Varaelinten tuottamiseksi suunnitellaan solujen kasvukehikoita uusista biohajoavista polymeereistä. Yksinkertaisia kudoksia suoltaa solutulostin.


biohajoavista polymeereistä. Yksinkertaisia kudoksia suoltaa solutulostin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2006

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Taitaa olla aika kasvattaa uusi pumppu, tuumailee lääkäri rauhallisesti tulevaisuuden terveyskeskuksessa.
Sairaanhoitaja ottaa rasvaimusta tai jopa suoraan sydämestäsi kudosnäytteen, josta erotetaan kantasolut. Samaan aikaan kudoskone rakentaa biohajoavista polymeereistä huokoisen tukirakennelman, joka on tarkalleen sydämesi kokoinen ja muotoinen.

Hoitaja ruiskuttaa kantasolut kasvamaan kuitumallin sisään. Kun solukko on vahvistunut viljelmässä riittävästi, kirurgi asentaa paikoilleen sydämen, joka on tekokuitujen ja omien solujesi sekoitus. Tukirakennelma liukenee vereen sitä mukaa kuin solukko kasvaa ja vahvistuu. Pian sinulla on tuliterä sydän, jota on mahdotonta erottaa alkuperäisestä.

Sydämenkasvatus on vuosikymmenien päässä, mutta läppiä rakennetaan jo laboratorioissa.

- Eläinkokeisiin päästään vuoden 2007 jälkeen, arvioi professori ITampereen teknillisen yliopiston TTY:n kuitumateriaalitekniikan laitoksesta. Tamperelaiset kuitu- ja biomateriaalitutkijat kehittävät verisuonia ja läppiä kansainvälisessä BioSys-hankkeessa. TTY:n lisäksi hankkeeseen osallistuu yliopistoja ja yrityksiä Saksasta, Sveitsistä ja Irlannista.


Geelikehikolla luomurinnat

Tutkijat perustelevat hankkeitaan sydäntautitilastoilla ja terveydenhuollon rahapulalla, mutta osaa ihmisistä kiinnostaa enemmän kauneus kuin terveys.

Yhdysvalloissa sai viime vuonna runsaasti julkisuutta Illinoisin yliopiston tutkijaryhmä, joka kasvatti hiirille rintoja ihmisen selkäytimen kantasoluista. He ruiskuttivat solut PEGDA-nimiseen hydrogeeliin, joka on elimistöön sopiva, hyytelömäinen aine. Geeli-implantit he asensivat hiiren ihon alle. Neljässä viikossa kantasolut erikoistuivat rasvasoluiksi.

Jos tutkijoiden haaveet toteutuvat, tulevaisuudessa kuka tahansa voi kasvatuttaa itselleen haluamansa kokoiset ja muotoiset rinnat. Silikoni-implantit, jotka vuotavat ja menettävät tilavuuttaan, jäävät historiaan.


Tulostimesta ihoa ja luuta

Entä häiritsevätkö rypyt ja tuntuuko iho muutenkin ikääntyneeltä? Ei hätää. Tulostetaan tilalle uusi.

Brittiläisessä Manchesterin yliopistossa materiaalitutkimuksen professori Brian Derbyn tiimi on valmistanut ohutta solukkoa mustesuihkutulostimella. Solut sekoitetaan ravintoliuokseen ja tulostetaan noin millimetrin sadasosan paksuisiksi kerroksiksi, joista voi rakentaa ihoa ja muitakin elimiä. Derbyn mukaan kliinisiin ihokokeisiin päästään viiden vuoden päästä.

Teollisuus on käyttänyt kolmiulotteista tulostusta koneenosien mallikappaleiden valmistukseen jo parikymmentä vuotta. Ensimmäisen kudostulostimen kehitti Massachusettsin teknisen korkeakoulun MIT:n tutkija Emanuel Sachs 1990-luvulla.

Kaupalliseen vaiheeseen on edennyt luumateriaalin tulostus. Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkelaitos FDA antoi vuonna 2003 Therics-nimiselle yritykselle luvan valmistaa pieniä, alle viiden sentin kokoisia luusiirrännäisiä biohajoavasta keraamista. Toistaiseksi siirrännäiset kelpaavat vain sellaisiin luihin, jotka eivät kannattele kehon painoa.


