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Multi-chamber cardioids unravel human heart development and cardiac defects
Clara Schmidt
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Molekulare Biologie)
Betreuer*in
Mendjan Sasha
DOI
10.25365/thesis.75383
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-14021.04052.717961-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Hauptursache für den Tod von menschlichen Föten sind Fehlbildungen in der Herzentwicklung. Aufgrund der Unzugänglichkeit und der Geschwindigkeit der frühen Herzentwicklung beim Menschen es schwierig die Ursachen von angeborenen Herzkrankheiten zu untersuchen. Zusätzlich werden die Auswirkungen von Mutationen, Medikamenten und Umweltfaktoren (Teratogene) auf die spezialisierten Funktionen verschiedener Herzkammern von bestehenden in vitro Modellen nicht erfasst. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben wir menschliche 3D-Herzorganoidmodelle entwickelt, die die Entwicklung aller wichtigen embryonalen Hauptkompartimente des sich entwickelnden Herzens, einschließlich der rechten und linken Ventrikel, Vorhöfe, Ausflusstrakt und des Atrioventrikularkanals, nachbilden. Unter Nutzung von sowohl 2D- als auch 3D-Differenzierungstechniken haben wir effizient unterschiedliche Vorläuferpopulationen herstellen können, die die Identitäten des ersten, anterior und posterior zweiten Herzfeldes repräsentieren. Dieser Fortschritt ermöglichte uns die reproduzierbare Herstellung von Kardioiden mit Kompartiment spezifischen Genexpressionsprofilen, Morphologien und Funktionalitäten, ähnlich denen, die in vivo gefunden werden. Wir nutzten unsere Mehrkammer-Plattform, um die Ontogenese der Signal- und Kontraktionsausbreitung zwischen verbundenen Herzkammern zu verstehen. Darüber hinaus ermöglichte sie uns, zu analysieren und zu verstehen, wie Mutationen, Teratogene und Medikamente Kompartiment spezifische Defekte während der entscheidenden Phasen der menschlichen Herzentwicklung hervorrufen.
Abstract
(Englisch)
The primary cause of human fetal death are defects in heart development. Understanding the underlying causes remains challenging due to the speed of the development and the inaccessibility of the human embryonic heart. Yet, the impacts of mutations, drugs, and environmental factors on the specialized functions of different heart compartments are not captured by in vitro models. To tackle this challenge, we pioneered a human cardioid platform that recapitulates the development of all major embryonic heart compartments, including right and left ventricles, atria, outflow tract, and atrioventricular canal. Leveraging both 2D and 3D differentiation techniques, we efficiently generated distinct cardiac progenitor populations representing first, anterior, and posterior second heart field identities. This achievement allowed us to reproducible generate cardioids with compartment-specific gene expression profiles, morphologies, and functionalities similar to those found in vivo. We used our platform to unravel the ontogeny of signal and contraction propagation between interconnected heart chambers. Moreover, it enabled us to dissect and comprehend how mutations, teratogens, and drugs induce compartment-specific defects during the crucial stages of human heart development.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Herzorganoide Herzentwicklung angeborene Herzkrankheiten Teratogene
Schlagwörter
(Englisch)
cardioids cardiac organoids heart development multi-chamber congenital heart disease cardiac defects teratogens congenital mutations drug screening
Autor*innen
Clara Schmidt
Haupttitel (Englisch)
Multi-chamber cardioids unravel human heart development and cardiac defects
Paralleltitel (Deutsch)
3D Mehrkammeren-Herzorganoidmodell entschlüsselt die frühe menschliche Herzentwicklung und Herzdefekte
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
71 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Martin Leeb ,
Anna Kicheva
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.23 Entwicklungsbiologie
AC Nummer
AC17104255
Utheses ID
70257
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 490 |