Edistyneiden merkkiaineettomien kuvantamisteknologioiden sovelluksia lisääntymisbiologisessa tutkimuksessa

Hedelmällisyysongelmat koskettavat jopa 1,4 miljardia ihmistä maailmanlaajuisesti. Riittämätön ymmärrys lisääntymistä säätelevistä geeneistä ja kohdun toiminnan vaihteluista hormonikierron sekä raskauden aikana sekä puutteelliset teknologiset menetelmät hidastavat tehokasta hedelmättömyyden diagnostiikan ja lapsettomuushoitojen kehitystyötä. Tässä väitöskirjatutkimuksessa sovelletaan merkkiaineettomia edistyneitä kuvantamistekniikoita ja kehitetään uusia työkaluja lisääntymisbiologisten prosessien ymmärtämisen hiirimalleilla.
Ensimmäisessä osatyössä luomme korkeampien harmonioiden kuvantamista käyttäen uuden menetelmän, 3DMOUSEneST, joka mahdollistaa kolmiulotteisen ja merkkiaineettoman kohdun ja alkion vuorovaikutuksen kuvantamisen varhaisraskaudessa. Desiduan solujen erittämä fibrillaarinen kollageeni muodostaa kolmiulotteisen, pesämäisen rakenteen hiiren alkion ympärille (decidual nest). Osoitamme hiirimalleilla, joissa on tunnettuja kohdun toimintaa häiritseviä geenipuutoksia, että tämän rakenteen tilavuus toimii desiduan tärkeiden solumuutosten mittana ja korreloi teoreettisen raskauden etenemistodennäköisyyden kanssa. Toisessa osatyössä todennamme toisen harmonian muodostumisen (second harmonic generation, SHG) mikroskopiakuvantamista käyttäen dynaamisia muutoksia hiiren kohdun limakalvon rauhasia välittömästi ympäröivässä fibrillaarisessa kollageenissa hormonikierron aikana. Ehdotamme, että nämä rajapinnat voivat toimia mallina kohdun limakalvon rauhasten kolmiulotteiseksi rekonstruoimiseksi menetelmällä nimeltä SHG casting. Syväoppimiseen perustuvalla segmentointimallilla näytämme, että SHG casting pystyy tähän yhtä hyvin kuin vasta-ainevärjäys. Kolmannessa osatyössä tutkimme aiemmin karakterisoimatonta kivesspesifistä Cfap97d1-geeniä. Osoitamme, että Cfap97d1-poistogeenisten uroshiirten hedelmällisyys on heikentynyt. Suurnopeuskuvantamisen avulla näytämme, että näiden hiirten siittiöiden liikkuvuus on epänormaalia, ja raportoimme muutoksista siittiöiden häntäosan mikrotubulusrakenteissa.
Yhteenvetona, tämä väitöskirjatyö validoi uusia edistyksellisen kuvantamisen menetelmiä lisääntymisbiologian alalla ja luo uutta tietoa varhaisraskauden ja hormonikierron aikana tapahtuvasta kohdun fibrillaarisen kollageenin muodostumisesta sekä siittiöiden liikkumiskyvystä.