Maailman ensimmäinen onnistunut ihmisen sarveiskalvo tulostettiin 3D-biotulostimella Tampereella muutama vuosi sitten.
Kunnia kuuluu tutkijatohtori Anni Mörölle ja professori Heli Skottmanin tutkimusryhmälle. Ryhmä on onnistunut tulostamaan tähän mennessä sarveiskalvon kahta osaa, epiteeliä ja stroomaa yhdessä ja muita osia erikseen, mutta jatkossa kaikki osat on tarkoitus yhdistää toimivaksi rakenteeksi.
– Aikaisemmin yhdistimme vain kaksi rakennetta. Nyt aiomme tulostaa kaikki sarveiskalvon rakenteet, sanoo Mörö.
Tutkijat ovat työskennelleet tätä varten biomustekehityksen parissa, koska on tärkeää selvittää, millaisista musteista ja miten sarveiskalvo on tulostettava. Biomuste on tehty elävistä soluista, joita käytetään biotulostimessa tulostettaessa elävää kudosta tai elimiä. Mörön mukaan teknisesti toimivan sarveiskalvon tulostaminen ei ole monimutkaista, vaan se, miten siitä saadaan toimiva.
– Meillä on monia kantasolutyyppejä, joista on tehty silmän soluja. Pääasiallinen työvälineemme ovat ihmisen erittäin monikykyiset kantasolut, kuten iPS-solut. Näitä kasvatetaan laboratoriossa eri olosuhteissa, ja haluamme, että solut kasvaisivat yhdessä niin, että sarveiskalvo on toiminnallinen. Oikeiden olosuhteiden löytämisessä on haasteita.
Olosuhteiden täytyy olla sellaiset, että jokainen solutyyppi pysyy omana solutyyppinään eikä lähde erilaistumaan vääriksi soluiksi.
– Emmehän halua, että sarveiskalvossa kasvaa muita kuin silmän soluja.
Potentiaali on huimaa
3D-biotulostuksen potentiaali terveydenhuollolle on huimaa, kun kudosteknologisia tuotteita voidaan toteuttaa automaattisesti. Biotulosteisiin voidaan luoda sisäisiä rakenteita, joiden tekeminen on ollut aiemmin mahdotonta tai vienyt käsin tehtynä aikaa.
Huhut kertovat, että Yhdysvalloissa ollaan lähellä läpimurtoa yksinkertaisten kudosten kuten ihon ja ruston onnistuneessa biotulostuksessa. Biotulostettujen elimien osalta tutkimus ei ole yhtä pitkällä. Mörön mukaan on vielä tieteiselokuvaa, että biotulostettuihin elimiin saadaan rakennettua toiminnalliset hermoradat. Tulostettu sydän ei toimi ilman toimivia kantasoluja.
– Voimme laittaa asiat järjestykseen, mutta solun pitää tehdä työtä ja aloittaa sen kudoksen muodostuminen tulostuksen jälkeen.
Lisähaasteita elinten biotulostukseen tuo niiden fyysinen koko.
– Tulostaminen on hidas prosessi. Kun tulostetaan elävää asiaa, aika on tärkeä asia.
Yksinkertaisten kudosten, kuten ihon, tulostamisessa käytetään potilaan omia, jo kypsiä soluja. Mörö uskoo, että yksinkertaisia kudoksia voidaan saada käyttöön 4–5 vuoden kuluttua, kunhan kliiniset kokeet käynnistyvät pian.
Ihmisen erittäin monikykyisiä kantasoluja käyttävien kudos- ja solutyyppien ja niistä tehtyjen 3D-biotulosteiden kanssa kestänee ainakin 8–10 vuotta, kunnes ne ovat kliinisessä käytössä. Silmä on näissä hoidoissa edelläkävijä.
– Ihmisen erittäin monikykyisillä kantasoluilla on jo lukuisia kliinisiä kokeita käynnissä maailmalla muun muassa verkkokalvon ikärappeuman hoitoon.
Akateemiset hartiat eivät riitä
Mörö on optimistinen, että Tampereella saadaan kolmen vuoden aikana rakennettua sellainen tulostettu sarveiskalvo, jolla voidaan toteuttaa viranomaisten edellyttämät turvallisuustestaukset. Pääsyä kliinisiin kokeisiin tavoitellaan alkuvaiheessa yksinkertaisella solutuotteella, jossa on yksi silmän kantasolutyyppi yhden biomateriaalikerroksen päällä.
– Tämä on meille päänavaus ihmisten erittäin monikykyisillä kantasoluilla valmistetuille tuotteille, ja se palvelee myöhemmin myös 3D-biotulostetun täysipaksuisen sarveiskalvon viemistä kohti kliinisiä kokeita ja myyntilupaa.
Tulevaisuudessa on tarkoitus yhdistää vähintään neljää solutyyppiä ja useampaa biomateriaalia.
On kuitenkin selvää, että valmiin tuotteen saaminen käyttöön ei onnistu ainoastaan akateemisin voimin. Tarvitaan ulkopuolisia rahoittajia, koska regulatiivinen prosessi ja kliiniset kokeet vievät aikaa ja rahaa.
Mörö uskoo, että 3D-biotulostusala kasvaa tulevaisuudessakin vauhdilla. Kilpailu ja julkaistujen tutkimusten määrä lisääntyvät, mutta läpilyönnit kuitenkin tulevat pitkään alalla toimineilta konkareilta kuten Pohjois-Kalifornian Wake Forest -instituutista.
– 3D-tulostuksen pioneeri Anthony Atala ja hänen tutkimusryhmänsä ovat puhuneet vuodesta 2006 virtsarakon tulostamisesta, joten heillä on vahva kudosteknologinen osaaminen. Uskon, että heidän ryhmältään tullaan näkemään ensimmäiset kliiniset sovellukset. ●
Tuomas Keränen
Kuva Marjaana Malkamäki
Juttu on julkaistu aiemmin Lääkärilehdessä 12/2020.
