Artikkeli | 04/26/2023 10:06:25 | 9 min Lukuaika

Ihmisen soluja kasvatetaan nyt puussa – ja tulevaisuudessa se voi pelastaa henkesi

Johanna Puustinen

Teksti

Suomalaisesta selluloosasta jalostetaan nyt ainutlaatuista supermateriaalia, jonka avulla voidaan kehittää uusia lääkkeitä ja vastata teollisuuden ympäristöhaasteisiin. Tällaista on koivusta syntyvä nanoselluloosa, josta hyötyvät niin syöpäpotilaat, koe-eläimet kuin kotimainen metsäteollisuus.

Hollantilainen Tijmen Booij on biolääketieteen tohtori ja tieteilijä, jonka työpaikalla solut kasvavat puussa – tarkalleen ottaen suomalaisessa koivussa.

Booij johtaa automaatioon keskittyvää tutkimusryhmää Zürichin teknillisen yliopiston NEXUS Personalized Health Technologies -keskuksessa, joka tarjoaa teknologiapalveluita ja työkaluja lääketieteellisen alan tutkijoille. Hänen laboratoriossaan valtavat robotit pipetoivat lääkeaineita levyille, joilla kasvaa rinnakkain satoja geelimäiseen aineeseen upotettuja solurykelmiä. Solut on kerätty syöpää sairastavien ihmisten kasvaimista, ja robottien avulla testataan, miten erilaiset lääkeaineet tehoavat niihin.

Laboratoriossa toimivaksi todettu syöpälääke voi pelastaa ihmishenkiä, mutta vaihtoehtojen vertailu vaatii paljon työtä. Booij’n ryhmän tehtävä on etsiä keinoja lääketutkimuksen tehostamiseen teknologian avulla. Automaatiorobotit ovat yksi vastaus tarpeeseen. Ne pystyvät tutkimaan esimerkiksi näytteitä, jotka ovat liian pieniä ihmisen käsiteltäviksi.

”Ihmisestä eristetyt solunäytteet ovat lääketutkimukselle hyvin tärkeää ja arvokasta materiaalia, jonka hankkiminen on vaikeaa. Sen vuoksi on tärkeää voida tehdä kokeita miniatyyrimittakaavassa – puhumme nyt mikrolitroista. Näin voimme tehdä enemmän tiedettä pienemmillä resursseilla”, Booij kertoo.

Kuinka koivu tähän kaikkeen liittyy? Geeli, jossa kallisarvoiset solut kasvavat, on valmistettu pelkästä puusta ja vedestä. Sitä tarvitaan, koska kasvaimista eristetyt solut eivät selviä kauaa ihmiskehon ulkopuolella. Kasvualusta suojaa soluja ulkomaailmalta ja tarjoaa niille otolliset olosuhteet kasvaa ja monistua. Ilman sitä tutkimusta ei voisi tehdä.

Kalleinta, mitä sellusta voi valmistaa

Mistä tahansa puuhakkeesta soluviljelygeeliä ei voi valmistaa. Sen salaisuus on nanoselluloosa, joka on puhdasta puuta pisimmilleen jalostettuna. Nanoselluloosa on pohjimmiltaan samaa ainesta kuin tavallinen, paperin valmistukseen käytettävä sellu, mutta se jauhetaan nimensä mukaisesti huomattavasti pienemmäksi.

”Kun puun selluloosakuitu hajotetaan nanokokoon, millimetrin miljoonasosiksi, sen ominaisuudet muuttuvat radikaalisti”, kertoo soluviljelygeeliä valmistavan UPM Biomedicalsin liiketoiminnan kehityspäällikkö Tony Kiuru.

Poikkeuksellisten ominaisuuksiensa ansiosta nanosellulla on potentiaalia ratkaista kipeitä ympäristökysymyksiä monilla haasteellisilla teollisuuden aloilla. Se on painoonsa nähden lujempaa kuin yksikään teräslaatu, ja sen imukyky ja lämmöneristävyys peittoavat monet teollisuuden perinteiset materiaalit. Viime vuosina tutkijat ovat povanneet nanosellulle käyttöä esimerkiksi puupohjaisen elektroniikan raaka-aineena, kaivosten jätevesien puhdistuskemikaalina ja biohajoavana pakkausmateriaalina.

Nanosellulla on potentiaalia ratkaista kipeitä ympäristökysymyksiä monilla haasteellisilla teollisuuden aloilla.

