyky voidaan määritellä antamalla materiaalin imeä itsensä täyteen vettä, jonka jälkeen kappale punnitaan ja määritetään kuivapainon ja märkäpainon suhde. Rakenteessa oleva vesi mahdollistaa vesiliukoisten molekyylien diffuusion hydrogeelin läpi, mikä on tärkeää jäljiteltäessä in vivo olosuhteita, jossa molekyylit siirtyvät soluväliaineen läpi verenkierrosta soluille. [2] Mekaanisilta ominaisuuksiltaan hydrogeelit ovat viskoelastisia ja ominaisuudet riippuvat käytettävistä polymeereistä, niiden konsentraatiosta, sidosten luonteesta (kovalenttinen/ei-kovalenttinen) sekä ristisilloittumisen asteesta. Eri materiaaleilla ja materiaaleja muokkaamalla hydrogeelien mekaanisia ominaisuuksia voidaan räätälöidä erilaisiin käyttötarkoituksiin. Kovalenttiset sidokset ovat vahvoja ja varsin pysyviä, joten ne lisäävät hydrogeelin elastisuutta, kun taas heikot sidokset hajoavat ja muodostavat uusia sidoksia, lisäten materiaalin viskoelastista luonnetta. Vaskularisoitavissa rakenteissa hydrogeelien on oltava tarpeeksi vahvoja, jotta ne pystyvät tukemaan onttoja rakenteita eivätkä romahda omasta painostaan, mutta myös tarpeeksi elastisia jäljitelläkseen verisuonten luonnollista elastisuutta [2]. Veren virtaus aiheuttaa verisuonten seinämiin leikkausvoiman, joten hydrogeelien on kestettävä myös kasvatusliuoksen virtauksesta aiheutuva leikkausvoima rakenteen seinämiin [13]. Hydrogeelien jäykkyys vaikuttaa myös solujen käyttäytymiseen, sillä ne aistivat ympäristöstään mekaanisia signaaleja, jotka voivat aiheuttaa soluissa vasteen ja vaikuttaa esimerkiksi niiden erilaistumiseen. Tätä ilmiötä kutsutaan mekanotransduktioksi. [6]

12 7 3.2 Hydrogeelien yhteensopivuus ja vuorovaikutus solujen kanssa Materiaalien yhteensopivuutta elävien solujen kanssa in vitro -olosuhteissa kutsutaan sytokompatibiliteetiksi. Käytettävät polymeerit ja niiden hajoamistuotteet eivät saa olla toksisia, sillä ne voivat aiheuttaa soluihin ei-toivottuja muutoksia tai jopa solujen kuoleman. Polymeereillä, joita löytyy luontaisesti soluväliaineesta, on hyvä sytokompatibiliteetti, mutta etenkin synteettisten polymeerien kanssa toksisuus voi olla ongelma ja rajoittaa materiaalivalintoja. Sen lisäksi, että itse hydrogeelin tulee olla yhteensopiva solujen kanssa, myös valmistusmenetelmän on oltava tarkoitukseen sopiva. Mikäli solut lisätään hydrogeeliin ennen geeliytymistä, se rajoittaa esimerkiksi valmistuksessa käytettäviä lämpötiloja ja säteilyn määrää. [10] Hydrogeelit ja solut vuorovaikuttavat keskenään esimerkiksi mekaanisten voimien ja molekyylien välityksellä. Luonnon polymeereissä on usein solujen adheesiota parantavia ligandeja, jotka edistävät solujen kiinnittymistä ja levittäytymistä rakenteeseen. Esimerkiksi Arg-Gly-Asp (RGD) -peptidi, joka löytyy esimerkiksi fibrinogeenin rakenteesta, edistää solujen adheesiota ja tällä peptidillä voidaan muokata myös synteettisiä, bioinerttejä hydrogeelejä soluja sitoviksi. [10] Ligandien avulla voidaan adheesion lisäksi vaikuttaa muun muassa solujen järjestäytymiseen ja erilaistumiseen. Hydrogeeleihin voidaan liittää erilaisia signalointimolekyylejä, esimerkiksi kasvutekijöitä, joilla ohjataan solujen toimintaa haluttuun suuntaan. [6] Mekaaniset signaalit vaikuttavat myös solujen käyttäytymiseen, ja hydrogeelien jäykkyyden on todettu olevan tärkeä tekijä vuorovaikutuksessa solujen kanssa [14]. Solut voivat muokata myös hydrogeelien koostumusta vaikuttamalla polymeeriverkoston sidosten uudelleenjärjestymiseen tai hajottamalla hydrogeeliä ja tuottamalla tilalle uutta soluväliainetta. Hydrogeelin koostumuksen muuttuessa myös sen mekaaniset ominaisuudet yleensä muuttuvat. [6] 3.3 Hydrogeelien hajoaminen Useissa sovelluksissa tarvitaan biohajoavia hydrogeelejä mikrokanavien valmistamiseen tai halutaan hydrogeelin hajoavan kokonaan tietyn ajan kuluessa. Hydrogeelien hajoaminen tapahtuu hydrolyysillä tai entsymaattisesti solujen avulla. Hydrolyyttistä hajoamista tapahtuu joka puolella materiaalia, kun taas entsymaattinen hajoaminen on paikallista solujen läheisyydessä. Solujen tuottamien entsyymien avulla on mahdollista ohjata hydrogeelin hajoamista halutusta kohdasta. Polymeereihin

13 8 voidaan liittää esimerkiksi entsyymien tunnistussignaaleja, kuten peptidejä, joihin entsyymi kykenee sitoutumaan ja näin hajottamaan kyseisen polymeerin. [6, 10] Vaskularisoiduissa kudosmalleissa hydrogeelin hajoamisella luodaan tilaa soluille kasvaa ja levittäytyä rakenteeseen. Hajoaminen ei saa kuitenkaan olla liian nopeaa, jotta solut ehtivät tuottaa soluväliainetta hajotetun hydrogeelin tilalle. Hajoamisnopeus täytyy räätälöidä käyttötarkoitukseen sopivaksi, jotta rakenteella on jatkuvasti riittävä mekaaninen tuki eikä se romahda. Liian hidas hajoaminen voi puolestaan heikentää solujen kasvua ja levittäytymistä. [10]

14 9 4. VASKULARISOITUNEISSA HYDROGEELIRAKENTEISSA MATERIAALEJA KÄYTETTÄVIÄ Hydrogeelit soveltuvat hyvin vaskularisoitavien rakenteiden valmistukseen, sillä ne tarjoavat korkean vesipitoisuuden takia soluille hyvin samankaltaisen ympäristön kuin kudokset in vivo ja mahdollistavat hapen ja ravinteiden diffuusion materiaalin läpi soluille. Hydrogeelejä voidaan valmistaa useista polymeereistä, joista osa on luonnon polymeerejä ja osa synteettisiä. Eri alkuperää olevia polymeerejä voidaan myös yhdistää, jolloin saadaan hyödynnettyä niiden ominaisuuksia monipuolisemmin. Vaskularisoitavissa rakenteissa tarvitaan myös erilaisia soluja, jotta rakenteella voitaisiin mallintaa verisuonia ja niiden toimintaa mahdollisimman tarkasti. [2, 6, 7] 4.1 Luonnon hydrogeelit Luonnon hydrogeelit koostuvat solujen tuottamista polymeereistä, joita löytyy esimerkiksi soluväliaineesta. Polymeerit voivat olla proteiineja, polysakkarideja tai niiden yhdistelmiä. Vaskularisoitavissa rakenteissa yleisimmin käytetyt proteiinit ovat kollageeni (tyypin I), gelatiini ja fibriini. Tyypin I kollageeni on hyvin yleinen proteiini soluväliaineessa ja sitä onkin käytetty paljon hydrogeeleissä, koska sillä on hyvä solujen adheesiokyky. Tyypin I kollageenin rakenne on kolmoiskierteinen heliksi, jolla on hyvä vetolujuus. Kollageenista löytyy paljon integriinien sitoutumiskohtia, joiden avulla solut kykenevät sitoutumaan kollageenisäikeisiin eikä se aiheuta tulehdusvastetta soluissa. Kollageeni muodostaa geelin huoneenlämmössä, eikä se liukene uudestaan viilentämällä, joten geeliytymätöntä kollageeniliuosta täytyy käsitellä kylmässä valmistamisen ajan. [2, 10] Gelatiini on puolestaan kollageenista hydrolyysillä saatava polymeeri, jossa on joitakin solujen sitoutumiskohtia jäljellä, esimerkiksi RGD-sekvenssi, mikä parantaa solujen adheesiota. Gelatiinin geeliytyminen tapahtuu lämmittämällä liuosta ja sen jälkeen jäähdyttämällä se, jolloin gelatiini jähmettyy geeliksi. Gelatiinista valmistettua hydrogeeliä voidaan muokata uudestaan kuumentamalla ja jäähdyttämällä. [2, 15] Gelatiini hajotetaan soluväliaineesta pääsääntöisesti metalloproteinaasien (matrix metalloproteinase, MMP) avulla [3]. Fibriini on tärkeä proteiini veren hyytymisessä ja se muodostuu fibrinogeenistä trombiinin vaikutuksella. Fibriini muodostaa verihyytymään verkkomaisen tukirangan ja samaa

15 10 polymerisoitumismekanismia käytetään hyväksi hydrogeelin valmistamisessa. Fibriinisäikeet voivat sitoa monia solujen adheesiota ja vaskularisoitumista edistäviä molekyylejä, kuten fibronektiinia ja verisuonten endoteelin kasvutekijää (VEGF). [10] Polysakkarideista käytetyimpiä ovat hyaluronihappo (HA), agaroosi, alginaatti ja kitosaani. Hyaluronihappo on soluväliaineessa yleinen lineaarinen polysakkaridi ja se hajotetaan kehossa nopeasti hyaluronidaasin avulla. Se on mekaanisilta ominaisuuksiltaan varsin heikko materiaali, mutta ominaisuuksia pystytään kuitenkin muokkaamaan kemiallisesti paremmin hydrogeeleihin sopiviksi. [8, 11] Agaroosia on käytetty biomateriaalina useissa kudosteknologian sovelluksissa ja se sopii myös vaskulaaristen mallien valmistamiseen. Se on merilevästä saatava lämpötilan muutoksiin reagoiva polysakkaridi. Materiaali ei tue solujen adheesiota, mutta sitoutumiskohtia liittämällä mahdollistetaan solujen sitoutuminen agaroosipohjaisiin hydrogeeleihin. [16] Alginaatti on ruskolevästä saatava polysakkaridi, joka muodostaa ristisiltoja ionisidoksilla. Alginaatti ei pysty sitomaan soluja, joten sitä muokataan usein liittämällä siihen soluihin sitoutuvia molekyylejä [7]. Kitiinistä saatavaa kitosaania on myös käytetty hydrogeeleissä hyvän sytokompatibiliteetin ja hajoamisen vuoksi [2]. 4.2 Synteettiset hydrogeelit Vaikka luonnon hydrogeeleillä on hyvä sytokompatibiliteetti ja solut pystyvät sitoutumaan niihin hyvin, niiden mekaaniset ominaisuudet eivät aina ole riittäviä vaskularisoitavien materiaalien valmistamiseen eikä niiden ominaisuuksia pystytä kontrolloimaan tarkasti. Synteettisten polymeerien ominaisuuksia pystytään muokkaamaan ja kontrolloimaan tarkemmin, jolloin solujen ympäristöä pystytään hallitsemaan ja säätämään tarkemmin ja tutkimuksista saadaan myös toistettavampia. [2] Polyetyleeniglykoli (PEG) on yksi yleisimmin käytetyistä synteettisistä hydrogeeleistä. PEG ei aiheuta immuunivastetta soluissa, mutta sillä on huono solujen adheesiokyky, jonka vuoksi sitä täytyy usein muokata esimerkiksi funktionaalisilla ryhmillä tai liittämällä siihen proteiineja. Diakryloiminen on yleinen modifikaatio, jolloin saadaan valon avulla ristisilloitettavissa olevia PEG diakrylaatteja (PEGDA). [17] Polylaktidia (PLA) ja sen stereoisomeerejä, erityisesti poly-l-laktidia (PLLA) on käytetty mikrokanavien valmistamiseen. Se on hydrofobinen polyesteri, joka on bioyhteensopiva ja hitaasti hajoava polymeeri. Hydrofobisuutensa vuoksi se täytyy yhdistää jonkun muun hydrofiilisen polymeerin kanssa, jotta saadaan muodostettua tarpeeksi vesipitoinen

16 11 hydrogeeli soluja varten. PLA hydrogeelejä pystytään muokkaamaan lämmön avulla ja sitä on helposti saatavilla. [18] Polyglykolidi (PGA) on polylaktidin tapaan hydrofobinen polyesteri, joka hajoaa hydrolyyttisesti. Hajoaminen on hieman nopeampaa kuin PLA:n, koska PGA ei ole niin hydrofobinen. Nämä polymeerit voidaan myös yhdistää, jolloin saadaan poly(laktidi-ko-gykolidi) (PLGA), joka on bioyhteensopiva ja jonka hajoamisnopeutta pystytään säätämään esimerkiksi molekyylipainoa muuttamalla. [19] Polyakryyliamidi (PAM) on kovalenttisesti ristisilloitettu hydrogeeli, jolla on hyvät mekaaniset ominaisuudet. Polymeeriketjun pituutta muuttamalla polyakryyliamidin mekaanisia ominaisuuksia pystytään räätälöimään tarkasti. Sitä käytetäänkin usein hybridihydrogeeleissä tuomaan rakenteelle halutut mekaaniset ominaisuudet. [20] Polyvinyylialkoholia (PVA) käytetään usein uhrimateriaalina vaskularisoitavien rakenteiden valmistamisessa, sillä se liukenee veteen. Polymeerien väliset ristisillat muodostuvat vetysidoksilla, joten se ei ole mekaanisesti yhtä vahva kuin esimerkiksi polyakryyliamideista valmistetut hydrogeelit. [9] 4.3 Hybridihydrogeelit Synteettisten hydrogeelien vahvuutena on ominaisuuksien parempi kontrollointi ja muokattavuus, kun taas luonnon hydrogeelit tukevat paremmin solujen adheesiota, niillä on hyvä sytokompatibiliteetti ja bioaktiivisia ominaisuuksia, kuten osallistuminen solujen signalointiin. Yhdistämällä luonnon polymeerejä synteettisten kanssa saadaan hyödynnettyä molempien ominaisuuksia. [10] Esimerkiksi PEG hydrogeelien mekaanisia ominaisuuksia pystytään muokkaamaan helposti, mutta solujen sitoutuminen on huonoa, minkä vuoksi fibrinogeeniä on käytetty parantamaan solujen adheesiota. Tällaisia, niin kutsuttuja PEGyloituja fibrinogeenejä, on käytetty mikrokanavien valmistamiseen ja niillä on todettu olevan hyvät mekaaniset ominaisuudet ja hyvä solujen adheesio [21]. Toinen esimerkki on gelatiinin ja PLLA:n yhdistäminen, jolloin solujen adheesio hydrogeeliin paranee verrattuna pelkkään PLLA:sta valmistettuun hydrogeeliin [22]. Myös luonnon polymeerejä voidaan muokata synteettisillä menetelmillä. Normaalisti gelatiini geeliytyy huoneenlämmössä, mutta korvaamalla gelatiinin aminoryhmät metakryyliryhmillä saadaan fotopolymerisoitavissa oleva hydrogeeli (GelMA), mikä antaa enemmän vaihtoehtoja valmistusmenetelmän valintaan [10]. Proteiineista ja polysakkarideista muokataan usein myös komposiittihydrogeelejä. Tällöin toinen

17 12 polymeeri antaa hydrogeelille esimerkiksi paremmat mekaaniset ominaisuudet ja toinen voi sitoa hyvin soluja, esimerkkinä kollageeni/ha ja fibriini/alginaatti -hydrogeelit. [10] 4.4 Solutyypit Pelkät hydrogeelistä valmistetut mikrokanavat eivät riitä mallintamaan verisuonia, joten rakenteisiin täytyy lisätä myös soluja. Verisuonien sisäpinnan muodostavat endoteelisolut ovat tärkeimmässä roolissa, sillä yksinkertaisimmillaan kapillaarisuonet koostuvat vain endoteelikerroksesta [3]. Rakenteeseen lisätään kuitenkin usein myös muita, rakennetta tukevia soluja, jolloin valmistettava kudosmalli vastaa paremmin luonnollista kudosta. Valmistusmenetelmästä riippuen solut voidaan lisätä hydrogeeliin ennen geeliytymistä, jolloin ne ovat upotettuina hydrogeelin sisään tai ne voidaan lisätä vasta geeliytymisen jälkeen. Silloin ne tarttuvat hydrogeelin pintoihin ja levittäytyvät pinnalta syvemmälle rakenteeseen. [2, 10] Endoteelisolut Endoteelisolut ovat peräisin endoteelisista progenitorisoluista. Ne muodostuvat vaskulogeneesissä alkionkehityksen aikana mesodermaalisesta kerroksesta ja kypsyessään muuttuvat endoteelisoluiksi. Ne muodostavat verisuonen sisäpinnalla tiiviitä solu-solu-liitoksia, joiden ansiosta veri ei tihku seinämän läpi ja molekyylien siirtymistä verenkierron ja kudosten pystytään säätelemään. Endoteelikerros muodostaakin selektiivisesti läpäisevän esteen veren ja kudosten välille. Seinämiin kohdistuva leikkausvoima aiheuttaa endoteelisolujen muodon muuttumisen litteäksi ja veren virtaus aiheuttaa pitkulaisen muodon ja järjestymisen virtaussuunnan mukaiseksi, näin seinämästä saadaan sileä ja tiivis. [3, 23] Terveessä verisuonessa endoteelisolut erittävät erilaisia molekyylejä, jotka vuorovaikuttavat sekä veren että muiden verisuonen seinämien solujen ja proteiinien kanssa. Typpioksidi (NO) on yksi tärkeimmistä endoteelisolujen erittämistä molekyyleistä, sillä se muun muassa edistää verisuonten laajentumista eli vasodilaatiota ja toimii anti-inflammatorisena eli tulehdusta estävänä aineena [24]. Veren virtauksen kannalta tärkeä molekyyli on trombomoduliini, joka toimii antikoagulanttina estäen veren hyytymistä. Mikäli verisuoneen tulee vaurio, endoteelisolut alkavat erittää adhesiivisia proteiineja ja trombomoduliinin eritys vähenee, jolloin veren proteiinit ja solut alkavat hyytyä ja saattavat tukkia suonen. [3, 24] Vaskularisoitavissa rakenteissa tätä pyritään välttämään, jotta rakenteessa pysyy jatkuva perfuusio eli läpivirtaus [23].

18 13 Angiogeneesissä endoteelisolut alkavat kuroutumaan olemassa olevista kapillaareista ja alkavat muodostaa uuttaa haaraa. Tätä indusoi esimerkiksi kudosten hypoksia ja sen aiheuttama kasvutekijöiden, kuten VEGF:n erittäminen. [3] Jotta endoteelisoluilla on tilaa levitä ja muodostaa uusia verisuonia, soluväliainetta täytyy hajottaa niiden tieltä. Tämän vuoksi myös hydrogeelien hajoaminen on tärkeä ominaisuus. Endoteelisoluilla on taipumus muodostaa itsestään putkimaisia rakenteita ja yhdistettynä hydrogeeleistä valmistettuihin mikrokanaviin, endoteelisolujen organisoitumista putkimaisiksi rakenteiksi voidaan ohjata valmiin arkkitehtuurin avulla haluttuun suuntaan. [23, 25] Vaskularisoitavissa rakenteissa käytetään usein ihmisen napanuorasta kerättyjä endoteelisoluja (human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) [26 28]. Myös sepelvaltimoista kerättyjä (human coronary artery endothelial cells, HCAECs) sekä indusoiduista pluripotenteista kantasoluista erilaistettuja (ipsc-ecs) endoteelisoluja on käytetty [29, 30]. Myös eläinperäisiä soluja on käytetty, esimerkiksi naudan kaulavaltimon endoteelisoluja [31] Rakennetta tukevat solut Sileitä lihassoluja on verisuonten keskimmäisessä kerroksessa ja ne säätelevät supistumisellaan verisuonten läpimittaa. Ne ovat hyvin herkkiä venytykselle ja venytyksen suunta myös vaikuttaa niiden orientoitumiseen. Ne järjestyvät verisuonen ympärille muodostaen rengasmaisen rakenteen. Sileät lihassolut muodostavat useamman solukerroksen, jonka paksuus vaihtelee eri verisuonissa. [3] Perisyytit ympäröivät kapillaarisuonia ja pienimpiä laskimoita antaen verisuonille tukea. Perisyytit eivät muodosta tasaista ja jatkuvaa kerrosta kapillaarien ympärille, vaan niitä on epäsäännöllisesti kapillaarisuonien pinnalla tyvikalvoon kiinnittyneinä. Ne kykenevät supistumaan endoteelisolujen tuottaman typpioksidin vaikutuksesta ja ne vuorovaikuttavat endoteelisolujen kanssa kemiallisten ja fysikaalisten signaalien välityksellä. [3] Fibroblastit ovat yleisin solutyyppi verisuonten uloimmassa kerroksessa ja ne tuottavat runsaasti kollageenipitoista soluväliainetta [3]. Vaskularisoitavissa rakenteissa fibroblastien tuottama soluväliaine korvaa hajoavaa hydrogeeliä ja ylläpitää rakenteen mekaanista vahvuutta [23].

19 14 5. VASKULARISOITUNEIDEN HYDROGEELIRAKENTEIDEN VALMISTUSMENETELMIÄ Vaskularisoitavien hydrogeelirakenteiden valmistuksessa on hyödynnetty muista mikrosysteemeistä tuttuja menetelmiä, kuten valamista ja pehmeää litografiaa. Rakenteeseen lisättävät solut tuovat valmistukseen kuitenkin rajoitteita, jotka on sovitettava yhteen hydrogeelien vaatimien valmistusolosuhteiden kanssa. In vitro käytössä vaskulaariset mallit on myös pystyttävä liittämään pumppuun, jolla kasvatusliuoksen virtaus kanavissa saadaan aikaiseksi. Kanavan halkaisijan on oltava tarpeeksi suuri liitoskohdassa, joten kaikista pienimpiä kapillaarisuonia vastaavia rakenteita valmistettaessa täytyy myös huomioida kuinka rakenteen perfuusio saadaan järjestettyä. [32] 5.1 Mikrokanavien muodostaminen kiinteillä objekteilla Valaminen on yleinen ja yksinkertainen tapa valmistaa vaskularisoitavia mikrokanavia. Kuvassa 2 esitetään, kuinka nestemäinen hydrogeeli kaadetaan kammioon, jossa on esimerkiksi mikroneula tai vaijeri kiinnitettynä. Tämän jälkeen nestemäinen hydrogeeli geeliytetään ja sen sisään valettu neula poistetaan varovasti. Jäljelle jää neulan jättämä, molemmista päistä avoin kanava, joka voidaan perfusoida endoteelisoluja sisältävällä kasvatusliuoksella. Endoteelisolut muodostavat kerroksen kanavan sisäpinnalle, jolloin kanava muistuttaa kapillaarisuonen rakennetta. [10, 23] Kuva 2. Perfusoitavan mikrokanavan muodostaminen kiinteän neulan ja nailonkuitujen avulla. Muokattu lähteestä [10].

20 15 Kuvassa 3 on kuvattu Sadr et al. käyttämää menetelmää, jossa kultatanko (halkaisija 600 μm) päällystettiin oligopeptideillä. HUVEC-solut kykenivät kiinnittymään kultatankoon oligopeptidien välityksellä ja muodostamaan sen pinnalle solukerroksen. Solut muodostivat 3-4 päivän viljelyn jälkeen tasaisen endoteelikerroksen tangon ympärille, jonka jälkeen tanko kastettiin fibroblasteja (3T3) sisältävään GelMA-liuokseen. GelMA polymerisoitiin välittömästi kastamisen jälkeen valon avulla, jonka jälkeen ohuella fibroblasti- ja endoteelikerroksella päällystetty tanko valettiin kammiossa GelMAhydrogeeliin. Kultatanko irrotettiin oligopeptideistä sähkövirran avulla, jonka jälkeen tanko poistettiin rakenteesta vetämällä. Muodostunut kanava liitettiin pumppuun, jolla rakennetta perfusoitiin 15 päivän ajan. Rakenteen geometria pysyi stabiilina ja solut pysyivät kiinnittyneenä kanavan seinämässä. Solut eivät kuitenkaan levittäytyneet hydrogeelin sisään, vaan muodostivat kerroksen sen pinnalle. [33] Kuva 3. Perfusoitavan kanavan valmistaminen HUVEC- ja fibroblastisolukerroksella päällystetyn kultatangon avulla. HUVEC-solut on kuvattu vihreällä ja fibroblastit punaisella värillä. Muokattu lähteestä [33]. Kanavien muodostaminen valamalla hydrogeeli kiinteiden objektien päälle on varsin helppoa ja suoraviivaista, mutta menetelmällä pystytään valmistamaan vain hyvin yksinkertaisia suoria rakenteita. Koska mikroneula tai vaijeri joudutaan poistamaan hydrogeelistä vetämällä, rakenteesta ei voida tehdä haarautuvaa. Suurempien rakenteiden vaskularisoiminen tällä menetelmällä vaatisi useiden rinnakkaisten kanavien muodostamista ja merkitsisi myös sisään- ja ulostulojen määrän suurta kasvua, mikä ei ole ideaalia käytännön työn kannalta. [10, 23, 32] 5.2 Uhrimateriaalin käyttäminen Uhrimateriaali toimii rakenteen valmistusvaiheessa muottina kanavan kolmiulotteiselle muodolle, mutta lopullisesta rakenteesta se hajotetaan pois. Uhrimateriaalina toimivaa hydrogeeliä voidaan muokata haluttuun muotoon, ja koska se poistetaan hajottamalla, sen arkkitehtuuri voi olla kaareutuva ja haarautuva. Kiinteisiin objekteihin, kuten

21 16 mikroneuloihin, verrattuna uhrimateriaali mahdollistaa monipuolisemman kanavaverkoston rakentamisen. [32] Yksi tapa hyödyntää uhrimateriaalia on upottaa endoteelisolut uhrimateriaaliin, jolloin niitä ei tarvitse lisätä enää myöhemmässä vaiheessa. Takei et al. valmisti kalsiumalginaattihydrogeelistä naudan endoteelisoluja sisältäviä kuituja (halkaisija noin 500 μm), jotka valettiin kollageenista valmistettuun hydrogeeliin. Kuidut valmistettiin endoteelisoluja sisältävästä natrium-alginaatti-liuoksesta sekä CaCl 2-liuoksesta, jotka puristettiin yhtäaikaisesti vierekkäisistä suuttimista. Muodostunut endoteelisoluja sisältävä kalsium-alginaattikuitu kiinnitettiin kammioon ja päälle valettiin tyypin I kollageenista tehty hydrogeeli, joka sisälsi myös alginaattilyaasia. Kuidun asettelua muutettiin manuaalisesti pinsettien avulla, jonka jälkeen kollageeni geeliytettiin inkuboimalla. Inkubointia jatkettiin, kunnes lyaasi oli hajottanut alginaattikuidun. Kuidun sisältämät endoteelisolut kiinnittyivät muodostuneen kanavan seinämiin muodostaen tasaisen endoteelikerroksen ja kanava voitiin perfusoida. Kuitujen erilaisia kolmiulotteisia muotoja on nähtävissä kuvassa 4. [31] Kuva 4. (a) Vaihekontrastimikroskoopilla kuvattu kalsium-alginaattikuitu, joka sisältää endoteelisoluja. Mittapalkki on 500 μm. (b-d) Muodostettujen kanavien erilaisia muotoja kollageenissa 6 päivän inkuboimisen jälkeen. Nuolet osoittavat kanavia. Mittapalkit ovat 5 mm. [31] Kun rakennetta oli inkuboitu 6 päivän ajan, kollageenin päälle kaadettiin kasvatusliuosta, joka sisälsi fibroblastien kasvutekijää (basic fibroblast growth factor, bfgf). Kasvutekijä edisti endoteelisolujen leviämistä kanavan pinnalta ympäröivään hydrogeeliin ja solujen huomattiin muodostavan kapillaareja muistuttavia rakenteita. Endoteelisolut levisivät

