Nobel-palkittu luennoitsija Tampere-talossa

Tampere-talon pieni sali oli lähestulkoon täynnä kuulijoita perjantaina 30.5.2014 klo 17 keskittyneesti kuuntelemassa Ihmisen varaosatutkimus meillä ja maailmalla-seminaaria. Puhujina seminaarissa esiintyivät professori Shinya Yamanaka (Kioton yliopisto ja Gladstone Instituutti, USA), professori Katriina Aalto-Setälä (Tampereen yliopisto ja BioMediTech ja TAYS Sydänsairaala) sekä professori Minna Kellomäki (Tampereen teknillinen yliopisto ja BioMediTech).

Professori Katrina Aalto-Setälä

 

Professori Minna Kellomäki

 

Kantasolututkimus pyrkii siihen, että voisimme paremmin ymmärtää sairauksien syntyä, kehittää uusia hoitoja sekä korjata uusilla soluilla sairauden tai vamman vaurioittamia kudoksia. Kudokset ja elimet ovat vioittuneet esimerkiksi potilailla, joilla on Parkinsonin tauti, sydäninfarkti, diabetes, selkäydinvamma tai ikääntymisen aiheuttama silmäpohjan rappeuma. Solu- ja kudosteknologia on kiihtyvästi kehittyvä, bioteknologiaa hyödyntävä tieteenala, jonka käytännön sovellusmahdollisuudet sekä kirurgian apuna että uusina hoitovaihtoehtoina nähdään merkittävinä.

Kantasoluja hyödyntävä lääketiede käyttää soluja, jotka voivat erilaistua ihmisen eri soluiksi. Vaikka kantasoluja on lähes kaikissa elimistön kudoksissa, vain alkioissa on ns. erittäin monikykyisiä eli pluripotentteja kantasoluja, jotka voivat kehittyä kaikiksi yksilön solutyypeiksi. Kantasoluja on mahdollista saada mm. alkiosta, luuytimestä, sekä eri elimien omista kantasolupopulaatioista. Aikuisessa olevat kantasolut ovat menettäneet osan erillaistumiskyvystään ja ovat enää ns. monikykyisiä. Pelkistetysti, mitä kauemmaksi hedelmöittyneestä munasolusta aikuisen ja vanhenevan yksilön elimistöä mennään, sitä enemmän solujen erilaistumispotentiaali heikkenee. Monikykyisten kantasolujen erilaistumiskyky on siis rajoittuneempi, mutta niiden avulla voidaan tuottaa esim. veren soluja, luuta tai rustoa.

iPS-solut ovat laboratorio oloissa toteutettuja erittäin monikykyisiä kantasoluja, jotka voivat toisin sanoen erilaistua kaikiksi yksilön soluiksi. Menetelmää kutsutaan uudelleenohjelmoinniksi, ja siinä jo täysin erilaistunut esim. ihon tai veren solu muutetaan takaisin alkion solun tyyppiseksi kantasoluksi. Ensimmäiset alkion kantasolulinjat saatiin vuonna 1981 hiiren alkioista; alkion kantasolujen ominaisuuksiin kuuluu rajaton jakautumiskyky, eli ne pystyvät monistamaan itsestään täydellisen kopion sekä kyky erilaistua miksi tahansa elimistön solutyypiksi lukuun ottamatta istukan ja sikiökalvon soluja/kudoksia.

iPS-soluja voidaan tuottaa siis kenen tahansa soluista, ja ne sisältävät hänen koko perimänsä - myös hänen sairauttaan aiheuttavat geenivirheet. iPS-solut voivat siten auttaa tutkijoita ymmärtämään erilaisten vakavien sairauksien mekanismeja, joita ei ole tähän asti pystytty tutkimaan ihmisen soluissa (ihmisen sydänsolut tai keskushermoston solut). iPS-solut mahdollistavat myös uusien hoitojen kehityksen, kun sairauksia voidaan tutkia laboratorio-oloissa ja siten ymmärtää paremmin, mikä niissä on viallista. Erityisen tärkeää tämä on sellaisten sairauksien kohdalla, joista soluja on hyvin hankalaa tai mahdotonta saada kuten esim. ihmisten sydänsolut tai keskushermoston solut. Erilaistuneiden solujen uudelleenohjelmointi iPS-soluiksi auttaa myös tutkijoita ymmärtämään, mikä ohjaa solujen kehitystä ja miten ne erilaistuvat eri tehtäviin.

