The establishment of efficient methods to culture immunosuppressive mesenchymal stromal cells from cord blood and bone marrow

Mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) are multipotent cells that can be found in various tissues. These cells have the capacity to differentiate into bone, adipose, and cartilage. They also have the capacity to suppress immune reactions and the capacity to support angiogenesis. The utilization of these cells in cell based therapies has therefore been intensively studied. There are several clinical studies on going to demonstrate the therapeutic potential of these cells. The utilization of MSCs has been studied in for example graft-versus-host-disease (a severe complication after hematopoietic stem cell transplantation), stroke, myocardial infarction, and cartilage lesions. The frequency of MSCs is variable in different tissues. The number of these cells in tissues is so low that these cells need to be cultured outside of the body, in vitro, to obtain adequate numbers of MSCs for cell therapy purposes. It has been demonstrated that different in vitro culture conditions have effects on the properties of MSCs. Traditionally cells are cultured in growth medium containing fetal bovine serum (FBS). There is a great interest to find alternative supplements to replace FBS for clinical grade production of MSCs to avoid the patients to become predisposed to xenogenic infectious agents or antigens. Platelet-derived supplements might be one potential alternative for FBS. An efficient method to culture MSCs from cord blood was established in this thesis. Additionally a method to produce clinical-grade bone marrow MSCs in platelet-derived supplement containing culture medium was established. Different culture conditions were demonstrated to have an effect on proliferative and immunosuppressive capacity of MSCs as well as on their capacity to support angiogenesis. In this thesis it is also indicated that MSCs can suppress immunoreactions producing an immunosuppressive molecule, adenosine, via a cell surface enzyme, CD73. The knowledge of the impact of culture conditions on the properties of cells as well as understanding the functional mechanisms of the cells is a prerequisite to produce safe and efficacious cell therapy products. Mesenkymaaliset kantasolut (mesenkymaaliset stroomasolut) ovat soluja, joita pystytään eristämään monista eri kudoksista. Nämä solut ovat kykeneviä erilaistumaan luuksi, rasvaksi ja rustoksi ja niillä on kyky hillitä vaikeita immunologisia reaktioita sekä kyky tukea verisuonten muodostumista. Näiden ominaisuuksien perusteella mesenkymaaliset kantasolut ovat hyvin kiinnostavia uusien soluterapioiden kannalta. Lukuisia kliinisiä kokeita on käynnissä solujen terapeuttisten vaikutusten selvittämiseksi. Mesenkymaalisilla kantasoluilla pyritään löytämään parannuskeinoja mm. veren kantasolusiirron jälkeiseen komplikaatioon (käänteishyljintä), aivohalvaukseen, sydänkohtaukseen ja rustovaurioihin. Mesenkymaalisten kantasolujen määrä on vaihteleva eri kudoksissa. Näiden solujen määrä on niin vähäinen, että soluhoitoihin riittävän solumäärän saaminen vaatii solujen viljelyä elimistön ulkopuolella keinotekoisissa olosuhteissa. Erilaisten viljelyolosuhteiden on todettu vaikuttavan eri tavoin mesenkymaalisten kantasolujen ominaisuuksiin. Perinteisesti soluviljelyt toteutetaan ravintoliuoksessa, jossa on mukana naudan seerumia. Kliiniseen käyttöön menevien solujen viljelyssä on pyritty löytämään korvaavia vaihtoehtoja naudan seerumille, jotta potilaat eivät altistuisi eläinperäisille taudinaiheuttajille tai antigeeneille. Mahdolliseksi vaihtoehdoksi on osoittautunut verihiutaleista valmistettu uute. Tämän työn tuloksena löydettiin tehokas menetelmä viljellä mesenkymaalisia kantasoluja istukkaverestä. Lisäksi pystytettiin kliinisiin tarkoituksiin käytettäville luuytimen mesenkymaalisille kantasoluille verihiutaleista valmistettuun uutteeseen pohjautuva viljelymenetelmä. Erilaisten viljelyolosuhteiden, todettiin vaikuttavan eri tavoin solujen kykyyn jakautua, hillitä immunologisia reaktioita ja tukea verisuonten kasvua. Tutkimuksessa osoitettiin myös, että mesenkymaaliset kantasolut kykenevät hillitsemään immuunipuolustusta tuottamalla elimistön puolustussolujen aktiivisuutta hillitsevää adenosiinia solunpinnalla olevan CD73 entsyymin avulla. Viljelyolosuhteiden soluihin kohdistuvien vaikutusten tunteminen ja solujen toiminnallisten mekanismien ymmärtäminen on edellytys turvallisten soluterapiatuotteiden valmistukselle.