22 17 viikon tarkastelujakson aikana keskimäärin μm:n päähän kanavasta, kun taas ilman kasvutekijää vastaava matka oli alle 100 μm. Tutkimuksen perusteella kapillaarirakenteiden valmistaminen ja liittäminen suurempiin kanaviin perfuusiota varten on mahdollista hyödyntämällä endoteelisolujen luontaisia vaskularisoitumisen mekanismeja. Vaikka tutkimuksessa käytetyt kuidut mahdollistivat kaareutuvien kanavien valmistamisen, niiden avulla ei kuitenkaan pystytä rakentamaan haarautuvia kanavia. [31] Uudemmassa tutkimuksessa uhrimateriaalina käytettiin glukoosiherkkää itsekorjautuvaa hydrogeeliä, jonka avulla pyrittiin valmistamaan vaskularisoitua hermokudosta. Itsekorjautuvat hydrogeelit pystyvät muodostaman hajonneita sidoksia uudestaan, jolloin ne kykenevät palauttamaan alkuperäisen muotonsa, mikäli ne vaurioituvat. Uhrina toimiva glukoosiherkkä hydrogeeli valmistettiin PEGDA:sta ja ditiotreitolista (DTT) booraksin (natriumtetraboraattidekahydraatti) katalysoimana Michael-additiolla. Kuvassa 5 esitetään kanavan valmistusmenetelmä, jossa uhrihydrogeeli pursotettiin haarautuvaksi rakenteeksi hermokantasoluja (neural stem cells, NSCs) sisältävän kitosaanihydrogeelin päälle. Kitosaani valikoitui materiaaliksi, sillä sen jäykkyys vastaa hyvin luontaisen hermokudoksen jäykkyyttä. Sen jälkeen uhrihydrogeeli peitettiin kerroksella NSC-kitosaanihydrogeeliä. Valmistettu rakenne upotettiin glukoosipitoiseen kasvatusliuokseen, jolloin glukoosiherkkä uhrihydrogeeli liukeni pois ja jäljelle jäi haarautunut kanavarakenne (halkaisija noin 350 μm), jossa viljeltiin naudan endoteelisoluja. [34] Endoteelisolut levittäytyivät kanavan pinnalta syvemmälle hydrogeeliin kolmen vuorokauden viljelyn jälkeen ja 14 vuorokauden jälkeen rakenteessa oli havaittavissa kapillaareja muistuttavia rakenteita. Kanavan halkaisijan huomattiin myös kasvaneen noin 450 μm:iin, minkä oletettiin johtuvan kitosaanihydrogeelin hajoamisesta. Erityistä tutkimuksessa oli se, että endoteelisolujen geeniekspressiota tutkittaessa angiogeneesiin liitettyjen geenien aktiivisuus lisääntyi silloin, kun kitosaani sisälsi hermokantasoluja. Myös hermokantasoluissa ilmennettiin enemmän kypsien neuronien markkerigeeniä (mature neuron marker gene, Map2) ja VEGF-geeniä verrattuna rakenteeseen, jossa ei ollut endoteelisoluja. Map2-geenin lisääntyneen ilmentämisen lisäksi huomattiin myös muita hermosolujen erilaistumiseen viittavia geeniekspression muutoksia. Nämä löydökset vahvistavat käsitystä siitä, että eri solutyypit keskustelevat toistensa kanssa ja niiden välisellä kommunikaatiolla on varsin suuri merkitys kudosten muodostumisessa. [34]

23 18 Kuva 5. Haarautuneen kanavan muodostaminen glukoosiherkän itsekorjautuvan uhrihydrogeelin avulla. Muokattu lähteestä [34]. Uhrihydrogeelin koostumusta muuttamalla pystytiin vaikuttamaan sen mekaanisiin ominaisuuksiin, jolloin siitä saatiin riittävän vahvaa kanavan geometrian ylläpitoon. Myös glukoosiherkkyyttä kyettiin muuttamaan ja siten vaikuttamaan uhrimateriaalin liuotusnopeuteen. Glukoosipitoiseen kasvatusliuokseen upottaminen mahdollisti myös kitosaanissa olleiden kantasolujen hyvän selviämisen uhrimateriaalin liuotuksen aikana. Uhrimateriaalin käyttö mahdollistaa monimutkaisempien kanavarakenteiden valmistamisen verrattuna tavallisiin valumenetelmiin. Uhrihydrogeeleillä valmistettujen kanavien halkaisijat ovat kuitenkin melko suuria, joten pienempien kanavarakenteiden valmistamiseksi tarvitaan muita menetelmiä. 5.3 Mikrokanavien muodostaminen litografisilla menetelmillä Litografia perustuu valoherkkien materiaalien käyttöön. Menetelmää voidaan hyödyntää valumuottien valmistamiseen tai valmistaa kanavat suoraan hydrogeeliin. Yleisin materiaali muottien valmistuksessa on polydimetyylisiloksaani (PDMS), joka valetaan useimmiten piikiekolle fotolitografialla valmistetun masterin päälle. Fotolitografian hyödyntämistä pehmeisiin materiaaleihin, kuten hydrogeeleihin, kutsutaan pehmeäksi litografiaksi. Siinä geeliytymätön hydrogeeliliuos altistetaan valolle maskin läpi, jolloin valolle altistuneet osat muodostavat ristisiltoja ja geeliytyvät, kun taas maskin takana olleet osat pysyvät nestemäisenä. Näin maskin kuvio saadaan siirrettyä hydrogeelirakenteeseen. [2]

24 19 Nikkhah et al. tekemässä tutkimuksessa tarkasteltiin fotolitografialla valmistettujen mikrorakenteiden geometrian vaikutusta endoteelisolujen käyttäytymiseen. Tähän käytettiin GelMA-hydrogeelia ja HUVEC-soluja, joiden seos polymerisoitiin valomaskilla haluttuun arkkitehtuuriin. Ensimmäiseksi 1 cm x 1 cm kokoinen lasilevy pinnoitettiin polyhema:lla (poly-2-hydroksietyyli metakrylaatti), joka estää solujen adheesiota lasiin. Tämän jälkeen valmistettiin GelMA-liuos ja lisättiin joukkoon HUVEC-soluja, jonka jälkeen 15 μl:n kokoinen pisara tätä seosta pudotettiin alustalle kahden tuen väliin, joiden korkeus oli ennalta määritetty, joko 50 μm, 100 μm tai 150 μm. Käytettävä valomaski suunniteltiin AutoCAD-ohjelmalla (computer aided design). Maskiin tehtiin useita rinnakkaisia, suorakaiteen (8 mm x 50 μm) muotoisia kuvioita, joiden väliin jätettiin 1 mm levyinen kuvioimaton alue. Lasilevyn polyhema-päällystetty puoli asetettiin GelMA- HUVEC pisaran päälle ja valomaski asetettiin päällystämättömän puolen päälle. Tämän jälkeen GelMA altistettiin 30 sekunnin ajan UV-valolle, joka polymerisoi hydrogeelin. Näin saatiin valmistettua suorakulmion muotoisia GelMA rakenteita, jotka sisälsivät endoteelisoluja. Koko rakennetta reunusti 1 mm levyinen alue, joka polymerisoitui, mutta jota ei kuvioitu. Valmistusprosessia havainnollistetaan kuvassa 6. [35] Kuva 6. A) Lasilevyn päällystäminen polyhema-kerroksella. B) Pisara HUVEC-GelMA seosta tiputetaan alustalle (vihreä) kahden tuen väliin, joiden korkeus on ennalta määritetty (H). GelMA altistetaan UV-valolle valomaskin läpi, jolloin hydrogeeli polymerisoituu ja maskin kuvio siirtyy hydrogeeliin. C) Rakenne huuhdellaan, jotta maskin alla ollut polymerisoimaton GelMA saadaan poistettua ja suunniteltu rakenne paljastuu. Muokattu lähteestä [35].

25 20 Rakenteessa olevien solujen elinkykyisyyttä arvioitiin live/dead -analyysillä ja viiden ensimmäisen päivän jälkeen yli 90 % soluista oli selviytynyt polymerisoinnista. Kun tarkastelujaksoa pidennettiin, reunojen kuvioimattomalla alueella solujen elinkykyisyys laski hieman niissä rakenteissa, joissa rakenteen korkeus H oli 150 μm. Tämän perusteella UV-altistuksella ja polymerisointiin käytetyllä fotoinitiaattorilla ei ollut merkittävää vaikutusta solujen elinkykyyn. Solujen muoto oli polymerisoinnin jälkeen pyöreä, mutta 5 päivän viljelyn jälkeen muoto oli muuttunut pitkulaisemmaksi ja ne olivat järjestäytyneet mikrorakenteen suuntaisesti muodostaen verkostoja keskenään (kuva 7). Soluliitosten muodostumista tarkasteltiin CD31:n, VE-kadheriinin (vascular endothelial cadherin) ja aktiinin avulla. Nämä ovat proteiineja, jotka osallistuvat solujenvälisiin liitoksiin ja ovat osa solujen sisäistä tukirankaa. Proteiinien värjääminen paljasti solujen verkoston, joka muodosti putkimaisen rakenteen. Siinä ei kuitenkaan ollut onttoa luumenia havaittavissa. Tämä johtui käytetyn GelMA-hydrogeelin korkeasta metakrylaatioasteesta, mikä hidasti hydrogeelin hajoamista. Reunan kuvioimattomalla osalla solut olivat levittäytyneet sattumanvaraisesti eivätkä ne muodostaneet selkeitä ja yhtenäisiä verkostoja (kuva 7, alarivi). [35] Kuva 7. Fluoresenssikuvat (musta-vihreät) ja vaihekontrastikuvat (harmaat) solujen levittäytymisestä ja organisoitumisesta GelMA-hydrogeelissä päivinä 1, 3 ja 5. Mittapalkit ovat 100 μm. Muokattu lähteestä [35]. Tutkimus vahvisti käsitystä siitä, että mikrorakenteen geometrialla on vaikutusta endoteelisolujen organisoitumiseen putkimaisiksi rakenteiksi. Hydrogeelin hajoamista ja luumenin muodostumista voitaisiin todennäköisesti nopeuttaa viljelemällä muita soluja,

26 21 kuten fibroblasteja, yhdessä endoteelisolujen kanssa. Näin saataisiin perfusoitavissa olevia rakenteita, joilla voitaisiin tutkia myös nesteen virtauksen vaikutuksia kanavien muodostumiseen. [35] Toinen tapa hyödyntää fotolitografiaa on käyttää sitä masterin eli muotin valmistukseen ja valaa hydrogeeli masterille. Substraattina toimii piikiekko, jonka pinnassa on kerros piidioksidia (SiO 2). Piidioksidi pinnoitetaan valoresistillä, jonka päälle asetetaan kuvioitu valomaski. Valomaski altistetaan UV-valolle, jolloin maskin kuvio siirtyy valoresistiin. Valottunut resisti kehitetään liuottamalla pois joko valottunut (positiivinen) tai valottamaton (negatiivinen) alue, riippuen siitä mikä resisti on kyseessä. Liuottamisen jälkeen kuvio siirretään piidioksidikerrokseen etsaamalla, jonka jälkeen loppu valoresisti poistetaan ja jäljelle jää kuvioitu masteri (kuva 8). [36] Kuva 8. Piikiekolle valmistettavan masterin fotolitografinen prosessi. Muokattu lähteestä [36]. Kim et al. tutki angiogeneesiä ja vaskulogeneesiä fotolitografialla valmistetun PDMSlaitteen avulla. Ryhmä valmisti ensin positiivisen masterin piikiekolle, jonka jälkeen masterin päälle valettiin PDMS-liuos. PDMS-muotti irrotettiin masterista ja hydrogeelin injektioportit sekä kasvatusliuoksen varastot leikattiin pois tylpän neulan ja biopsiaan tarkoitetun pyöreän terän avulla. PDMS-muotin keskellä olleista viidestä rinnakkaisesta kanavasta kolmeen valettiin fibriinistä valmistettu hydrogeeli, jossa oli mukana myös pieni määrä tyypin I kollageenia (2,5 mg/ml fibrinogeenia ja 0,2 mg/ml kollageenia).

27 22 Kanavia erottavat seinämät koostuivat pylväistä, joiden välit mahdollistivat molekyylien siirtymisen kanavasta toiseen ja muodostuvien verisuonien liittymisen eli anastomoosin virtauskanavaan. [37] Vaskulogeneesiä mallintavassa kokeessa keskimmäiseen kanavaan (C) valettiin hydrogeelin sekaan HUVEC-soluja ja molempien reunojen ulommaisiin kanaviin (LO ja RO) hydrogeelia ja fibroblasteja (human lung fibroblasts, LF). Angiogeneesin mallissa keskimmäiseen kanavaan valettiin pelkkää hydrogeeliä. Reunimmaisiin kanaviin valettiin hydrogeeli, mutta vain oikeanpuoleiseen (RO) sekoitettiin LF-soluja. Asetelmaa on havainnollistettu kuvassa 9. Hydrogeelin polymerisointi tehtiin trombiinin lisäyksellä, jonka jälkeen kasvatusliuoksen sisääntulosäiliöt täytettiin ja nesteen virtaus aikaansaatiin ulostulojen vakuumin avulla. Angiogeneesin mallissa vasemmanpuoleisen kanavan (LI, kauempana LF-soluista ollut kanava) kasvatusliuokseen lisättiin HUVECsoluja ja PDMS-muotti käännettiin 90 astetta kyljelleen. Muottia inkuboitiin 30 minuuttia, jonka jälkeen HUVEC-solut olivat kiinnittyneet kasvatusliuoskanavan ja keskimmäisen hydrogeelikanavan rajapintaan. [37] Vaskulogeneesin mallissa keskuskanava oli 1000 μm leveä ja 250 μm korkea, kun taas angiogeneesin mallissa leveys oli 700 μm ja korkeus 100 μm. Angiogeneesin mallista tehtiin toinen rinnakkainen koe, jossa keskuskanavaan (C) lisättiin fibriinin joukkoon perisyyttejä. Vaskulogeneesiä tutkittaessa tehtiin myös rinnakkainen koe, jossa sekä HUVEC-soluja että LF-soluja viljeltiin keskuskanavassa (C) sen sijaan että fibroblastit olisivat erillään ulommaisissa kanavissa (LO ja RO). [37] Vaskulogeneesin tutkimuksessa endoteelisolut olivat muuttuneet pitkulaisen mallisiksi yhden vuorokauden viljelyn jälkeen ja kahden vuorokauden jälkeen ne alkoivat muodostaa putkimaisia rakenteita, joihin alkoi kehittyä ontto luumen. 4 5 vuorokauden jälkeen solut muodostivat yhtenäisen verkoston, joka oli anastomoitunut eli muodostuneet kanavat olivat liittyneet virtauskanaviin ja pystyttiin perfusoimaan (kuva 10). Mielenkiintoinen havainto oli, että rinnakkaisessa kokeessa, jossa fibroblastit olivat endoteelisolujen kanssa samassa keskuskanavassa, muodostui myös yhtenäinen verkosto, mutta joka ei anastomoitunut virtauskanaviin eikä näin ollen ollut perfusoitavissa. Mikäli fibroblastit puuttuivat kokonaan kaikista kanavista, endoteelisolut eivät kyenneet muodostamaan yhtenäistä verkostoa. [37]

28 23 Kuva 9. PDMS-laitteen kokoonpano. A) Valokuva valmiista PDMS-laitteesta, jossa fibriinistä valmistetut hydrogeelikanavat on värjätty. B) Piirroskuva kanavista. Keskimmäinen kanava sinisellä (C), kasvatusliuoksen virtauskanavat violetilla (vasen LI ja oikea RI) ja ulommaiset kanavat vihreällä (vasen LO ja oikea RO). C-D) Vaskulogeneesi-tutkimuksen asetelma. E-F) Angiogeneesi-tutkimuksen asetelma. Punaiset nuolet havainnollistavat HUVEC-soluja, mustat nuolet LF-soluja ja valkoiset nuolet mediumin virtausta. Muokattu lähteestä [37]. Kokeessa, jossa tutkittiin angiogeneesiä, endoteelisolut alkoivat muodostaa orastuvia verkostoja hydrogeelin vuorokauden viljelyn jälkeen ja kahden vuorokauden kuluessa oli havaittavissa putkimaisia rakenteita. Luumenit alkoivat muodostua orastuvien verisuonten juurilla kolmen päivän jälkeen ja neljän vuorokauden kuluessa kärkisolut olivat saavuttaneet vastakkaisen virtauskanavan (RI) 700 μm:n päässä ja liittivät muodostuvan verkoston kanavaan (kuva 10). Kokeissa, joissa fibroblasteja ei ollut rakenteessa lainkaan tai jossa niitä viljeltiin saman puoleisessa kanavassa (LO) HUVECsolujen kanssa, ei havaittu endoteelisolujen orastumista keskimmäiseen kanavaan. Tulos viittaa siihen, että fibroblastien erittämät kasvutekijät ja niiden gradientit hydrogeelissä ovat oleellisia tekijöitä angiogeneesissä. VEGF:n keinotekoisella lisäyksellä fibriiniin eri pitoisuuksina mallinnettiin fibroblastien aikaansaamaa gradienttia, mikä paransi endoteelisolujen orastumista keskuskanavaan. Se ei ollut kuitenkaan yhtä voimakasta kuin tilanteessa, jossa fibroblasteja viljeltiin RO-kanavassa. Tulosten perusteella fibroblastien läsnäololla on merkittävä vaikutus verisuonien muodostumiseen sekä vaskulogeneesissä että angiogeneesissä, eikä niiden puutetta voida täysin korvata kasvutekijöiden lisäämisellä viljelmään. Endoteelisolujen viljely perisyyttien kanssa ei vaikuttanut verisuoniverkoston orastumisen nopeuteen eikä luumenien kehittymiseen.

29 24 Perisyytit kuitenkin selkeästi vuorovaikuttivat endoteelisolujen kanssa ja peittivät endoteelikerroksen ulkopintaa. Perisyytit kiinnittyivät tyvikalvoon, joka koostui endoteelisolujen valmistamasta tyypin IV kollageenista ja laminiinista. [37] Kuva 10. Konfokaalikuvat fibriinihydrogeeliin muodostuneista A) vaskulogeneesin ja B) angiogeneesin kokonaisrakenteista päivänä 4, mittapalkit 100 μm. C) Angiogeneettisen verkoston rakenne päivänä 2, mittapalkki 50 μm. D) Suurennos angiogeneettisten kärkisolujen filopodioihin, joissa on runsaasti F-aktiinia, mittapalkki 20 μm. E) Pitkittäinen poikkileikkaus verisuonesta, johon on muodostunut luumen, mittapalkki 10 μm. F) Soluliitoksiin osallistuvat proteiinit VE-kadheriini ja β-kateniini värjätty verkostosta, mittapalkki 50 μm. G) Pitkittäinen poikkileikkaus verisuonesta, josta on värjätty leukosyyttien adheesioproteiini ICAM-1 ja kollageeni IV, mittapalkki 10 μm. H-I) Tyvikalvon tärkeimmät proteiinit laminiini ja kollageeni IV värjättynä verisuonista, mittapalkki 20 μm. Muokattu lähteestä [37]. Muodostuneiden verisuonten perfuusiokykyä tarkasteltiin fluoresoivien, polystyreenistä valmistettujen mikrojyvästen avulla (halkaisija 7 μm). Jyvästen liikettä verkostossa seuraamalla pystyttiin todentamaan, että verisolut mahtuisivat luumeniin eivätkä ne tukkisi verkostoa. Verisuonien seinämien permeabiliteettia tarkasteltiin lisäämällä perfuusioliuokseen fluoresoivalla väriaineella värjättyjä 70 kda dekstraani-partikkeleita (FITC-Dextran). Partikkelit pysyivät verisuonien sisällä, eivätkä vuotaneet seinämien läpi ympäröivään hydrogeeliin. [37]

30 25 Nesteen virtauksen vaikutusta verisuonten seinämiin seurattiin kuvaamalla solujen tukirangan organisoitumista ja typpioksidin (NO) eritystä endoteelisoluissa staattisessa tilanteessa ja virtauksen alaisena. Kahden tunnin perfuusion jälkeen virtaus lisäsi F- aktiinin tuotantoa soluissa ja aiheutti säikeiden organisoidumman suuntautumisen virtaussuunnan mukaiseksi, mikä vahvisti seinämän rakennetta. Typpioksidin tuotanto lisääntyi merkittävästi tunnin perfuusion jälkeen. Funktionaalisten verisuonien kasvattamisessa nämä ovat hyviä tuloksia, sillä verisuonet reagoisivat veren virtaukseen näillä mekanismeilla myös in vivo. [37] 5.4 Vaskulaaristen rakenteiden modulaarinen valmistaminen Hydrogeelirakennetta ei ole välttämätöntä rakentaa vain yhdestä yhtenäisestä hydrogeelimassasta, vaan valmistamisessa voidaan hyödyntää pienempiä rakenneosia, jotka liitetään valmistusprosessissa yhteen. Rakenneosien arkkitehtuuri voi olla hyvinkin yksinkertaista, mutta yhdistämällä osat voidaan muodostaa monimutkaisempia kolmiulotteisia rakenteita. Modulaarisessa kokoamisessa haasteena on hydrogeelilevyjen yhteen liittäminen niin, että ne muodostaisivat tasaisen massan eikä liitosalue jäisi mekaanisesti heikommaksi kohdaksi rakenteessa. [38] Yksi metodi on ristisilloittaa komposiittihydrogeelistä valmistettujen levyjen komponentit erikseen. Kuvassa 11 kuvataan Nie et al. käyttämää menetelmää, jossa kahdesta eri polymeeristä valmistettu komposiittihydrogeeli valettiin kahteen identtiseen muottiin. Valmistus koostui kolmesta vaiheesta, jotka olivat valaminen, muotin irrotus ja puolikkaiden yhteen liittäminen. Valamisessa molemmat komponentit olivat ristisilloittamattomia ja liuos valettiin kahteen identtiseen muottiin, jotka vastasivat halutun kanavarakenteen puolikkaita. Muotin irrotuksessa toinen komponenteista ristisilloitettiin ja näin saatiin muodostettua kaksi hydrogeelilevyä, joista toinen vastasi kanavarakenteen yläpuolta ja toinen alapuolta. Puolikkaiden yhteen liittäminen tapahtui toisen komponentin ristisilloituksella, jolloin muodostut hydrogeelirakenne oli samaa massaa, eikä liitoskohtaa pystynyt erottamaan rakenteesta. Rakenteen valmistamisen jälkeen kanavissa viljeltiin HUVEC-soluja endoteelikerroksen muodostamiseksi. [38]

31 26 Kuva 11. a) Gelatiini-GelMA-komposiittihydrogeelin valmistuksen vaiheet. Hydrogeelirakenne valetaan kahdesta erillisestä palasta, jotka yhdistetään, jolloin muodostuu perfusoitava kanavarakenne. b) I-II) Valokuvat valmistetusta yksitasoisesta rakenteesta, joka ovat perfusoitu musteella ja fluoresoivalla väriaineella. III-IV) Valokuva kaksitasoisesta kanavarakenteesta, jossa on yhdyskanava eri tasossa olevien kanavien välissä. c) I) Poikkileikkaus hydrogeelikanavasta. II) Poikkileikkaus kanavasta, jonka seinämä HUVEC-solujen peitossa. III) SEM-kuva poikkileikkauksesta, jossa kanavaan muodostunut endoteelikerros (200x suurennos). IV) SEM-kuva seinämän HUVECsoluista (800x suurennos). d) Optiset ja konfokaalikuvat endoteelisolujen muodostamista kanavista. Muokattu lähteestä [38]. Ryhmä kokeili eri polymeerien yhdistelmiä, joista gelatiini-gelma osoittautui parhaaksi vaihtoehdoksi solujen hyvän adheesion vuoksi. Muotin irrottamisessa gelatiini ristisilloitettiin 4 C lämpötilassa ja puolikkaiden yhteen liittäminen tapahtui GelMApolymeerien ristisilloittamisella UV-altistuksen avulla. Liitoskohdan vahvuutta arvioitiin vertaamalla rakenteen mekaanisia ominaisuuksia vastaavaan hydrogeeliin, joka oli valettu yhtenä palana. Yhtenä palana valettujen hydrogeelien murtovenymä oli noin 240 %, kun kahdesta palasta muodostetuilla hydrogeeleillä se oli noin %. Vastaavat murtolujuudet olivat 117 kpa ja 115 kpa, joten rakenteiden mekaanisilla ominaisuuksilla ei ollut merkittävää eroa. Huomattavaa oli, että kahdesta palasta muodostuneiden rakenteiden havaittiin hajoavan testeissä muualta kuin liitospinnoilta, joten tätä hydrogeelirakenteiden yhteen liittämisen menetelmää voidaan pitää käyttökelpoisena. [38] Menetelmällä pystyttiin valmistamaan useita erilaisia kanavarakenteita käyttäen hyväksi CAD-ohjelmistolla suunniteltuja valumuotteja. Myös päällekkäisiä kanavia kyettiin

32 27 valmistamaan kerrostamalla kaksi yhdessä tasossa olevaa kanavarakennetta päällekkäin. HUVEC-solut kiinnittyivät ja muodostivat tasaisen endoteelikerroksen parhaiten kanavissa, joiden halkaisijat olivat 300 ja 500 μm. Tätä suuremmissa kanavissa (1000 ja 1500 μm) solut kasaantuivat kanavien keskelle, eivätkä kyenneet muodostamaan endoteelikerrosta. Pienempi halkaisija (160 μm) taas vaikeutti viskoosin solususpension injektoimista kanavaan, joten tasaisen solukerroksen muodostaminen ei onnistunut tarpeeksi hyvin. [38] HUVEC-solujen viljelyä jatkettiin kanavissa, joiden halkaisijat olivat 300 ja 500 μm. 10 päivän viljelyn aikana solujen elinkykyisyys pysyi korkeana (>98 %) ja endoteelikerros piti hyvin muotonsa. F-aktiinin, CD31:n ja VE-kadheriinin runsas ilmentäminen osoittivat, että endoteelisolut muodostivat tiiviitä solu-solu-liitoksia, mikä johti vahvan endoteelikerroksen muodostumiseen luumenin ja hydrogeelin välille. Endoteelikerroksen permeabiliteettia testattiin 48 tunnin viljelyn jälkeen 10 ja 40 kda FITC-dekstraanin avulla. Tulokset osoittivat, että HUVEC-soluja sisältävien kanavien permeabiliteetti oli noin puolet vastaavien kanavien arvoista, joissa ei ollut soluja. Endoteelikerros siis hidasti huomattavasti molekyylien diffuusiota kanavista ympäröivään rakenteeseen, vaikka molekyylien koon perusteella olikin odotettavaa, että ne läpäisisivät seinämän. [38] Sen sijaan, että hydrogeeli kasattaisiin osista, voidaan ottaa myös päinvastainen lähestymistapa ja lisätä soluja erissä valmiin hydrogeelirakenteen päälle. Solulevytekniikalla (cell sheet engineering) rakennettavan kudosmallin paksuutta voidaan lisätä kerros kerrokselta. Sakaguchi et al. hyödynsi tätä tekniikkaa vaskularisoituneen sydänlihaskudoksen valmistamisessa. Tyypin I kollageenista valmistettiin hydrogeeli, joka valettiin muottiin kiinnitettyjen teräsvaijereiden päälle. Geeliytymisen jälkeen vaijerit poistettiin ja hydrogeeliin muodostui rinnakkaisia suoria mikrokanavia (halkaisijat 300 μm). Tätä ennen rotan sydänlihassoluja oli viljelty yhdessä endoteelisolujen kanssa staattisesti niin, että ne muodostivat kolmikerroksisen solulevyn. Tämä solulevy siirrettiin geeliytyvän hydrogeelin päälle ja kokonaisuutta inkuboitiin tunnin ajan ennen sen siirtämistä bioreaktoriin. Bioreaktorissa mikrokanavat liitettiin pumppuun, jolla perfusoitiin kanavia kasvatusliuoksella, joka sisälsi fibroblastien kasvutekijää (bfgf) ja endoteelisolujen kasvutekijää (VEGF). Etäisyys mikrokanavista solulevyyn oli noin 500 μm. Rakennetta viljeltiin 5 päivää, jonka aikana endoteelisolut muodostivat kapillaareja solulevystä kohti perfusoituja mikrokanavia. Kapillaarit anastomoituivat mikrokanaviin, jolloin kasvatusliuos pääsi virtaamaan solulevykerrokseen (paksuus 24 μm, solukerrosten määrä n=3). Tämän jälkeen toinen

33 28 kolmikerroksinen solulevy lisättiin edellisen päälle ja jälleen rakennetta viljeltiin 5 päivää, jonka aikana kapillaariverkosto kasvoi lisättyyn solulevykerrokseen ja muodostui yhtenäinen paksumpi kudosrakenne (paksuus 35 μm, n=6) (kuva 12). Toisen solulevyn lisäyksen jälkeen sydänlihasolujen havaittiin sykkivän synkronoidusti, mikä antaa viitteitä siitä, että paksummissakin kudosrakenteissa voidaan säilyttää solujen ja kudosten luontainen toiminnallisuus. Kolmikerroksisten solulevyjen lisäämistä jatkettiin 5 päivän välein, kunnes solulevyjä oli lisätty yhteensä 4 kerrosta (paksuus 110 μm, solukerroksia n=12). [39] Kuva 12. a) Kolmikerroksinen solulevy kollageenihydrogeelin päällä, hydrogeelissä perfusoitavissa olevat mikrokanavat. b) Mikrokanavia on perfusoitu 5 päivää, jonka aikana endoteelisolut muodostavat kapillaareja kohti kanavia. c) Kapillaarit yhdistyvät kanaviin ja kasvatusliuos virtaa solukerroksiin. d) Uuden kolmikerroksisen solulevyn lisääminen. e) Uusi kerros yhdistyy vanhaan ja kapillaariverkosto kasvaa uuteen levyyn. Muokattu lähteestä [39]. Kapillaariverkoston toiminnallisuutta testattiin perfusoimalla mikrokanavat rotan punasoluilla. Histologisten näytteiden perusteella punasolujen havaittiin kulkeutuneen kaikkialle solulevykerrokseen, mikä kertoo kapillaarisuonien onnistuneesta anastomoosista mikrokanaviin sekä siitä, että kapillaarien rakenne on riittävän iso punasoluille. 12-kerroksisen rakenteen histologisessa HE-värjäyksessä (hematoksyliinieosiini-värjäys) ei havaittu nekroottista kudosta, mutta live/dead -määrityksessä rakenteen keskiosassa havaittiin pieni määrä kuolleita soluja. [39] Solujen kuolleisuus on voinut johtua puutteellisesta kapillaariverkoston muodostumisesta tai solut ovat voineet olla kuolleita jo solulevykerrosta lisättäessä. Kasvattamalla solukerrosten määrää 12:ta suuremmaksi saataisiin tarkempaa tietoa, miten kapillaariverkoston