Yhdistetään kantasoluihin

Yhteistä uusille biomateriaalitekniikoille on kuolleen ja elävän materiaalin yhdistäminen. Keinotekoisia ihmisen varaosia on kehitetty jo kauan. Ensimmäinen tekosydän asennettiin vuonna 1969. On kuitenkin ollut odotettua vaikeampaa kopioida mutkikkaita elimiä niin, että mukaan tulisi eläviä osia.

Uusi tie avautui, kun vuonna 1998 opittiin kasvattamaan ihmisalkion kantasoluja soluviljelmissä. Tuli periaatteessa mahdolliseksi tuottaa uusia elimiä samaan tapaan kuin sisilisko kasvattaa hännän katkenneen tilalle. Käytännössä biologinenkin tie kuitenkin osoittautui mutkikkaaksi, koska solut saattavat erilaistua väärin tai muuttua syöpäsoluiksi (kantasolututkimuksen tilanteesta ks. Täällä kasvaa kantasoluja, Tiede 7/2005, s. 24-29).

Mutta entäpä jos pantaisiin solut kasvamaan tilapäisen kehikon sisällä, kysyivät tutkijat. Kudosteknologiassa toistuu usein sana scaffold, jonka yksinkertaisin suomenkielinen käännös on rakennusteline tai tukiverkko.


Kasvukehikko polymeereistä

Entä mistä tehdä kudoksen rakennustelineet ja miten?
- Polymeereistä kuituja, joista sitten rakenteet tekstiilitekniikalla, vastaa Nousiainen. Kuituosaaminen on silloin olennaista.
- Tulostimella on mahdotonta valmistaa polymeerikuitua, heittää Nousiainen kilpailevasta tekniikasta.
- Kuitua taas tarvitaan, jotta esimerkiksi sydänläpästä saadaan tarpeeksi luja.

Polymeerikuiduilla on Nousiaisen mukaan neljä etua.
- Lujuus. Kuitumuoto on kaikkein lujin. Polymeerikuidun vetolujuus on painoon nähden suurempi kuin teräksellä.
- Joustavuus.
- Yhteensopivuus. Koska ihmisissä itsessäänkin on kuitumaisia kudoksia, on mahdollista löytää materiaaleja, jotka keho hyväksyy.
- Biohajoavuus. Jotkin polymeerit hajoavat elimistössä.

Lujuuden ja joustavuuden ansiosta kuiduista kyetään valmistamaan monimutkaisia rakenteita tekniikoilla, jotka tekstiiliteollisuus on kehittänyt pitkälle. Kuiduista voi tehdä lankoja, joista puolestaan saa mutkikkampia rakenteita punomalla, kutomalla ja neulomalla. Kuituja voi myös kerrostaa huovan tai paperin tavoin.

Lähtöaineina käytetään esimerkiksi polyglykolihappoa, erilaisia glykolidijohdannaisia ja maitohapon tai voihapon johdannaisia. BioSys-hankkeessa kehitetään tapoja muokata kuidun pinta soluille ystävälliseksi. Koko tekstiilirakenne tehdään älykkääksi niin, että solut kasvavat ja tukiverkot hajoavat samaan tahtiin.


Printti-ihminen kuituaivoin?

Kudosteknologian tutkija Wei Sun philadelphialaisesta Drexelin yliopistosta arvioi, että kudostulostustekniikat kaupallistuvat noin 30 vuodessa. Solubiologi Vladimir Mironov South Carolinan lääketieteellisestä yliopistosta sanoo, että kudostulostus voi tulevaisuudessa uudistaa biolääketieteen samalla tavoin kuin kirjapaino mullisti kirjojen valmistuksen viisisataa vuotta sitten. Hänen mukaansa tulostimella voi periaatteessa printata ihmisestä kaiken muun paitsi aivoja.

Aivot saadaan ehkä kuitutekniikalla. Jo nykyisin tamperelaiset tutkijat ohjaavat hermosolujen kehitystä kuiturakenteiden avulla. Aluksi pyritään kasvattamaan kä­sien ja jalkojen hermoja. Tulevaisuudessa Alzheimerin tautia, Parkinsonin tautia ja aivoinfarkteja hoidetaan paikkaamalla aivoja yhtä arkisesti kuin hammaslääkäri nyt korjaa hampaita.



Kalevi Rantanen on teknistä luovuutta tutkiva diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Sisältö jatkuu mainoksen alla