Tampereen yliopiston Monikudosmallintamisen huippuyksikössä kehitetään ihmisten soluista eläinkokeille parempia vaihtoehtoja

Tutkimus tehtiin yhteistyössä hermoverkostoja kehittävän Susanna Narkilahden vetämän Neuroryhmän ja verisuonitusta kehittävän Susanna Miettisen johtaman Aikuisen kantasolujen tutkimusryhmän kanssa. Lotta Isosaari työskentelee Neuroryhmässä.

Keinotekoisia kudoksia kantasoluteknologian avulla

Isosaari Iloitsee tutkimuksen poikkeuksellisen selkeistä tuloksista:

– Verisuonille tyypilliset arvot olivat kaikki selkeästi korkeammalla, kun niitä viljeltiin hermosolujen kanssa. Hermosolutkaan eivät viihtyneet yksin verisuonitukselle tarkoitetuissa olosuhteissa, mutta yhdessä solutyypit tukivat toistensa toimintaa. Tutkimus on merkittävä esimerkiksi aivokudoksen mallintamiselle.

Tutkimuksessa käytetyissä hermosoluissa on hyödynnetty iPSC-kantasoluteknologiaa, jossa potilaasta helposti eristettävät solut kuten verisolut on uudelleenohjelmoitu kantasoluiksi ja erilaistettu biomolekyylien avulla hermosoluiksi. Kyseisen teknologian avulla on mahdollista tutkia useita potilaassa ilmeneviä sairauksia. Neuroryhmässä tutkitaankin esimerkiksi epilepsiaa ja Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden soluja.

Verisuoniston muodostamiseen käytettiin aikuisen rasvakudoksen ja luuytimen kantasoluja. Näytteet kantasolujen eristykseen saatiin kudosluovuttajilta Tampereen yliopistolliselta sairaalalta normaalien potilastöiden yhteydessä. Työssä kantasoluja viljeltiin kaupallisista lähteistä saatujen verisuonen seinämän solujen kanssa.

Sydänkohtauksia ja aivohalvauksia soluviljelykammioissa

Monikudosmallintamisen huippuyksikkö koostuu kuudesta Tampereen yliopiston tutkimusryhmästä ja keskittyy erityisesti hapenpuutoksen aiheuttamien kudosvaurioiden tutkimiseen esimerkiksi sydänkohtauksen tai aivohalvauksen tapauksissa.

Aihetta on tutkittu maailmalla vielä vähän, mikä on haastanut huippuyksikön professori Pasi Kallion johtamaa Mikro- ja Nanosysteemien tutkimusryhmää täysin uudenlaisten hapen pitoisuutta säätelevien kudossirujen kehittämisessä. Ryhmällä on happipitoisuuden hallinnassa vahvaa osaamista. Yksi happipitoisuutta säätelevä solukammion on jo kaupallistettu.

Kudossiruteknologialla matkitaan ja tutkitaan ihmiskudoksia

Kudossiruteknologiassa (englanniksi organ-on-chip) voidaan hyödyntää ihmisperäisiä soluja ja luoda kehoa matkivia mikrokokoisia ympäristöjä niin, että niitä voidaan monitoroida esimerkiksi kuvantamisen avulla. Kudossiruissa voidaan tutkia esimerkiksi lääkeaineiden vaikutuksia kudokseen.

Tarve ihmisperäisille kudosmalleille on kova. Uusista lääkekandidaateista yhdeksän kymmenestä hylätään eläinkokeista potilaskokeisiin siirryttäessä. Resurssien menetys on valtava huomioiden laajat, usein 10 vuotta kestävä lääkekehitys puhumattakaan eläinkokeiden eettisistä haasteista.

– Ihmiskehon toiminta voi poiketa hyvin paljon koe-eläimen toiminnasta. Esimerkiksi hiiren syke on 600 lyöntiä minuutissa, kun ihmisellä se on 60, tohtoritutkija Hanna Vuorenpää kertoo.

Murros on nyt täydessä vauhdissa niin kaupallisesti kuin virastoissa. Esimerkiksi Yhdysvaltojen lääkevirasto FDA on tänä vuonna linjannut, että lääkkeitä voidaan hyväksyä potilaskokeisiin ilman eläinkokeita.

Poikkitieteellinen yhteistyö avainasemassa

Työssä tarvitaan monen alan osaajaa. Isosaaren työssä mukana ollut bioteknologian alan tutkija Alma Yrjänäinen julkaisi edellisvuonna työn, jossa kudossiruihin kehitettiin kudoskohtainen läpivirtaava verisuonitus. Se vaati apuja muun muassa Kallion ryhmästä mikrofluidistiikan osaajilta.

Kudossirurakenteiden ja kuvantamisteknologioiden lisäksi solujen ympärille tarvitaan esimerkiksi kudosympäristöä matkivia hydrogeelejä. Tietokonemallinnuksen avulla taas ennustetaan potilaiden vastetta kudossirussa mallinnettuun tilanteeseen, vaikkapa lääkeaineen vaikutusta sydämen sykintään. Kaikkia näitä osa-alueita kehitetään huippuyksikön eri tutkimusryhmissä.

Hermojen ja verisuonien yhteiselo siis jatkuu huippuyksikössä vielä pitkään.

– Seuraavaksi pyrimme pidentämään verisuonituksen selviytymiskykyä ja samalla monimutkaistamaan kudosmallia lisäämällä siihen kudoksille tyypillisiä soluja, Isosaari kertoo.