34 29 muodostuminen muuttuu kudoksen paksuuden kasvaessa. Menetelmä antoi kuitenkin lupaavia tuloksia vaskularisoituneen ja toiminnallisen sydänlihaskudoksen kasvattamisesta in vitro D- ja 4D-bioprinttaus 3D-printtaus on nostanut suosiotaan hyvin monella alalla ja sitä on alettu hyödyntää entistä enemmän myös kudosteknologiassa. 3D-bioprinttaus yhdistää 3Dprinttaustekniikat, biomateriaalit ja solut yhteen. Bioprinttauksen avulla voidaan valmistaa monimutkaisia 3D-rakenteita tarkasti ja nopeasti, mikä vaskulaaristen rakenteiden tapauksessa mahdollistaa perfuusion käynnistämisen nopeammin. Solut voidaan lisätä hydrogeelin sekaan, jolloin muodostunut biomuste voidaan printata suoraan haluttuun muotoon. 3D-printtausta on käytetty aikaisemminkin hyväksi vaskulaaristen rakenteiden valmistamisessa, mutta sovellukset ovat yleensä perustuneet epäsuoraan menetelmään, jossa haluttu kanavarakenne printataan uhrimateriaalista, joka myöhemmin valetaan hydrogeelin sisään ja liuotetaan pois. Solut lisätään kanaviin vasta jälkikäteen uhrimateriaalin poistamisen jälkeen, jolloin kestää kauemmin ennen kuin solut ovat levittäytyneet koko rakenteeseen. Suorassa menetelmässä solut ovat printattavan hydrogeelin joukossa, jolloin myös solujen sijaintiin hydrogeelirakenteessa voidaan vaikuttaa tarkemmin. Suora menetelmä tuo toisaalta enemmän vaatimuksia printtausolosuhteille, sillä solujen täytyy selvitä printtauksesta hengissä samalla kun hydrogeelin on oltava tarpeeksi nestemäistä printtaukseen, mutta myös tarpeeksi geelimäistä printatun rakenteen muodon ylläpitämiseksi. [40] 3D-printtauksessa on käytössä erilaisia suuttimia, joilla printtausjälkeä voidaan muuttaa. Yksinkertaisemmat suuttimet ovat onttoja kanavia, joista biomuste voidaan printata ulos pisaroina (droplet-based) tai yhtenäisenä kuituna (extrusion-based). Hieman monimutkaisemmat koaksiaalisuuttimet mahdollistavat sen, että kuituna suuttimesta ulos tuleva biomuste on heti putkimaisessa muodossa. Koaksiaalisuuttimen rakenne koostuu sylinterin muotoisesta keskuskappaleesta, jota ympäröi kuorikerros. Biomuste puristetaan kuorikerroksen ja keskussylinterin välistä, jolloin printtausjälkenä on ontto kuitu. [40 42] 3D-bioprinttaus voi perustua myös stereolitografiaan, jossa hydrogeeli ristisilloitetaan laserin avulla [43]. Tässä luvussa tutustutaan 3D- ja 4D-bioprinttaukseen koaksiaalisuuttimilla ja ontoilla suuttimilla.

35 30 Jia et al. käyttivät monikerroksisia koaksiaalisuuttimia ja kolmesta polymeeristä koostuvaa hydrogeeliä valmistaakseen kolmiulotteisen vaskulaarisen verkoston. Monikerroksinen suutin mahdollisti halkaisijaltaan erikokoisten putkien valmistamisen. Soluina käytettiin HUVEC-soluja ja ihmisen mesenkymaalisia kantasoluja (mesenchymal stem cells, MSC). Kantasolujen haluttiin erilaistuvan sileiksi lihassoluiksi, joten kasvatusliuokseen lisättiin TGF-β1-kasvutekijää erilaistumisen edistämiseksi. Hydrogeeli koostui GelMA:sta, natriumalginaatista ja PEG-tetra-akrylaatista (PEGTA). Natriumalginaatti mahdollistaa hydrogeelin nopean ristisilloituksen ionisidoksilla CaCl 2 - liuoksessa, jolloin seoksesta saadaan riittävän geelimäistä printtausta varten ja printattu rakenne pysyy väliaikaisesti koossa. PEGTA antaa lopulliselle hydrogeelirakenteelle mekaanista vahvuutta ja GelMA:n hyvät biologiset ominaisuudet mahdollistavat solujen hyvän adheesion ja levittäytymisen rakenteeseen. [42] Solut lisättiin hydrogeeliliuokseen juuri ennen printtausta. Koaksiaalisuuttimen keskiosan sylinteristä ruiskutettiin CaCl 2 -liuosta samanaikaisesti, kun biomuste pursotettiin ulos (kuva 13). Syntyvää onttoa kuitua ruiskutettiin myös ulkopuolelta CaCl 2 -liuoksella, jolloin alginaatti geeliytyi ja antoi syntyneelle rakenteelle väliaikaisesti tukea. Tämän jälkeen GelMA ja PEGTA ristisilloitettiin kovalenttisesti UV-valon avulla, mitä seurasi koko rakenteen upottaminen etyleenidiamiinitetraetikkahappo-liuokseen (EDTA). EDTA sitoi rakenteesta Ca 2+ -ionit, jolloin alginaatin ristisilloitus purkautui ja alginaatti voitiin huuhtoa pois. Lopulliseen rakenteeseen jäi siis GelMA ja PEGTA kovalenttisesti ristisilloittuneena, sekä hydrogeeli-liuokseen lisätyt solut. [42] Kolmikerroksista koaksiaalisuutinta käytettäessä biomuste puristettiin toisen ja kolmannen vaipan välistä. Vaihtamalla pursotusreittiä ulomman ja sisemmän vaipan välillä, pystyttiin valmistamaan hydrogeeliputkia, joiden halkaisija vaihteli. Halkaisijaa pystyttiin muuttamaan printtauksen aikana myös muuttamalla hydrogeeliluoksen virtausnopeutta suuttimessa tai muuttamalla nopeutta, jolla suutinta liikutettiin. Vaipan paksuutta muuttamalla puolestaan pystyttiin säätämään valmistuvan kanavan seinämän paksuutta. Valmistettujen kanavien ulkohalkaisija vaihteli välillä μm, sisähalkaisija välillä μm ja seinämän paksuus välillä μm. Menetelmä mahdollistaa erikokoisten kanavien valmistamisen yhtenäiseksi verkostoksi, jolloin päästään lähemmäs verisuoniverkoston in vivo rakennetta, jossa eri kokoiset verisuonet yhdistyvät saumattomaksi kokonaisuudeksi. [42] Solut levittäytyivät seinämissä koko hydrogeelin alueelle 21 päivän aikana ja ne järjestäytyivät pitkittäin kanavan suunnan mukaisesti. Kanavat pystyttiin perfusoimaan ja

36 31 nesteen virtausta luumenissa seurattiin fluoresoivien väriaineiden avulla (kuva 14). HUVEC-solut muodostivat endoteelikerroksen luumenin sisäpinnalle ja MSC-solut näyttivät merkkejä erilaistumisesta sileiksi lihassoluiksi. Endoteelikerroksen muodostumista seurattiin CD31-proteiinin värjäämisellä ja kantasolujen erilaistumista α- SMA-proteiinin värjäämisellä. α-sma on aktiinin muoto, jota ilmennetään sileissä lihasoluissa. [42] Kuva 13. A) Polymeerien ristisilloittamisen vaiheet. Alginaatti ristisilloitetaan ensimmäisenä Ca 2+ -ionien avulla, jonka jälkeen GelMA ja PEGTA ristisilloitetaan kovalenttisesti UV-altistuksella. B) 3D-bioprinttauksen vaiheet, jossa soluja sisältävä biomuste pursotetaan koaksiaalisuuttimella putkimaiseen muotoon ja alustava vaskulaarinen rakenne muodostuu. C) Kaksi- ja kolmikerroksisia koaksiaalisuuttimia. Kolmikerroksisella suuttimella voidaan muuttaa printattavan putken halkaisijaa printtauksen aikana. Muokattu lähteestä [42]. Vaikka rakenne pysyi hyvin kasassa printtauksen jälkeen ja solut lähtivät leviämään ja erilaistumaan toivotulla tavalla, rakenteen puristuslujuus heikkeni kuitenkin merkittävästi 21 päivän jälkeen, kun GelMA oli hajonnut pois rakenteesta. Kanavia ei pystytty 21 päivän jälkeen enää perfusoimaan kunnolla, sillä rakenteen seinämät eivät kestäneet mekaanista rasitusta. Eri polymeerien suhteiden optimoimisella ongelma olisi ehkä ratkaistavissa, mutta ratkaisuna voi olla myös polymeerien muokkaus tai muiden polymeerien lisääminen hydrogeeliin. [42] Fibroblastien lisääminen rakenteeseen

37 32 saattaisi myös nopeuttaa uuden soluväliaineen muodostumista hajoavan GelMA:n tilalle, jotta seinämät pysyisivät riittävän vahvoina. Kuva 14. GelMA-PEGTA-hydrogeelistä valmistettuja rakenteita. A) Kaavakuvat ja fluoresenssikuvat muodostuneesta verkostosta eri kuvakulmista. B) 10-kerroksisen rakenteen fluoresenssikuvat, jossa seinämät näkyvät virheällä ja perfuusioneste punaisella. C) Fluoresenssikuvat kaksikerroksisesta kanavarakenteesta ennen perfuusiota fluoresoivalla punaisella väriaineella ja sen jälkeen. Muokattu lähteestä [42]. 3D-bioprinttauksesta on kehitetty myös menetelmä, jossa neljäntenä ulottuvuutena on aika. Tätä kutsutaan 4D-bioprinttaukseksi ja ideana siinä on printatut rakenteet, jotka kykenevät printtauksen jälkeen muuttamaan muotoaan tai funktiotaan ulkoisesta ärsykkeestä. Menetelmää on hyödynnetty myös vaskulaaristen rakenteiden valmistamisessa. [44] Yhdessä tutkimuksessa metakryloidusta alginaatista (AA-MA) valmistettiin hydrogeeli, joka printattiin onttoa suutinta käyttäen suorakulmion muotoisiksi levyiksi lasilevyn tai polystyreenilevyn päälle (kuva 15). Metakryloinnin ansiosta hydrogeelilevyt voitiin ristisilloittaa vihreän valon avulla, jonka jälkeen geelilevyjä kuivattiin hieman. Kuivaamisen jälkeen levyt voitiin upottaa joko veteen, PBS-liuokseen (fosfaattipuskuroitu suolaliuos) tai kasvatusliuokseen, joissa levyt taittuivat välittömästi (sekunneissa) ontoiksi putkiksi turpoamisen seurauksena. Kuivaamattomat levyt taittuivat vain osittain tai eivät lainkaan. Muodostuneiden putkien ulkohalkaisijat vaihtelivat μm:n välillä ja sisähalkaisijat μm:n välillä, riippuen printatun levyn koosta. [45]

38 33 Kuva 15. a) Metakryloidun alginaatin (AA-MA) printtaaminen lasille tai polystyreenilevylle. Soluja sisältävä hydrogeeli printattiin samalla tavalla. b) Hydrogeeli ristisilloitettiin valolla ja kuivattiin kevyesti. c) Hydrogeelilevyjen upottaminen veteen, PBS-liuokseen tai kasvatusliuokseen sai ne taittumaan ontoksi putkeksi. Muokattu lähteestä [45]. Solutesteissä hydrogeelin joukkoon sekoitettiin multipotentteja kantasoluja (D1, hiiren luuytimen kantasoluja) ja hydrogeeli printattiin samalla menetelmällä kuin soluton hydrogeeli. Ristisilloituksen ja kuivauksen jälkeen levyt upotettiin kasvatusliuokseen, jossa ne taittuivat ontoiksi putkiksi. Solut oli värjätty fluoresoivalla väriaineella ennen lisäystä hydrogeeliin ja putkien muodostamisen jälkeen niiden todettiin olevan tasaisesti jakautuneena koko rakenteeseen. Solujen lisääminen hydrogeeliin ei muuttanut putkien taittumista eivätkä niiden halkaisijat muuttuneet solujen vaikutuksesta verrattuna soluttomiin rakenteisiin. Soluja viljeltiin 7 vuorokautta ja niiden elinkykyisyys pysyi hyvin korkeana (>95 %) koko viljelyjakson ajan. Solujen ei havaittu leviävän rakenteessa viljelyn aikana, minkä tutkijat olettivat johtuvan rajallisesta määrästä RGDsitoutumissekvenssejä alginaattihydrogeelissä. [45] Käytetyllä menetelmällä kyetään valmistamaan suurella tarkkuudella onttoja putkirakenteita, pienimpien sisähalkaisijoiden ollessa vain 20 μm, joka vastaa pienimpien verisuonien halkaisijoita. Näin pienien rakenteiden valmistaminen hydrogeeleistä on ollut suuri haaste, mutta 4D-bioprinttaus on osoittautunut potentiaaliseksi menetelmäksi kaikista pienimpien vaskulaaristen rakenteiden valmistamiseen. Yllä esitelty menetelmä sopii soluja sisältävien hydrogeelien bioprinttaukseen, mutta se vaatii kuitenkin vielä paljon tutkimusta ja eri solutyyppien lisäämistä rakenteeseen, ennen kuin sillä voitaisiin mallintaa kunnolla verisuonia. [45]

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

BI4 IHMISEN BIOLOGIA BI4 IHMISEN BIOLOGIA Verenkierto toimii elimistön kuljetusjärjestelmänä 6 Avainsanat fibriini fibrinogeeni hiussuoni hyytymistekijät imusuonisto iso verenkierto keuhkoverenkierto laskimo lepovaihe eli

Lisätiedot

Drug targeting to tumors: Principles, pitfalls and (pre-) cilinical progress

Drug targeting to tumors: Principles, pitfalls and (pre-) cilinical progress Drug targeting to tumors: Principles, pitfalls and (pre-) cilinical progress Twan Lammers, Fabian Kiessling, Wim E. Hennik, Gert Storm Journal of Controlled Release 161: 175-187, 2012 Sampo Kurvonen 9.11.2017

Lisätiedot

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI VESI KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Johdantoa: Vesi on elämälle välttämätöntä. Se on hyvä liuotin, energian ja aineiden siirtäjä, lämmönsäätelijä ja se muodostaa vetysidoksia, jotka tekevät siitä poikkeuksellisen

Lisätiedot

Vastaa lyhyesti selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Vastaa lyhyesti selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan 1 1) Tunnista molekyylit (1 piste) ja täytä seuraava taulukko (2 pistettä) a) b) c) d) a) Syklinen AMP (camp) (0.25) b) Beta-karoteeni (0.25 p) c) Sakkaroosi (0.25 p) d) -D-Glukopyranoosi (0.25 p) 2 Taulukko.

Lisätiedot

Päästä varpaisiin. Tehtävät. Ratkaisut. Päivitetty 8.4.2013 ISBN 978-951-37-6416-6, 978-951-37-6417-3, 978-951-6418-0. Sisällys (ratkaisut) Johdanto

Päästä varpaisiin. Tehtävät. Ratkaisut. Päivitetty 8.4.2013 ISBN 978-951-37-6416-6, 978-951-37-6417-3, 978-951-6418-0. Sisällys (ratkaisut) Johdanto OPETTAJAN AINEISTO Käyttöehdot Päästä varpaisiin Ihmisen anatomia ja fysiologia Eliisa Karhumäki Mari Kärkkäinen (os. Lehtonen) Päivitetty 8.4.2013 ISBN 978-951-37-6416-6, 978-951-37-6417-3, 978-951-6418-0

Lisätiedot

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

BI4 IHMISEN BIOLOGIA BI4 IHMISEN BIOLOGIA IHMINEN ON TOIMIVA KOKONAISUUS Ihmisessä on noin 60 000 miljardia solua Solujen perusrakenne on samanlainen, mutta ne ovat erilaistuneet hoitamaan omia tehtäviään Solujen on oltava

Lisätiedot

HENGITYSKAASUJEN VAIHTO

HENGITYSKAASUJEN VAIHTO HENGITYSKAASUJEN VAIHTO Tarja Stenberg KAASUJENVAIHDON VAIHEET Happi keuhkoista vereen -diffuusio alveolista kapillaariin -ventilaatio-perfuusio suhde Happi veressä kudokseen -sitoutuminen hemoglobiiniin

Lisätiedot

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä Kertausta 1.kurssista Hiilen isotoopit 1 Isotoopeilla oli ytimessä sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja. Ne käyttäytyvät kemiallisissa

Lisätiedot

Entsyymit ja niiden tuotanto. Niklas von Weymarn, VTT Erikoistutkija ja tiiminvetäjä

Entsyymit ja niiden tuotanto. Niklas von Weymarn, VTT Erikoistutkija ja tiiminvetäjä Entsyymit ja niiden tuotanto Niklas von Weymarn, VTT Erikoistutkija ja tiiminvetäjä Mitä ovat entsyymit? Entsyymit ovat proteiineja (eli valkuaisaineita), jotka vauhdittavat (katalysoivat) kemiallisia

Lisätiedot

Ma > GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING

Ma > GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING Ma 5.12. -> GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING Cell-Surface Receptors Relay Extracellular Signals via Intracellular Signaling Pathways Some Intracellular Signaling Proteins Act as Molecular Switches

Lisätiedot

ENTSYYMIKATA- LYYSIN PERUSTEET (dos. Tuomas Haltia)

ENTSYYMIKATA- LYYSIN PERUSTEET (dos. Tuomas Haltia) ENTSYYMIKATA- LYYSIN PERUSTEET (dos. Tuomas Haltia) Elämän edellytykset: Solun täytyy pystyä (a) replikoitumaan (B) katalysoimaan tarvitsemiaan reaktioita tehokkaasti ja selektiivisesti eli sillä on oltava

Lisätiedot

Luennon 3 oppimistavoitteet. Solulajit PUUSOLUT. Luennon 3 oppimistavoitteet. Puu-19.210 Puun rakenne ja kemia

Luennon 3 oppimistavoitteet. Solulajit PUUSOLUT. Luennon 3 oppimistavoitteet. Puu-19.210 Puun rakenne ja kemia Solulajit Puu-19.210 Puun rakenne ja kemia Luennon 3 oppimistavoitteet Osaat luokitella puusolut ja ymmärrät niiden tehtävät ja sijainnin puusolukossa. Tunnistat havupuiden ja lehtipuiden solukot mikroskooppikuvista.

Lisätiedot

Verenkierto. Jari Kolehmainen. Kouvolan iltalukio & Kouvolan Lyseon lukio 22/10/2009

Verenkierto. Jari Kolehmainen. Kouvolan iltalukio & Kouvolan Lyseon lukio 22/10/2009 Verenkierto Jari Kolehmainen Kouvolan iltalukio & Kouvolan Lyseon lukio 2009 valtimo pikkuvaltimo hiussuoni pikkulaskimo laskimo Muistisääntö: Valtimo vie verta sydämestä pois, laskimo laskee sydämeen.

Lisätiedot

Tekstiiliteknologia tuottaa pehmeitä ja miellyttäviä materiaaleja, jotka reagoivat kehon oman energian ja lämmön kanssa. Back2You -vaatteiden

Tekstiiliteknologia tuottaa pehmeitä ja miellyttäviä materiaaleja, jotka reagoivat kehon oman energian ja lämmön kanssa. Back2You -vaatteiden Tekstiiliteknologia tuottaa pehmeitä ja miellyttäviä materiaaleja, jotka reagoivat kehon oman energian ja lämmön kanssa. Back2You -vaatteiden kuituihin sisällytetyt bioaktiiviset mineraalit hellästi stimuloivat

Lisätiedot

Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe Tehtävä 1 Pisteet / 15

Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe Tehtävä 1 Pisteet / 15 Tampereen yliopisto Henkilötunnus - Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe 18.5.2018 Tehtävä 1 Pisteet / 15 1. Alla on esitetty urheilijan

Lisätiedot

Essential Cell Biology

Essential Cell Biology Alberts Bray Hopkin Johnson Lewis Raff Roberts Walter Essential Cell Biology FOURTH EDITION Chapter 16 Cell Signaling Copyright Garland Science 2014 1 GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING Signals Can Act

Lisätiedot

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista. KEMIA Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista. Kemian työturvallisuudesta -Kemian tunneilla tutustutaan aineiden ominaisuuksiin Jotkin aineet syttyvät palamaan reagoidessaan

Lisätiedot

SUPERABSORBENTIT. Kemian opetuksen keskus Helsingin yliopisto Superabsorbentit Opettajan ohje

SUPERABSORBENTIT. Kemian opetuksen keskus Helsingin yliopisto Superabsorbentit Opettajan ohje SUPERABSORBENTIT KOHDERYHMÄ: Soveltuu kaiken ikäisille oppilaille. Työn kemian osuutta voidaan supistaa ja laajentaa oppilaiden tietojen ja taitojen mukaisesti. KESTO: 5 15 min. MOTIVAATIO: Kosteuspyyhkeet

Lisätiedot

Jonne Seppälä. Lectio praecursoria

Jonne Seppälä. Lectio praecursoria Jonne Seppälä Lectio praecursoria 22.5.2015 Structural Studies on Filamin Domain Interactions Rakennetutkimuksia filamiini-proteiinin domeenivuorovaikutuksilla Mitä solu- ja molekyylibioginen tutkimus

Lisätiedot

UUTUUS EQOLOGY. Aktiivinen Kollageeni2. Nauti nuorekkaasta ihosta. Taistele tehokkaasti ikääntymistä vastaan!

UUTUUS EQOLOGY. Aktiivinen Kollageeni2. Nauti nuorekkaasta ihosta. Taistele tehokkaasti ikääntymistä vastaan! UUTUUS EQOLOGY Nauti nuorekkaasta ihosta Vähentää ikääntymisen näkyviä merkkejä Tarjoaa elinvoimaa, vahvuutta ja kimmoisuutta Kosteuttaa Kasvattaa luonnollista kollageenin tuotantoa Taistele tehokkaasti

Lisätiedot

KULJETUSSUUREET Kuljetussuureilla tai -ominaisuuksilla tarkoitetaan kaasumaisen, nestemäisen tai kiinteän väliaineen kykyä siirtää ainetta, energiaa, tai jotain muuta fysikaalista ominaisuutta paikasta

Lisätiedot

Sidekudos. Sidekudos. Makrofagi. Makrofagit (mononukleaarinen syöjäsolujärjestelmä)

Sidekudos. Sidekudos. Makrofagi. Makrofagit (mononukleaarinen syöjäsolujärjestelmä) Luento III Sidekudos Makrofagit (mononukleaarinen syöjäsolujärjestelmä) j j Maksan Kuppferin soluja Syntyvät luuytimessä promonosyyteistä Kulkeutuvat veren mukana eri kudoksiin Saadaan näkyviin vitaaliväreillä

Lisätiedot

Avainsanat: BI5 III Biotekniikan sovelluksia 9. Perimä ja terveys.

Avainsanat: BI5 III Biotekniikan sovelluksia 9. Perimä ja terveys. Avainsanat: mutaatio Monitekijäinen sairaus Kromosomisairaus Sukupuu Suomalainen tautiperintö Geeniterapia Suora geeninsiirto Epäsuora geeninsiirto Kantasolut Totipotentti Pluripotentti Multipotentti Kudospankki

Lisätiedot

BIOMUOVIA TÄRKKELYKSESTÄ

BIOMUOVIA TÄRKKELYKSESTÄ BIOMUOVIA TÄRKKELYKSESTÄ KOHDERYHMÄ: Soveltuu peruskoulun 9.luokan kemian osioon Orgaaninen kemia. KESTO: 45 60 min. Kemian opetuksen keskus MOTIVAATIO: Muovituotteet kerääntyvät helposti luontoon ja saastuttavat

Lisätiedot

Henkilötunnus - Biokemian/bioteknologian valintakoe. Sukunimi Etunimet Tehtävä 1 Pisteet / 20

Henkilötunnus - Biokemian/bioteknologian valintakoe. Sukunimi Etunimet Tehtävä 1 Pisteet / 20 elsingin yliopisto/tampereen yliopisto enkilötunnus - Biokemian/bioteknologian valintakoe Sukunimi 24. 5. 2004 Etunimet Tehtävä 1 Pisteet / 20 Solujen kalvorakenteet rajaavat solut niiden ulkoisesta ympäristöstä

Lisätiedot

Limsan sokeripitoisuus

Limsan sokeripitoisuus KOHDERYHMÄ: Työn kohderyhmänä ovat lukiolaiset ja työ sopii tehtäväksi esimerkiksi työkurssilla tai kurssilla KE1. KESTO: N. 45 60 min. Työn kesto riippuu ryhmän koosta. MOTIVAATIO: Sinun tehtäväsi on

Lisätiedot

Juurten kasvaessa maassa ne parantavat maata

Juurten kasvaessa maassa ne parantavat maata Syväjuuriset kasvit Juuret KASVIEN TUOTTAMASTA BIOMASSASTA PUOLET SIJAITSEE JUURISSA MAAN PINNAN ALLA. JUURTEN PÄÄTEHTÄVÄT ANKKUROIDA KASVI MAAHAN OTTAA MAASTA VETTÄ OTTAA MAASTA RAVINTEITA KASVAESSAAN

Lisätiedot

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit 2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit Tiivistelmä Esitumaisiset eli alkeistumalliset solut ovat pieniä (n.1-10µm), niissä on vähän soluelimiä, eikä tumaa (esim. arkeonit, bakteerit) Tumalliset eli aitotumalliset

Lisätiedot

AvantGuard. aivan uudenlainen korroosionesto

AvantGuard. aivan uudenlainen korroosionesto AvantGuard aivan uudenlainen korroosionesto Suojaa kolmella tavalla Estää korroosiota Rauta on maailman yleisin rakennusmateriaali. Valitettavasti rauta reagoi ilmankehän sisältämään veteen, happeen ja

Lisätiedot

NaturaPura Ibérica Elokuu 10, 2009 Rua das Australias, No. 1 4705-322 Braga Portugali

NaturaPura Ibérica Elokuu 10, 2009 Rua das Australias, No. 1 4705-322 Braga Portugali NaturaPura Ibérica Elokuu 10, 2009 Rua das Australias, No. 1 4705-322 Braga Portugali VIITATEN: IN VITRO IHOÄRSYTTÄVYYSTESTAUSRAPORTTI Oheisena NaturaPuran toimittaman 100% puuvillakangasmateriaalin in

Lisätiedot

Peruskoulu (demonstraatio) / lukio (demonstraatio, oppilastyö ja mallinnus)

Peruskoulu (demonstraatio) / lukio (demonstraatio, oppilastyö ja mallinnus) SUPERABSORBENTIT Kohderyhmä: Kesto: Tavoitteet: Työturvallisuus: Toteutus: Jätteiden hävitys: Peruskoulu (demonstraatio) / lukio (demonstraatio, oppilastyö ja mallinnus) Demonstraatio 10 min, mallinnus

Lisätiedot

Luonnonkuitukomposiittien. ruiskuvalussa

Luonnonkuitukomposiittien. ruiskuvalussa Luonnonkuitukomposiitit ruiskuvalussa Luonnonkuitukomposiittien mahdollisuudet -Roadshow 2008 Harri Välimäki Kareline Oy Ltd KARELINE OY LTD Sirkkalantie 12 B FIN-80100 Joensuu www.kareline.com Customers

Lisätiedot

Puhtaat aineet ja seokset

Puhtaat aineet ja seokset Puhtaat aineet ja seokset KEMIAA KAIKKIALLA, KE1 Määritelmä: Puhdas aine sisältää vain yhtä alkuainetta tai yhdistettä. Esimerkiksi rautatanko sisältää vain Fe-atomeita ja ruokasuola vain NaCl-ioniyhdistettä

Lisätiedot

Säteilyvaikutuksen synty. Erikoistuvien lääkärien päivät 25 26.1.2013 Kuopio

Säteilyvaikutuksen synty. Erikoistuvien lääkärien päivät 25 26.1.2013 Kuopio Säteilyvaikutuksen synty Erikoistuvien lääkärien päivät 25 26.1.2013 Kuopio Säteilyn ja biologisen materian vuorovaikutus Koska ihmisestä 70% on vettä, todennäköisin (ja tärkein) säteilyn ja biologisen

