OULU Vaikka ensi alkuun ihmisen uusien elimien tulostaminen 3D -printterillä kuulostaa suorastaan tieteisfantasialta, tutkimuksen pohja on kuitenkin tiukasti biologiassa.
Bioprinttauksella pystytään jo toteuttamaan huikeita tuloksia. Esimerkiksi hiirille on koeoloissa pystytty valmistamaan munasarjoja, joiden avulla hiiret ovat myös pystyneet lisääntymään.
Myös ihoa, luuta ja rakenteeltaan munuaista yksinkertaisempia sisäelimiäkin pysytään tuottamaan hyödyntämällä kolmiulotteista 3D -printtaustekniikkaa.
Munuainen on kyllä yksi niistä vaikeimmista tulostettavista elimistä
Susanna Kaisto
Ihan samanlaisesta 3D -printtauksesta ei kuitenkaan ole kysymys kuin muovi- tai metallimallien kanssa. Käytännössä 3D-monistustekniikkaa käytetään alkionkehityksen alkuvaiheen munuaisen nupun tekemiseen. Alkion kasvu oikeaksi munuaiseksi tapahtuisi vasta sen jälkeen.
– Me valjastamme sitten luonnon kasvattamaan sen munuaisen nupun aikuisen munuaisen kokoiseksi, Susanna Kaisto kuvaa prosessia.
Erittäin haastava tehtävä
Oulun, Helsingin ja Aalto-yliopiston tutkijoiden sekä 3D -alan yritysten asiantuntijoiden muodostamalla FutuRena -ryhmän tavoitteena on valmistaa keinotekoisesti siirrettävä munuainen.
– Me uskomme siihen, koska osaamme jo tehdä niin monta osiota tästä munuaisesta. Nyt pitää vain osata yhdistää ne toisiinsa ja saada kopioitua luonnon prosessit, FutuRena tiimin johtaja Susanna Kaisto Oulun yliopistosta kertoo.
Munuaisen tehtävänä on suodattaa verta ja kuona-aineita virtsaksi ja se on yksi ihmisen monimutkaisimmin rakentuneista elimistä.
– Munuainen on kyllä yksi niistä vaikeimmista tulostettavista elimistä.
Siirrettävän munuaisen tarve on kuitenkin suuri. Neljä viidestä jotakin siirrettä odottavasta potilaasta tarvitsee itselleen juuri uuden munuaisen.
Kantasolut avainasemassa
FutuRena -ryhmä haluaa kehittää bioprinttauksen avulla menetelmän, jossa munuaissiirtopotilaille voidaan kasvattaa potilaan omien kantasolujen avulla uusi munuainen.
Tätä varten pitää kasvattaa tarvittava solumassa, johon tarvitaan mukaan myös tukiaineita, kuten kollageenejä tai nanosellua, jotta printtauksessa käytettävä ”biomuste” pysyy kasassa.
Biomassaan tarvittavat kantasolut voidaan jalostaa esimerkiksi potilaan omasta ihosta. Toisin kuin munuaisen solut, ne uudistuvat koko ajan. Siksi niistä saadaan kantasoluja, jotka voidaan edelleen muuntaa sellaisiksi, että niistä voisi kehittyä munuaissoluja.
Me valjastamme sen jälkeen luonnon kasvattamaan sen munuaisen nupun aikuisen munuaisen kokoiseksi
Susanna Kaisto
Tutkimustyön onnistumisen lähtökohtana on kantasoluihin sisältyvä kehitysbiologinen tieto, joka ohjaa solujen kehitystä oikeanlaisiksi.
Periaatteessa prosessi on teoreettisesti yksinkertainen, mutta toteutus vaatii vielä paljon tutkimustyötä.
– Ei meidän tarvitse muuta kuin saada ne solut ymmärtämään, mitä pitää tehdä ja saada ne vielä löytämään toisensa, minkä jälkeen luonto voi itse hoitaa sen lopun, Susanna Kaisto pelkistää työn periaatetta.
Paljon tiedetään, paljon vielä tutkittavaa
Bioprinttauksen mahdollisuudet kehittyvät koko ajan ja myös kehitysbiologiaa voidaan tutkia kokeellisesti. Laboratorio-oloissa pystytäänkin jo kopioimaan munuaisen kehittymisen alkuvaiheita.
– Voimme jo nyt ottaa hiiren alkion munuaisen nupun ja se kasvaa itsestään laboratorion petrimaljalla.
Haastetta tutkimuksessa silti vielä riittää. Tällä hetkellä tutkimusryhmä tutkii biotulostamisen mahdollisuuksien lisäksi munuaisen kehittymiseen liittyviä keskeisiä yksityiskohtia. Susanna Kaiston oma tutkimuskohde liittyy verisuonten kehittymiseen munuaisessa.
Seuraavassa vaiheessa tavoitteena on tuottaa minimunuainen, jossa toimisi osa munuaisen tehtävistä.