Lääketieteessä geelimäisiä soluviljelyalustoja on perinteisesti valmistettu eläinperäisistä ja synteettisistä materiaaleista. Eläinperäisten tuotteiden vuoksi joudutaan uhraamaan laboratoriohiiriä. Synteettiset kasvatusalustat puolestaan sisältävät usein fossiilisia ainesosia. Nanosellugeeli on uusiutuvista raaka-aineista valmistettua ja täysin eläinvapaata, mikä on otettu ilolla vastaan myös Tijmen Booij’n työpaikalla.

”Jotkin solut vaativat nanosellua tukevamman, kollageenipohjaisen kasvualustan, joten eläinperäisistä materiaaleista ei voi luopua kaikessa lääketutkimuksessa. Meidän pitäisi kuitenkin vaihtaa ne eläinvapaisiin aina, kun mahdollista”, hän sanoo.

Jos nanosellun käyttö lisääntyisi muillakin aloilla, se siivittäisi myös suomalaisen metsäteollisuuden tuottavuutta ja hyvinvointia. Soluviljelygeeli on kiinnostava ennakkotapaus. Siinä missä perinteistä sellua saa eurolla kilon, viiden millilitran ruisku nanosellugeeliä maksaa 160 euroa. Sen litrahinnaksi tulee siis 32 000 euroa ja se on kalleinta, mitä sellusta voi valmistaa.

”Lääketieteellisessä käytössä puuraaka-aineelle saadaan siis mahdollisimman korkea lisäarvo”, Kiuru kertoo.

 

Nanosellu vauhdittaa tuskallisen hidasta lääkekehitystä

Palataan takaisin sveitsiläiseen automaatiolaboratorioon. Tijmen Booij’n mukaan syövän hoito ei ole suinkaan ainoa lääketieteellinen prosessi, joka voisi hyötyä automaatiosta. Automaatiota kaivataan kipeästi, koska kaikenlaisten lääkkeiden ja hoitomuotojen kehitys on tällä hetkellä hyvin hidasta ja kallista. Yksittäisen lääkemolekyylin kehittäminen saattaa vaatia kymmenen vuotta ja miljardeja euroja. 

”Kymmenistä tuhansista testatuista yhdisteistä vain yksi päätyy lopulta markkinoille. Käsin tähän lopputulokseen pääseminen vaatii todella paljon aikaa, mutta robottien avulla voidaan testata enemmän asioita samanaikaisesti. Ne eivät myöskään tee inhimillisiä virheitä”, Booij kertoo.

Booij’n mukaan puupohjainen soluviljelygeeli soveltuu ominaisuuksiltaan automatisoituun lääketutkimukseen muita vaihtoehtoja paremmin. Robotit ovat ohjelmointinsa orjia eivätkä osaa improvisoida, joten nanosellugeelin tasalaatuisuus on niille eduksi. Toisin kuin eläinperäiset geelit, nanosellugeeli pysyy hyytelömäisenä huoneenlämmössä, minkä ansiosta koneet voivat käsitellä sitä helposti. Myös ihmistutkijoiden työolosuhteet pysyvät siedettävinä, kun laboratoriota ei tarvitse viilentää jääkaappilämpötilaan.

Automatisaation suosion kasvaminen näkyy ennen pitkää myös tavallisten ihmisten arjessa.

Automatisoimalla voidaan tehostaa erityisesti lääkekehityksen työläitä varhaisia vaiheita. Robottien avulla voidaan tehdä tehoseulontaa – massiivisia kokeita, joissa testataan kymmenien tai jopa satojen tuhansien erilaisten yhdisteiden vaikutuksia haluttuun kudostyyppiin tai elimeen. Kokeissa on mahdollista käyttää nanosellugeelissä kasvatettuja kolmiulotteisia kudos- ja kasvainmalleja, jotka simuloivat elimistön eri osasia luotettavasti. Testatuista yhdisteistä toimivimmat valitaan jatkokehitykseen.

”Kun ihmiskehossa toimimattomat molekyylit pystytään tunnistamaan mahdollisimman aikaisin, säästyy paljon resursseja. Lääkkeitä saataisiin markkinoille nopeammin, jos 3D-solumallien käyttöä lisättäisiin”, UPM:n Tony Kiuru sanoo.