Lisätiedot

Biomolekyylit ja biomeerit

Biomolekyylit ja biomeerit Biomolekyylit ja biomeerit Polymeerit ovat hyvin suurikokoisia, pitkäketjuisia molekyylejä, jotka muodostuvat monomeereista joko polyadditio- tai polykondensaatioreaktiolla. Polymeerit Synteettiset polymeerit

Lisätiedot

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET Tunnin sisältö 2. Heikot vuorovaikutukset Millaisia erilaisia? Missä esiintyvät? Biologinen/lääketieteellinen merkitys Heikot sidokset Dipoli-dipolisidos

Lisätiedot

KandiakatemiA Kandiklinikka

KandiakatemiA Kandiklinikka Kandiklinikka Pääsykoe 2009 Opiskelijan koe LÄÄKETIETEEN PÄÄSYKOE 2009, OPISKELIJAN KOE Lääketieteen pääsykoe on kuluneina vuosina sisältänyt tehtäviä biologiasta, kemiasta sekä fysiikasta. Pääsykokeen

Lisätiedot

Kemiallinen reaktio

Kemiallinen reaktio Kemiallinen reaktio REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Johdantoa: Syömme elääksemme, emme elä syödäksemme! sanonta on totta. Kun elimistömme hyödyntää ravintoaineita metaboliassa eli aineenvaihduntareaktioissa,

Lisätiedot

Luennon 5 oppimistavoitteet. Soluseinän biosynteesi. Puu-19.210 Puun rakenne ja kemia. Solun organelleja. Elävä kasvisolu

Luennon 5 oppimistavoitteet. Soluseinän biosynteesi. Puu-19.210 Puun rakenne ja kemia. Solun organelleja. Elävä kasvisolu Luennon 5 oppimistavoitteet Soluseinän biosynteesi Puu-19.210 Puun rakenne ja kemia saat listata puuaineksen muodostumisen vaiheet. Ymmärrät, kuinka soluseinän tapahtuu. saat lyhyesti kuvata soluseinän

Lisätiedot

Muovitulostuksen mahdollisuudet mallien ja keernalaatikoiden valmistuksessa. 5.2.2015 Riku Rusanen, Prenta Oy www.prenta.fi

Muovitulostuksen mahdollisuudet mallien ja keernalaatikoiden valmistuksessa. 5.2.2015 Riku Rusanen, Prenta Oy www.prenta.fi Muovitulostuksen mahdollisuudet mallien ja keernalaatikoiden valmistuksessa. 5.2.2015 Riku Rusanen, Prenta Oy www.prenta.fi Esityksen rakenne Yritysesittely, Prenta Oy Tekniikan esittely, 3D-tulostaminen

Lisätiedot

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

BI4 IHMISEN BIOLOGIA BI4 IHMISEN BIOLOGIA KESKUS- JA ÄÄREISHERMOSTO SÄÄTELEVÄT ELIMISTÖN TOIMINTAA Elimistön säätely tapahtuu pääasiassa hormonien ja hermoston välityksellä Hermostollinen viestintä on nopeaa ja täsmällistä

Lisätiedot

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan? 2.1 Kolme olomuotoa Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan? pieni energia suuri energia lämpöä sitoutuu = endoterminen lämpöä vapautuu = eksoterminen (endothermic/exothermic)

Lisätiedot

Verisuonten mallintamisella täsmähoitoa laskimosairauksiin

Verisuonten mallintamisella täsmähoitoa laskimosairauksiin Verisuonten mallintamisella täsmähoitoa laskimosairauksiin Lauri Eklund tutkii verisuonten kasvun ja toiminnan häiriöitä. Tavoitteena on mm. kehittää laskimosairauksiin täsmähoitoja. Picture: Veli-Pekka

Lisätiedot

782630S Pintakemia I, 3 op

782630S Pintakemia I, 3 op 782630S Pintakemia I, 3 op Ulla Lassi Puh. 0400-294090 Sposti: ulla.lassi@oulu.fi Tavattavissa: KE335 (ma ja ke ennen luentoja; Kokkolassa huone 444 ti, to ja pe) Prof. Ulla Lassi Opintojakson toteutus

Lisätiedot

Sydän, verenkierto ja munuainen FARMAKOLOGIAN KURSSITYÖ

Sydän, verenkierto ja munuainen FARMAKOLOGIAN KURSSITYÖ Sydän, verenkierto ja munuainen FARMAKOLOGIAN KURSSITYÖ Sydän, verenkierto ja munuainen jakso: FARMAKOLOGIAN KURSSITYÖ Farmakologian kurssityössä tutustutaan verisuonen tonuksen fysiologiseen säätelyyn

Lisätiedot

Solun Kalvot. Kalvot muodostuvat spontaanisti. Biologiset kalvot koostuvat tuhansista erilaisista molekyyleistä

Solun Kalvot. Kalvot muodostuvat spontaanisti. Biologiset kalvot koostuvat tuhansista erilaisista molekyyleistä Solun Kalvot (ja Mallikalvot) Biologiset kalvot koostuvat tuhansista erilaisista molekyyleistä Biokemian ja Farmakologian erusteet 2012 Kalvot muodostuvat spontaanisti Veden rakenne => ydrofobinen vuorovaikutus

Lisätiedot

MIKÄ KUVIA YHDISTÄÄ? Apetta aivoille avaimia aivoterveyteen -hanke

MIKÄ KUVIA YHDISTÄÄ? Apetta aivoille avaimia aivoterveyteen -hanke MIKÄ KUVIA YHDISTÄÄ? LÄHTEET Pusa Tuija 2017. Kuitu monipuolisen ruuan osana. https://sydan.fi/ruoka-ja-liikunta/kuitu-monipuolisen-ruuan-osana Pusa Tuija 2017. Suolaa vain kohtuudella. https://sydan.fi/ruoka-ja-liikunta/suolaa-vain-kohtuudella

Lisätiedot

LIGNIINI yleisesti käytettyjä termejä

LIGNIINI yleisesti käytettyjä termejä Luennon 9 oppimistavoitteet Ligniinin biosynteesi, rakenne ja ominaisuudet Puu-19210 Puun rakenne ja kemia Ymmärrät, että ligniini on amorfinen makromolekyyli, joka muodostuu monomeeriyksiköistä Tiedät

Lisätiedot

SYDÄN- JA VERENKIERTOJÄRJESTELMÄN KEHITYS. Hannu Sariola

SYDÄN- JA VERENKIERTOJÄRJESTELMÄN KEHITYS. Hannu Sariola SYDÄN- JA VERENKIERTOJÄRJESTELMÄN KEHITYS Hannu Sariola INFEKTIOIDEN JÄLKEEN SYDÄMEN EPÄMUODOSTUMAT TAPPAVAT ENITEN LAPSIA GASTRULAATIO VARHAISKEHITYS VERISUONET JA VEREN SOLUT Kehitys käynnistyy 3.

Lisätiedot

Työn toteutus Lisää pullosta kolmeen koeputkeen 1 2 cm:n kerros suolahappoa. Pudota ensimmäiseen koeputkeen kuparinaula, toiseen sinkkirae ja kolmanteen magnesiumnauhan pala. Tulosten käsittely Mikä aine

Lisätiedot

Alueellinen Haavakoulutuspäivä LKS / auditorio. Raili Oikkonen-Heikkuri Sairaanhoitaja/ Auktorisoitu haavahoitaja

Alueellinen Haavakoulutuspäivä LKS / auditorio. Raili Oikkonen-Heikkuri Sairaanhoitaja/ Auktorisoitu haavahoitaja Alueellinen Haavakoulutuspäivä 19.09.2017 LKS / auditorio Raili Oikkonen-Heikkuri Sairaanhoitaja/ Auktorisoitu haavahoitaja Haavanhoitotuotteiden käyttö Haavanhoitotuotteisiin kuuluvat tuotteet; Haavanpuhdistusaineet

Lisätiedot

Polar Pharma Oy Kyttäläntie 8 A 00390 Helsinki. puh. 09 8493 630 info@polarpharma.fi www.polarpharma.fi

Polar Pharma Oy Kyttäläntie 8 A 00390 Helsinki. puh. 09 8493 630 info@polarpharma.fi www.polarpharma.fi Polar Pharma Oy Kyttäläntie 8 A 00390 Helsinki puh. 09 8493 630 info@polarpharma.fi www.polarpharma.fi Suomen vanhin urheilujuoma, joka kehitettiin 80-luvulla. Alun perin Suomen suurimman virvoitusjuomien

Lisätiedot

Syöpä. Ihmisen keho muodostuu miljardeista soluista. Vaikka. EGF-kasvutekijä. reseptori. tuma. dna

Syöpä. Ihmisen keho muodostuu miljardeista soluista. Vaikka. EGF-kasvutekijä. reseptori. tuma. dna Ihmisen keho muodostuu miljardeista soluista. Vaikka nämä solut ovat tietyssä mielessä meidän omiamme, ne polveutuvat itsenäisistä yksisoluisista elämänmuodoista, jotka ovat säilyttäneet monia itsenäisen

Lisätiedot

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

BI4 IHMISEN BIOLOGIA BI4 IHMISEN BIOLOGIA HENGITYSTÄ TAPAHTUU KAIKKIALLA ELIMISTÖSSÄ 7 Avainsanat hengitys hengityskeskus hengitystiet kaasujenvaihto keuhkorakkula keuhkotuuletus soluhengitys HAPPEA SAADAAN VERENKIERTOON HENGITYSELIMISTÖN

Lisätiedot

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Määritelmä, metallisidos, metallihila: ALKUAINEET KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Metalleilla on tyypillisesti 1-3 valenssielektronia. Yksittäisten metalliatomien sitoutuessa toisiinsa jokaisen atomin valenssielektronit tulevat yhteiseen käyttöön

Lisätiedot

Luku 5: Diffuusio kiinteissä aineissa

Luku 5: Diffuusio kiinteissä aineissa Luku 5: Diffuusio kiinteissä aineissa Käsiteltävät aiheet... Mitä on diffuusio? Miksi sillä on tärkeä merkitys erilaisissa käsittelyissä? Miten diffuusionopeutta voidaan ennustaa? Miten diffuusio riippuu

Lisätiedot

7. Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta

7. Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta 7. Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Keernoja käytetään valukappaleen muotojen aikaansaamiseksi sekä massakeskittymien poistoon. Kuva 23 A D. Ainekeskittymän

Lisätiedot

LUONNON MATERIAALIT MUOVEISSA

LUONNON MATERIAALIT MUOVEISSA LUONNON MATERIAALIT MUOVEISSA Pentti Järvelä TkT, professori TTY, Materiaalioppi Muovi-ja elastomeeritekniikka 1 LUONNON MATERIAALIT MUOVEISSA Tässä esityksessä keskitytään luonnon materiaalien käyttöön

Lisätiedot

High Definition Body Lift selluliittigeeli

High Definition Body Lift selluliittigeeli High Definition Body Lift selluliittigeeli Lehdistötiedote helmikuu 2009 Paras tapa huolehtia vartalon virtaviivaisesta ulkonäöstä on syödä terveellisesti ja liikkua säännöllisesti. Liikunta ja runsaasti

Lisätiedot

1. Malmista metalliksi

1. Malmista metalliksi 1. Malmista metalliksi Metallit esiintyvät maaperässä yhdisteinä, mineraaleina Malmiksi sanotaan kiviainesta, joka sisältää jotakin hyödyllistä metallia niin paljon, että sen erottaminen on taloudellisesti

Lisätiedot

Liikunta. Terve 1 ja 2

Liikunta. Terve 1 ja 2 Liikunta Terve 1 ja 2 Käsiteparit: a) fyysinen aktiivisuus liikunta b) terveysliikunta kuntoliikunta c) Nestehukka-lämpöuupumus Fyysinen aktiivisuus: Kaikki liike, joka kasvattaa energiatarvetta lepotilaan

Lisätiedot

N S. ta tai m ä. BLÄUER 2003 www.kasityo.com versio 1.0

N S. ta tai m ä. BLÄUER 2003 www.kasityo.com versio 1.0 N S ta tai m ä BLÄUER 2003 www.kasityo.com versio 1.0 ONNISTUNUT SALKKU Salkkuja on eri kokoisia, muotoisia ja värisiä. Huomiota kiinnitetään seuraaviin kohtiin. SALKUN AUKAISEMINEN PYÖRÖSAHALLA JA SEN

Lisätiedot

Hengityshiston itseopiskelutehtäviä

Hengityshiston itseopiskelutehtäviä Hengityshiston itseopiskelutehtäviä HEIKKI HERVONEN Kuva Netter. The Ciba Collection LUKU 1 Hengityshiston itseopiskelutehtäviä 1. Nenä, nenäontelo ja nenän sivuontelot, nielu ja larynx (RP6p s665-670;

Lisätiedot

Teknistä tietoa DK-tarroista

Teknistä tietoa DK-tarroista Teknistä tietoa DK-tarroista Kuten kaikki lämpötulostustekniikkaa käyttävät tarrat, myös Brotherin DK-tarrat on suunniteltu tilapäiseen merkintään. Seuraavat testit osoittavat, että Brotherin - ja -filmitarrat

Lisätiedot

Valtimotaudin ABC 2016

Valtimotaudin ABC 2016 Valtimotaudin ABC 2016 Sisältö Mikä on valtimotauti? Valtimotaudin taustatekijät Valtimon ahtautuminen Valtimotauti kehittyy vähitellen Missä ahtaumia esiintyy? Valtimotauti voi yllättää äkillisesti Diabeteksen

Lisätiedot

Martti Naukkarinen Oy WAI Consulting Ltd

Martti Naukkarinen Oy WAI Consulting Ltd Martti Naukkarinen Oy WAI Consulting Ltd -1980 aikoihin kirjolohelle rehukerroin oli n.1,8 1,9 ja rehussa oli fosforia n. 1,3 % 2000 kg rehua sisälsi siis 26 kg fosforia - Kalaan siitä sitoutui sama kuin

Lisätiedot

Ensiluokkainen synteettinen sivellin

Ensiluokkainen synteettinen sivellin Ensiluokkainen synteettinen sivellin The Cotman -sarjaa on parannettu käyttämällä erikoista synteettisten kuitujen sekoitusta.valikoima takaa tutun laadun ja antaa lisäksi entistä paremman suorituskyvyn

Lisätiedot

TÄS ON PROTSKUU! PROTEIINIEN KEMIAA

TÄS ON PROTSKUU! PROTEIINIEN KEMIAA sivu 1/8 TÄS ON PROTSKUU! PROTEIINIEN KEMIAA LUOKKA-ASTE/KURSSI TAUSTA Työ soveltuu peruskoulun yläasteelle ja lukioon. Työn tavoite on tutustua proteiinien kokeellisiin tunnistusmenetelmiin. POHDITTAVAKSI

Lisätiedot

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET BILÄÄKETIETEEN enkilötunnus: - KULUTUSJELMA Sukunimi: 20.5.2015 Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA Kuulustelu klo 9.00-13.00 YVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET Tehtävämonisteen tehtäviin vastataan erilliselle vastausmonisteelle.