Kantasoluhoidot ovat alun perin lähteneet liikkeelle terveestä luovuttajasta eristetyistä luuytimen kantasolusiirroista leukemiapotilaille. Tulevaisuudessa kantasoluhoidoissa voidaan käyttää potilaan omia soluja sekä vakavien sairauksien hoitojen optimointiin että vaurioituneiden kudosten korjaamiseen. Tämä poistaisi kudossiirtoihin liittyvän hylkimisongelman. iPS-solujen tuotto tapahtuu siis erilaistuneista soluista ja siten niihin ei liity vastaavia eettisiä kysymyksiä kuin alkion kantasoluihin. Kliinisten iPS-soluja hyödyntävien hoitojen toivotaan käynnistyvän lähivuosina, joten potilaalle räätälöity, uusia soluja tuottava lääketiede ei enää ole välttämättä vain kaukainen unelma. Potilaalta otetaan solunäyte, joka palautetaan iPS-kantasoluksi neljän geenin avulla; geenit ovat Oct ¾, Sonx2, c-Myc ja Klf4. Näissä soluissa on sama geneettinen perimä kuin potilaalla, joka luovutti solunäytteen. iPS-soluista erilaistettuja soluja voidaan käyttää erilaisten sairauksien mallintamisessa, tutkimisessa, lääkeaineiden sekä muiden kemiallisten aineiden testauksissa ja soluterapiassa. Aikuisen ihmisen kantasoluja voidaan jo nyt käyttää soluhoitoihin potilaissa. Potilaan omasta kudoksesta, esim. rasvakudoksesta tai luuytimestä voidaan eristää kantasoluja, joita kasvatetaan soluviljelylaboratoriossa ja siirretään sitten takaisin samaan potilaaseen (ns. autologinen solusiirto) joko sellaisenaan tai biomateriaaleihin yhdistettynä. Varjopuoli näissä soluhoidoissa on se, että iPS-solujen tuottaminen on kohtuullisen kallista ja aikaa vievää.

Professori Shinya Yamanaka syntyi vuonna 1962 Osakassa, Japanissa. Hän on lääkäri ja kantasolututkija. Yamanaka toimii professorina ja johtaa iPS-solujen tutkimuskeskusta (CIRA) solutieteiden laitoksessa Kioton yliopistossa. Lisäksi hän toimii professorina Gladstonen instituutissa, Yhdysvalloissa.

Professori Yamanakan tutkimusryhmä julkaisi vuonna 2006, että se oli onnistunut muuttamaan hiiren ihosoluja erittäin monikykyisiksi alkion kantasolujen kaltaisiksi soluiksi. Vuonna 2007 he julkaisivat saman havainnon ihmisen soluilla. Työ onnistui viemällä soluun neljä kantasoluille tärkeää geeniä. Professori Yamanakan havaintoa pidetään kantasolututkimuksessa läpimurtona, koska siinä ei käytetty alkioita, vaan menetelmän avulla aikuisten jo erillaistunut solu muutetaan laboratoriossa alkion kantasolujen tyyppisiksi soluiksi. Menetelmä vapauttaa kantasolututkimuksen monissa maissa, koska siihen ei liity eettistä ongelmatiikkaa. Menetelmä mahdollistaa siis uskonnollisten ja eettisten raja-aitojen ylittämisen kantasolututkimuksessa. iPS-solujen tutkimus onkin lisääntynyt viime vuosina räjähdysmäisesti eri puolilla maailmaa.

iPS-soluja voidaan Yamanakan keksinnön ansiosta tuottaa melko helposti. Niitä voi kasvattaa esim. verisoluista, ihosta ja muista kudoksista. "Oivalsin, että tarjolla voisi olla enemmän lääketieteen sovelluksia kuin olin alun perin olettanut", Yamanaka sanoo.

Tutkijat ovat esimerkiksi kehittäneet iPS-soluja eri solutyypeiksi ja lisänneet iPS-solujen tuotantotehokkuutta teknologialla, jossa geenejä korvataan kemiallisilla yhdisteillä. Tutkijat osaavat nyt myös ohjelmoida soluja niiden varhaisessa vaiheessa.

Professori Yamanakan tutkimustyö tähtää sellaisten sairauksien hoitoon, joihin ei ole vielä tehokasta hoitoa. Niitä ovat esimerkiksi liikehermoston sairaudet. Professori esityksessään kertoi sairaalassa turhautuneen nähdessään potilaita, joita ei käytännössä voinut kuitenkaan auttaa. Tällainen potilas oli hänen oma isänsäkin. Toiseksi syyksi jättäytymiseen tutkijan uralle oli se, että hän oli surkea kirurgi, ainakin omien sanojensa mukaan. Vuonna 2012 professori Yamanaka palkittiin Lääketieteen Nobel-palkinnolla ja suomalaisella Tekniikan Akatemian Millenium Teknologiapalkinnolla.