Myös Booij uskoo, että automatisaation suosion kasvaminen näkyy ennen pitkää myös tavallisten ihmisten arjessa. Esimerkiksi syöpäpotilaille voidaan mahdollisesti tulevaisuudessa tarjota hoitosuosituksia, jotka perustuvat heidän omilla kasvainsoluillaan tehtyihin, automatisoituihin lääkeaineseulontoihin. Laboratoriossa voitaisiin siis testata täsmällisesti, mitkä lääkeaineet tepsivät parhaiten juuri potilaan omaan kasvaimeen. Tässäkin prosessissa nanosellugeelillä olisi rooli tutkimuksen mahdollistajana.

”Tällainen tutkimus on kuitenkin vasta alussa ja teknologiassakin on vielä paljon parannettavaa”, Booij sanoo.

Tulevaisuudessa 3D-printataan elimiä nanosellun avulla

UPM on tällä hetkellä maailman ainoa metsäyhtiö, joka valmistaa nanosellua lääketieteelliseen tutkimuskäyttöön. Alun perin yhtiö tutki materiaalin soveltuvuutta perinteisiin metsäteollisuuden käyttökohteisiin, kuten paperin lujuuden muokkaamiseen. Sitten suunta muuttui.

”Etsimme nanosellulle 2000-luvun alkupuolella käyttötarkoituksia yhteistyössä Aalto-yliopiston, Helsingin yliopiston ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n kanssa. Sitä kautta huomasimme, että nanosellun kiinnostavimmat uudet mahdollisuudet ovat itse asiassa lääketieteessä”, UPM:n Tony Kiuru kertoo.

Nanosellugeelin soveltuvuus soluviljelyyn hoksattiin Helsingin yliopistossa. Läpimurrolle myönnettiin pian patentti.

Nanosellun potentiaalia lääketieteessä ja sen ulkopuolella tutkitaan UPM:llä edelleen aktiivisesti. Viime vuosien aikana UPM:llä on ollut noin 60 erilaista kehityshanketta lääketieteen ympärillä.

Biotulostaminen on vielä hyvin nuori ala, mutta tulevaisuudessa jopa ihosiirteitä tai implantteja saatetaan voida valmistaa printtaamalla.

Suomessa UPM on osallistunut muun muassa Helsingin yliopiston koordinoimaan, monivuotiseen Cancer IO -tutkimushankkeeseen, joka toi yhteen johtavia syöpätutkijoita, lääketeollisuuden edustajia ja potilasjärjestöjä. Projektissa kehitettiin uudenlaisia ratkaisuja tehostamaan syövän edistyksellistä immunoterapiaa. Se on elimistön omaa puolustusjärjestelmää hyödyntävä hoitomuoto, joka tekee vauhdilla tuloaan syövän perinteisten leikkaus- ja lääkehoitojen rinnalle. Nanosellua käytettiin hankkeessa kasvainmallien kasvatukseen.

”Hanke oli hieno esimerkki siitä, kuinka akatemia ja teollisuus pystyvät yhdistämään voimansa ja tutkimaan ja kehittämään uusia asioita”, Tony Kiuru toteaa.

Tutkimusyhteistyön kautta nanosellulle on löydetty myös useita uusia käyttötarkoituksia, joista muutamia on jo tuotteistettu. UPM valmistaa muun muassa puupohjaista biomustetta, jota voi käyttää kudosten 3D-tulostamiseen. Musteessa nanosellu tarjoaa tukirakenteen soluille, josta tulostettava kudos rakentuu. Biotulostaminen on vielä hyvin nuori ala, mutta tulevaisuudessa jopa ihosiirteitä tai implantteja saatetaan voida valmistaa printtaamalla.

Jonain päivänä puussa voi ehkä kasvaa kokonaisia elimiä.

 

UPM julkaisee tällä sivustolla juttuja, joissa mietitään, millaisen huomisen haluamme, ja kerrotaan, mitä työtä UPM tekee sen hyväksi.

 
"Ilman sieniä ei olisi metsiä" – Näin sienet vaikuttavat metsien biodiversiteettiin
Artikkeli | 10/07/2022 09:34:56 | 6 min

"Ilman sieniä ei olisi metsiä" – Näin sienet vaikuttavat metsien biodiversiteettiin

Lue lisää
Miksi emme ole aina sijoittaneet vastuullisesti?
Artikkeli | 08/12/2022 10:28:15 | 7 min

Miksi emme ole aina sijoittaneet vastuullisesti?

Lue lisää
Haavasidos, jota ei tarvitse vaihtaa – puusta valmistettu geeli mullistaa haavojen hoidon
Artikkeli | 06/21/2023 08:35:52 | 6 min

Haavasidos, jota ei tarvitse vaihtaa – puusta valmistettu geeli mullistaa haavojen hoidon

Lue lisää