Lisätiedot

Lääketiede Valintakoeanalyysi 2015 Fysiikka. FM Pirjo Haikonen

Lääketiede Valintakoeanalyysi 2015 Fysiikka. FM Pirjo Haikonen Lääketiede Valintakoeanalyysi 5 Fysiikka FM Pirjo Haikonen Fysiikan tehtävät Väittämä osa C (p) 6 kpl monivalintoja, joissa yksi (tai useampi oikea kohta.) Täysin oikein vastattu p, yksikin virhe/tyhjä

Lisätiedot

OHJEET SYDÄMEN JA VERISUONIEN TERVEYTEEN. Kuopiolaistutkimus: Sydänperäinen äkkikuolema kaataa myös nuoria ja kovakuntoisia

OHJEET SYDÄMEN JA VERISUONIEN TERVEYTEEN. Kuopiolaistutkimus: Sydänperäinen äkkikuolema kaataa myös nuoria ja kovakuntoisia OHJEET SYDÄMEN JA VERISUONIEN TERVEYTEEN Kuopiolaistutkimus: Sydänperäinen äkkikuolema kaataa myös nuoria ja kovakuntoisia Kymmenvaiheinen ohjelma sepelvaltimoiden terveyden ylläpitoon luontaishoidoilla

Lisätiedot

Johdanto... 3. Tavoitteet... 3. Työturvallisuus... 3. Polttokennoauton rakentaminen... 4. AURINKOPANEELITUTKIMUS - energiaa aurinkopaneelilla...

Johdanto... 3. Tavoitteet... 3. Työturvallisuus... 3. Polttokennoauton rakentaminen... 4. AURINKOPANEELITUTKIMUS - energiaa aurinkopaneelilla... OHJEKIRJA SISÄLLYS Johdanto... 3 Tavoitteet... 3 Työturvallisuus... 3 Polttokennoauton rakentaminen... 4 AURINKOPANEELITUTKIMUS - energiaa aurinkopaneelilla... 5 POLTTOKENNOAUTON TANKKAUS - polttoainetta

Lisätiedot

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan 1. a) Mitä tarkoitetaan biopolymeerilla? Mihin kolmeen ryhmään biopolymeerit voidaan jakaa? (1,5 p) Biopolymeerit ovat luonnossa esiintyviä / elävien solujen muodostamia polymeerejä / makromolekyylejä.

Lisätiedot

viiltosuojatut pelastuskäsineet

viiltosuojatut pelastuskäsineet Parempi suoja : SuperFabric HexArmor EXT Rescue sarjan käsineiden sisäkerros valmistetaan SuperFabric -materiaalista. Vaikka materiaalin viilto- ja pistosuojausominaisuudet ovat erinomaiset, tuntuu kangas

Lisätiedot

L'Oréal Paris -lehdistötiedote. The FILLER issue

L'Oréal Paris -lehdistötiedote. The FILLER issue L'Oréal Paris -lehdistötiedote The FILLER issue MITEN IHO VANHENEE? RYPYT Ensimmäisiä ihon ikääntymisen näkyviä merkkejä ohuita juonteita ja ryppyjä alkaa esiintyä 25 vuoden paikkeilla. Ensimmäiset ohuet

Lisätiedot

Tärkeimpien solutyyppien tunnistaminen kudosleikkeissä immunohistokemiallisilla värjäyksillä

Tärkeimpien solutyyppien tunnistaminen kudosleikkeissä immunohistokemiallisilla värjäyksillä Tärkeimpien solutyyppien tunnistaminen kudosleikkeissä immunohistokemiallisilla värjäyksillä Mikael Niku 28.2.2006 Kuvissa on naudan kudoksia, joita on värjätty immunohistokemialla erilaisia vasta aineita

Lisätiedot

KONSERVOINTIVÄLINEET. Dahlia-sumutin

KONSERVOINTIVÄLINEET. Dahlia-sumutin KONSERVOINTIVÄLINEET Dahlia-sumutin - valmistettu Japanissa, merkki Maruhachi - materiaali kromattua messinkiä - säädettävä hieno suihku, ei roiskeita - käytössä suositellaan puhdistettua vettä - tilavuus

Lisätiedot

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012 Kertausta IONIEN MUODOSTUMISESTA Jos atomi luovuttaa tai

Lisätiedot

VESI JA VESILIUOKSET

VESI JA VESILIUOKSET VESI JA VESILIUOKSET KEMIAA KAIKKIALLA, KE1 Johdantoa: Vesi on elämälle välttämätöntä. Se on hyvä liuotin, energian ja aineiden siirtäjä, lämmönsäätelijä ja se muodostaa vetysidoksia, jotka tekevät siitä

Lisätiedot

-verhokiskojärjestelmä

-verhokiskojärjestelmä OSTOAPU KVARTAL -verhokiskojärjestelmä osat KVARTAL-seinäkiinnike, 14,5 cm KVARTAL-seinäkiinnike, 7 cm KVARTAL-kattokiinnike 1-urainen KVARTAL-verhokisko, 3-urainen KVARTAL-verhokisko, KVARTAL-kulmaosa

Lisätiedot

Laatua raaka-aineiden jalostamiseen Elintarvike- ja poroalan koulutushanke

Laatua raaka-aineiden jalostamiseen Elintarvike- ja poroalan koulutushanke porotietokansio teurastus Hannu Pekkala 2006 Laatua raaka-aineiden jalostamiseen Elintarvike- ja poroalan koulutushanke SISÄLLYSLUETTELO 1 Yleistä... 2 2 Stressi... 2 3 Teurastusprosessi... 3 4 Teurastuksen

Lisätiedot

Nanoteknologian mahdollisuudet lääkesovelluksissa

Nanoteknologian mahdollisuudet lääkesovelluksissa Nanoteknologian mahdollisuudet lääkesovelluksissa Marjo Yliperttula 1,3 ja Arto Urtti 1,2 1 Farmaseuttisten biotieteiden osasto, Lääketutkimuksen keskus, Farmasian tiedekunta, Helsingin Yliopisto, Helsinki;

Lisätiedot

TUTKIMUSRAPORTTI. Tutkimme tunnillamme naudan sisäelimiä jotta olisimme käytännössä saaneet nähdä ja kokeilla miten elimet toimivat.

TUTKIMUSRAPORTTI. Tutkimme tunnillamme naudan sisäelimiä jotta olisimme käytännössä saaneet nähdä ja kokeilla miten elimet toimivat. TUTKIMUSRAPORTTI Tutkimme tunnillamme naudan sisäelimiä jotta olisimme käytännössä saaneet nähdä ja kokeilla miten elimet toimivat. KEUHKOT JA SYDÄN Meidän ryhmämme aloitti tutkimuksen keuhkoista ja sydämestä.

Lisätiedot

LABORATORIOTYÖ: AGAROOSIGEELIELEKTROFOREESI

LABORATORIOTYÖ: AGAROOSIGEELIELEKTROFOREESI LABORATORIOTYÖ: AGAROOSIGEELIELEKTROFOREESI Agaroosigeelielektroforeesi (AGE) on yksinkertainen ja tehokas menetelmä erikokoisten DNAjaksojen erottamiseen, tunnistamiseen ja puhdistamiseen. Eri valmistajien

Lisätiedot

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY ORGAANINEN KEMIA = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY Yleistä hiilestä: - Kaikissa elollisen luonnon yhdisteissä on hiiltä - Hiilen määrä voidaan osoittaa väkevällä

Lisätiedot

Laserin käyttö eläinlääkinnässä

Laserin käyttö eläinlääkinnässä Laserin käyttö eläinlääkinnässä Syyskoulutuspäivät Turussa 6.-7.10.2017 MAOL-Turku ry ELL Jouni Niemi Vetman Oy LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation MITEN DIODILASERIN VALO ON

Lisätiedot

TEMPUR-MED LEIKKAUSPÖYDÄLLE TARKOITETUT -PATJAT JA -ASENTOTUET. www.tempurmed.fi

TEMPUR-MED LEIKKAUSPÖYDÄLLE TARKOITETUT -PATJAT JA -ASENTOTUET. www.tempurmed.fi TEMPUR-MED LEIKKAUSPÖYDÄLLE TARKOITETUT -PATJAT JA -ASENTOTUET TEMPUR -MATERIAALI MITEN TEMPUR ON ERILAINEN? TEMPUR-MED-PATJALLA MAKAAVAN 70-KILOISEN POTILAAN PAINERASITUSPISTEET PU-PÄÄLLINEN Kaikki TEMPUR-MED

Lisätiedot

ÖLJYLUOLASTON PUHDISTUS BIOLOGISESTI MAHDOLLISTAA UUSIOKÄYTÖN LÄMPÖENERGIAVARASTONA

ÖLJYLUOLASTON PUHDISTUS BIOLOGISESTI MAHDOLLISTAA UUSIOKÄYTÖN LÄMPÖENERGIAVARASTONA ÖLJYLUOLASTON PUHDISTUS BIOLOGISESTI MAHDOLLISTAA UUSIOKÄYTÖN LÄMPÖENERGIAVARASTONA Energiateollisuuden tutkimusseminaari Aura Nousiainen, Pöyry Finland ja Anna Reunamo, SYKE Merikeskus 30.1. 2019 KRUUNUVUOREN

Lisätiedot

Soluista elämää. Tietopaketti Kantasolurekisteriin liittyjälle

Soluista elämää. Tietopaketti Kantasolurekisteriin liittyjälle Soluista elämää Tietopaketti Kantasolurekisteriin liittyjälle Perehdy huolella tietopakettiin ennen liittymistäsi Kantasolurekisteriin. Rekisteriin liitytään osoitteessa www.soluistaelämää.fi kantasolujen

Lisätiedot

Tutkimuksellisia töitä biologian opetukseen

Tutkimuksellisia töitä biologian opetukseen Tutkimuksellisia töitä biologian opetukseen Justus / Biotieteiden opetuksen keskus BioPop 13.6.2017 1 Päivän ohjelma 16:00 16:25 Mitä tutkimuksellisuus on? 16:25 16:35 Johdatus päivän tutkimustyöhön 16:35

Lisätiedot

Etunimi: Henkilötunnus:

Etunimi: Henkilötunnus: Kokonaispisteet: Lue oheinen artikkeli ja vastaa kysymyksiin 1-25. Huomaa, että artikkelista ei löydy suoraan vastausta kaikkiin kysymyksiin, vaan sinun tulee myös tuntea ja selittää tarkemmin artikkelissa

Lisätiedot

Biopolymeerit. Biopolymeerit ovat kasveissa ja eläimissä esiintyviä polymeerejä.

Biopolymeerit. Biopolymeerit ovat kasveissa ja eläimissä esiintyviä polymeerejä. Biopolymeerit Biopolymeerit ovat kasveissa ja eläimissä esiintyviä polymeerejä. Tärkeimpiä biopolymeerejä ovat hiilihydraatit, proteiinit ja nukleiinihapot. 1 Hiilihydraatit Hiilihydraatit jaetaan mono

Lisätiedot

Anatomia ja fysiologia 1

Anatomia ja fysiologia 1 Anatomia ja fysiologia 1 Tehtävät Laura Partanen 2 Sisällysluettelo Solu... 3 Aktiopotentiaali... 4 Synapsi... 5 Iho... 6 Elimistön kemiallinen koostumus... 7 Kudokset... 8 Veri... 9 Sydän... 10 EKG...

Lisätiedot

Huovutettu kännykkäkotelo

Huovutettu kännykkäkotelo Huovutettu kännykkäkotelo Ohjeen tarkoituksena on innostaa käyttämään vanhaa käsityöperinnettä uudenlaisen käsityön valmistuksessa. Ohje on suunnattu kaikille huovutuksesta kiinnostuneille ja työ soveltuu

Lisätiedot

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

BI4 IHMISEN BIOLOGIA BI4 IHMISEN BIOLOGIA 5 HORMONIT OVAT ELIMISTÖN TOIMINTAA SÄÄTELEVIÄ VIESTIAINEITA Avainsanat aivolisäke hormoni hypotalamus kasvuhormoni kortisoli palautesäätely rasvaliukoinen hormoni reseptori stressi

Lisätiedot

TÄS ON PROTSKUU! Missä yhteyksissä olet törmännyt sanaan proteiini tai valkuaisaine?

TÄS ON PROTSKUU! Missä yhteyksissä olet törmännyt sanaan proteiini tai valkuaisaine? TÄS ON PROTSKUU! KOHDERYHMÄ: Työ soveltuu parhaiten yläkouluun kurssille elollinen luonto ja yhteiskunta, sekä lukioon kurssille KE1. KESTO: Työ koostuu kahdesta osasta: n. 30 min/osa. MOTIVAATIO: Mitä

Lisätiedot

Ilma betonissa Betonitutkimusseminaari 2017 TkT Anna Kronlöf, FM Jarkko Klami VTT Expert Services Oy

Ilma betonissa Betonitutkimusseminaari 2017 TkT Anna Kronlöf, FM Jarkko Klami VTT Expert Services Oy Kuvapaikka (ei kehyksiä kuviin) Ilma betonissa Betonitutkimusseminaari 2017 TkT Anna Kronlöf, FM Jarkko Klami VTT Expert Services Oy En kyllä tajua, mistä betoniin tulee ylimääräistä ilmaa. Betonissa

Lisätiedot

Adare Co. Limerick Irlanti Puh Sähköposti: Verkkosivu:

Adare Co. Limerick Irlanti Puh Sähköposti: Verkkosivu: A Adare Co. Limerick Irlanti Puh. +353 6139 6176 Sähköposti: info@samco.ie Verkkosivu: www.samco.ie Aiheuttaako nykyinen öljypohjainen katemuovi mikromuoviongelmaa? Oxo-biohajoavilla muoveilla (OBP) on

Lisätiedot

Dislokaatiot - pikauusinta

Dislokaatiot - pikauusinta Dislokaatiot - pikauusinta Ilman dislokaatioita Kiteen teoreettinen lujuus ~ E/8 Dislokaatiot mahdollistavat deformaation Kaikkien atomisidosten ei tarvitse murtua kerralla Dislokaatio etenee rakeen läpi

Lisätiedot

7. MAKSA JA MUNUAISET

7. MAKSA JA MUNUAISET 7. MAKSA JA MUNUAISET 7.1. Maksa myrkkyjentuhoaja SIJAINTI: Vatsaontelon yläosassa, oikealla puolella, välittömästi pallean alla Painaa reilun kilon RAKENNE: KAKSI LOHKOA: VASEN JA OIKEA (suurempi), VÄLISSÄ

Lisätiedot