Susanna Kaisto esittelee hiiren alkion munuaisesta 3D-printattua muovista suurennosta. Kehitteillä oleva ihmisen 3D-tulostettu minimunuainen vaatii materiaalikseen soluja ja niitä tukevaa kollageenia tai nanoselluloosaa.

Mitä tieteessä tapahtuu, viikko 24: Ei tieteisfiktiota, vaan tulevaisuutta – FutuRena kehittää 3D-printattavaa munuaista

Neljä viidestä elinsiirtojonottajasta on vailla munuaista. Susanna Kaiston johtama FutuRena-tiimi haluaa kehittää 3D-tulostettavan ja toimivan minimunuaisen. Toteutuessaan visio on suuri harppaus tieteelle ja potilaille.

Mitä tieteessä tapahtuu  | 

Teksti Sanna Häyrynen

Kuvat Sanna Häyrynen

Printattava elin voi kuulostaa utopistiselta tieteisfiktiolta, mutta Susanna Kaisto vakuuttaa sen olevan tulevaisuutta.

Suunnitelma 3D-printattavan munuaisen kehittämisestä puri viime viikolla Helsinki Challenge -tiedeideakilpailun semifinaalissa. Yleisö äänesti Kaiston FutuRena-ryhmän muiden kilpailijoiden ohi suoraan finaaliin.

Oulun yliopistossa kehitysbiologian väitöskirjaa tekevä Kaisto myöntää idean haastavuuden, sillä verta ja kuona-aineita virtsaksi suodattava munuainen on ihmisen monimutkaisin elin heti aivojen jälkeen.

”Munuainen ei uudista itseään, koska sillä ei ole kantasoluja, kuten esimerkiksi iholla, joka uudistaa koko ajan itseään. Jos munuaisen solut kuolevat, ne kuolevat lopullisesti”, Kaisto sanoo.

Siirrettävän munuaisen valmistaminen olisi valtava edistysaskel tieteen kannalta ja myös niille ihmisille, jotka odottavat elinsiirtoa. Elinsiirtojonot ovat pitkät.

”Kahdeksankymmentä prosenttia elinsiirtopotilaista tarvitsee uuden munuaisen. Diabetes ja korkea verenpaine aiheuttavat munuaisten vajaatoimintaa. Tällaiset vaivat eivät ole tulevaisuudessa ainakaan vähenemässä”, toteaa Kaisto.

Myös synnynnäiset sairaudet ja esimerkiksi tulehduskipulääkkeet, verenpainelääkkeet ja HIV-lääkkeet voivat aiheuttaa munuaisvaivoja. Kyseessä on maailmanlaajuinen ongelma.

”Jos onnistumme, vaikutus on hyvin merkittävä”, Kaisto näkee.

 

Mikä yhdistää kantasolua ja laskettelurinteen huippua?

Ideakilpailua varten koottuun FutuRena-ryhmään kuuluu Oulun ja Helsingin yliopistojen sekä Aalto-yliopiston tutkijoita ja professoreita. Mukana on myös 3D-printtauksen asiantuntijoita.

Ryhmällä on tietoa ja osaamista siitä, miten elinten 3D-kartoista tehdään muoviprinttauksia. Yhteistyökumppani Vladimir Mironov on bioprinttauksen guru ja onnistunut 3D-tulostamaan toiminnallisen haiman.

Ryhmässä tiedetään myös, miten kantasoluista tuotetaan munuaisen soluja. Tällä tarkoitetaan solujen indusointia, jota Kaisto havainnollisti Helsinki Challengen semifinaalissa viiden minuutin pitchauksessaan käyttämällä vertauksena laskettelurinnettä ja hiihtohissiä.

”Alkion kehityksen aikana kantasolut aloittavat ikään kuin rinteen huipulta. Kun solut kehittyvät, ne noudattavat tiettyjä ohjeita, joiden mukaan valitsevat reittinsä alas eri laaksoihin. Mutta soluja osataan palauttaa kantasoluvaiheeseen, eli ne voidaan hiihtohissillä viedä takaisin alkupisteeseen ja ohjata uuteen laaksoon”, Kaisto kuvailee.

Esimerkiksi ihosolulaaksoon laskenut solu palautetaan kantasoluvaiheeseen ja sille annetaan uudet ohjeet laskeutua aiemman reitin sijasta munuaislaaksoon eli erilaistua munuaisen soluiksi.

Maailmalla tuotetaan uusia munuaissoluja potilaiden omista soluista indusoiduista kantasoluista. Alkuvaiheessaan FutuRena keskittyy tekemään tutkimustyötään hiirten soluilla.

”Ihmisen indusoitujen kantasolujen tuottaminen ja käyttäminen on sen verran kallista, että tarvitsemme rahoituksen jatkokehitystä varten”, Kaisto sanoo.

 

Hidasta ja kallista

Ensimmäinen askel kohti siirrettävää ihmismunuaista on minimunuaisen kehittäminen. Se ei Susanna Kaiston mukaan ole kaukainen haave.

”Minimunuaisessa olisi muutama toiminnallinen osa, jotka suodattaisivat kuona-aineita. Kun se onnistutaan tekemään, saadaan tärkeää tietoa, miten oikea munuainen voitaisiin tulostaa.”

Laboratorio-olosuhteissa on mahdollista kopioida munuaisen kehityksen alkuvaihetta, jolloin munuaisnuppu kasvaa ja haaroittuu.

”Hiiren alkiosta eristettyä munuaisnuppua voidaan kasvattaa petrimaljassa. Kehitys hoituu loppuun, kun solut ohjelmoituvat luonnollisesti”, Kaisto sanoo.

Tätä tapahtumaketjua voidaan pyrkiä kopioimaan 3D-bioprinttauksessa. Ongelmana on vielä verisuonituksen luominen. Soluja osataan ohjelmoida ja laittaa oikeaan järjestykseen elimistön ulkopuolella, mutta kehitetyn elimen siirtäminen ihmiseen on hyvin pitkän aikavälin projekti.

Kaisto uskaltaa veikata, että nyt syntyvät lapset saattavat elämänsä aikana nähdä, että toimivia ihmisen munuaisia printataan. Todeksi muuttuessaan 3D-printattava munuainen toisi Kaiston mukaan myös kansantaloudellisia hyötyjä:

”On arvioitu, että siirtoelintä jonottava yksi potilas maksaa yhteiskunnalle puolitoista miljoonaa euroa.”

Mikäli FutuRena voittaa loppuvuodesta ratkeavan Helsinki Challengen palkintosumman, 375 000 euroa, ryhmä pääsisi tekemään lisää kokeita, jotka olisivat näyttönä lisärahoituksen hakemiselle minimunuaisen kehittämistä varten. Sen valmistaminen vaatii vielä miljoonia euroja ja paljon tutkimustyötä.

Julkaistu 13.6.2017

Sanna Häyrynen

Tiedeviestinnän maisteri, joka haluaa tuoda tutkimukseen perustuvia näkökulmia esille. Twitter: @sannahayrynen

Lue seuraavaksi

Meteli voi viivästyttää pienten lasten kielellistä kehitystä

Heli Paaso-Rantala

Mitä tieteessä tapahtuu

10.8.2017

Fataalin fibroosin tutkiminen sydämen asiana

Sanna Häyrynen

Mitä tieteessä tapahtuu

29.6.2017