Väitös: Synaptiset mekanismit ohjaavat aivokuoren hermosoluverkkojen toimintaa soluviljelmissä ja laskennallisissa malleissa

Väitöskirjassaan Teppola-Gürel tutki, kuinka synaptinen viestinvälitys vaikuttaa vastasyntyneen rotan aivokuorelta eristettyjen hermosoluverkkojen aktiivisuuskuvioiden alkamiseen, etenemiseen ja päättymiseen.

— Aivokuoren hermosoluverkkojen toiminnallinen kypsyminen alkionaikaisissa ja syntymänjälkeisissä kehityksen vaiheissa on perustavanlaatuinen prosessi, jossa poikkeavuuksien tiedetään johtavan hermostollisiin kehityshäiriöihin, Teppola-Gürel kertoo.

Spontaani purskeaktiivisuus on tunnusomaista kehittyvien hermosoluverkkojen toiminnalliselle kypsymiselle sekä aistinvaraisella aivokuorella että aivokuorelta eristetyistä soluista muodostetuissa soluviljelmissä. Hermosoluverkon purskeaktiivisuus kehittyy samanaikaisesti verkon rakenteen ja synaptisen viestinvälityksen muodostumisen kanssa.

— Tutkimalla, kuinka synaptiset mekanismit ohjaavat kehittyvien hermosoluverkkojen aktiivisuutta, voimme mahdollisesti löytää keinoja ehkäistä hermostollisten kehityshäiriöiden syntyä tulevaisuudessa, Teppola-Gürel selventää.

Väitöskirjassa tutkittiin synaptisessa viestinvälityksessä keskeisten kiihdyttävien ja estävien reseptorien vuorovaikutuksia hermosoluverkon purskeaktiiviisuuden synnyssä, kulussa ja päättymisessä. Tutkimuksissa havaittiin hermosolujen toimintaa kiihdyttävien, nopeiden, AMPA-reseptorien lisäävän variaatiota erilaisilla aktiivisuuden kulkureiteillä, kun taas hitaat NMDA-reseptorit osoittautuivat verkonlaajuisen purskeaktiivisuuden ylläpitäjiksi.

Väitöstutkimuksissa testattiin myös nopean estävän GABA_A-reseptorin vuorovaikutusta kiihdyttävien AMPA- ja NMDA- reseptorien välittämään verkkoaktiivisuuteen. Tutkimuksissa löydettiin ainutlaatuinen AMPA- ja GABA_A-reseptorivälitteinen vuorovaikutus.

Tutkimustulokset osoittavat, että epätasapaino kiihdyttävien ja estävien reseptorien toiminnassa johtaa niin sanottuun superpurskeaktiivisuuteen, joka muistuttaa epileptistä purskeaktiivisuutta.

— Voidaan ajatella, että mahdollinen epätasapaino kiihdyttävien ja estävien reseptorien välillä vaikuttaa heikentävästi aivokuoren aisti-informaation prosessointiin, mikä puolestaan ​​voi johtaa erilaisiin hermostollisiin häiriöihin, Teppola-Gürel sanoo.

— Väitöskirjassani esitetään ensimmäistä kertaa, miten aivokuoren hermosoluverkoista tallennettua monielektrodiaikasarjadataa voidaan hyödyntää matemaattisten verkkoaktiivisuusmallien tukena. Kokeelliseen dataan pohjautuvien tietokonemallien avulla voidaan simuloida lääkeaineiden vaikutuksia verkon purskeaktiivisuuteen ja mahdollisesti jopa ennustaa hermostollisten kehityshäiriöiden syntyä, Teppola-Gürel kertoo.

Lisäksi väitöskirjassa tutkittiin ihmisen neuroblastoomasolujen kykyä erilaistua fenotyypiltään hermosoluverkkojen kaltaisiksi estradiolin, kolesterolin, aivoista peräisin olevan neurotrofisen tekijän ja retinoiinihapon avulla. Tutkimukset osoittavat, että ihmisen solut erilaistuvat fenotyypiltään hermosolujen kaltaisiksi. Estradiolin, kolesterolin ja retinoiinihapon yhdistelmäkäsittely edesauttaa hermosolujen neuriittien kasvua ja haarautumista, synaptista vesikkelikierrätystä sekä hermosoluverkon muodostumista ihmisen soluviljelmissä. Väitöskirjassa kehitetty erilaistamismenetelmä mahdollistaa ihmisen soluihin pohjautuvat jatkotutkimukset.

Heidi Teppola-Gürel on syntynyt Oulussa ja kirjoittanut ylioppilaaksi Oulun normaalikoulun lukiosta vuonna 2002. Hän on valmistunut filosofian maisteriksi Tampereen yliopistosta lääketieteellisen teknologian instituutista vuonna 2008. Hän on työskennellyt väitöskirjatutkijana Tampereen yliopistossa lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa ja Freiburgin yliopistossa Saksassa. Tällä hetkellä hän työskentelee tutkijana Neurotieteen keskuksessa Helsingin yliopistossa.

FM Heidi Teppola-Gürelin neurotieteen alaan kuuluva väitöskirja Rodent and Human Neuronal Networks – Analysis of Functional Maturation, Synaptic Transmission, and Spontaneous Activity in Vitro tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa perjantaina 22.4.2022 klo 12.00 alkaen. Paikkana on Sähkötalo-rakennuksen auditorio S2, Korkeakoulunkatu 3. Vastaväittäjänä toimii professori Maria Victoria Sanchez-Vives Barcelonan yliopistosta. Kustoksena toimii dosentti Marja-Leena Linne lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnasta.