Evaluation og hPSCs-derived Hepatocyte-like cells in native and modified alginates

Abstract

Dette arbeidet studerer det terapeutiske potensialet til hepatocytt-liknende celler (HLC-er) generert fra humane pluripotente stamceller ved en ny metode kalt "forward programming" (FoP). Knappheten av tilgjengelige levere for donasjon i forhold til det økende behovet for levertransplantasjon, gjør bruk av HLC-er i celleterapi til en lovende metode. HLC-er har tradisjonelt blitt generert gjennom en direkte differensieringsvei som følger den naturlige avstamningen til hepatocytter under embryoutviklingen. Kritikk av denne metoden, som støttes av funnene i dette arbeidet, har likevel vært at den kun lykkes med å generere celler med egenskaper og karakteristikker som likner mer på umodne hepatocytter enn de modne cellene som finnes i den voksne leveren. FoP-metoden ble utviklet i et forsøk på å øke den terapeutiske effekten til cellene, hvilket også kan forbedre andre potensielle bruksområder, som i sykdomsmodellering. Begge strategiene for differensiering genererte celler med flere umodne egenskaper, men protokollen for FoP-differensiering ble demonstrert å være mer reproduserbar og mindre tidkrevende. For bruk i celleterapi ble funksjonen og modenheten til HLC-ene også undersøkt etter innkapsling i alginat mikrokapsler.

Alginatinnkapsling av terapeutiske celler for immunbeskyttende formål har blitt undersøkt i flere studier og er en lovende metode for celleterapi uten behov for medfølgende immunsuppressiv behandling. Alginatene som studeres i dette arbeidet har blitt funksjonalisert med det formål å øke cellefunksjonen til innkapslede celler gjennom galaktosylering av polymeren for å skape adhesjonsseter, eller å undertrykke immunreaksjonen på det implanterte fremmedlegemet som bioinert alginat tidligere har vist seg å fremkalle. Kjemisk sulfatering av alginat har gitt hydrogeler som lykkes i å undertrykke flere av disse immunreaksjonene, og samtidig utgjøre en fysisk barriere mellom innkapslede terapeutiske celler og deres omgivelser. Genetiske, funksjonelle og viabilitetstester utført i dette arbeidet demonstrerer at sulfatert alginat blandet med umodifisert alginat i et 20:80-forhold også kan ha en positiv effekt på funksjonen og det modne genuttrykket til innkapslede FoP-genererte HLC-er sammenliknet med andre testede alginater. Analyser av genuttrykket til de innkapslede cellene indikerer i tillegg at immobilisering i sulfatert alginat muligens også bidrar til å øke modningen av noen hepatocyttmarkører sammenliknet med cellekulturene dyrket i 2D.

Funnene i dette arbeidet kan brukes til å inspirere til videre forskning på innkapsling av FoP-genererte HLC-er i funksjonalisert alginat for fremtidig bruk i celleterapi, i tillegg til muligheten for fremtidig bruk i dyrking av celler i 3D.

This work studies the therapeutic potential of human pluripotent stem cells-derived hepatocyte-like cells (HLCs) generated by a novel forward programming (FoP) method. While the deficit between the need for whole-organ liver transplantation and available liver donors grows, using HLCs for cell therapy is a promising approach. HLCs have traditionally been generated through a direct differentiation pathway which follows the natural lineage of hepatocytes during embryonic development. However, a criticism of the approach, which is supported by the findings of this work, has been that it only succeeds in generating cells with more immature characteristics rather than those of the mature hepatocytes of the adult liver. The forward programming strategy was formulated in an attempt to increase the therapeutic effect of the cells, which would also improve potential uses in disease modeling. Both strategies of differentiation generated cells with some fetal characteristics, yet the protocol for differentiation through forward programming was found to be more reproducible and less time-consuming. For use in cell therapy, function and maturity of the HLCs were also investigated after encapsulation in alginate microcapsules.

Alginate encapsulation of therapeutic cells for immunoprotective purposes have been widely studied elsewhere and is a promising method for cell therapy medicine without need for immunosuppressants. Alginates studied in this work have been functionalized with the aim of increasing cell function of encapsulated cells through galactosylation of the polymer to provide adhesion sites, or suppressing the foreign body response of the host which bionert alginates have been known to elicit. Chemical sulfation of alginate has previously given alginate hydrogels that succeed in suppressing some of these immune responses, while still providing a physical barrier between encapsulated therapeutic cells and their surroundings. Genetic, functional and viability assays conducted in this work demonstrates that sulfated alginate mixed with unmodified alginate in a 20:80 ratio could also have a positive effect on the function and mature gene expression of encapsulated FoP-derived HLCs compared with other alginates tested. Additionally, gene expression analysis of the encapsulated HLCs indicates that immobilization in the sulfated alginate might even improve the maturity of some hepatocyte markers compared with the 2D cultures.

The findings of this work can be used to inspire further research into the encapsulation of HLCs generated by forward programming in functionalized alginates for future use in cell therapy, as well as the possibility of future use in 3D culturing.