Palovamma peittyy tulostimen suihkimalla ihosolukolla ja parantuu. Elinsiirtojonot jäävät historiaan, kun sairaille tulostetaan munuaisia, maksoja ja sydämiä.

Teksti: Maria Korteila

Palovamma peittyy tulostimen suihkimalla ihosolukolla ja parantuu. Elinsiirtojonot jäävät historiaan, kun sairaille tulostetaan munuaisia, maksoja ja sydämiä.

Julkaistu Tiede -lehdessä 5/2011

Ihan tavallisesta mustesuihkukirjoittimesta se lähti. Wake Forestin yliopiston kudostekniikan instituutissa Yhdysvaltain Pohjois-Carolinassa tutkijat rassasivat puhtaaksi tuiki tavanomaisen toimistokäyttöön suunnitellun tulostimen ja täyttivät sen mustepatruunan elävillä soluilla.Olihan kolmiulotteinen tulostaminen jo mullistamassa moninaisia valmistustekniikoita teollisuudessa, miksei siis myös lääketieteessä? Esimerkiksi siksi, että eläviä soluja on hankalampaa käsitellä kuin vaikkapa muovia. Kesti seitsemän vuotta, että solut saatiin tulostimesta ulos elävinä.Ongelman ratkaisi lopulta sokeripohjainen hydrogeeli, joka ei reagoi solujen kanssa mutta jossa solut pysyvät hengissä ja hyvässä järjestyksessä.Geeli ja sen sisältämät solut ovat bioprintterin mustetta. Paperin roolin ottaa potilas. Tulostinkaan ei ole enää se toimistolta tuttu kapistus, vaan sen varsin pitkälle kehitetty muunnelma. Toimintaperiaate on kuitenkin sama.

Tulostus suoraan ihmiseenNyt Wake Forestin bioprintteri pystyy jo tulostamaan kahdentyyppisiä eläviä ihosoluja suoraan syvän palovamman päälle, haluttuun järjestykseen kerros kerrokselta. Solut kiinnittyvät toisiinsa ja jäljellä oleviin terveisiin ihosoluihin ja kasvattavat uuden ihon palaneen tilalle. Se on solujen sisäistä viisautta – ihosolut tietävät, mitä ihosolun hommiin kuuluu.Ihosolukon tulostaminen kestää vain muutamia minuutteja, vamman suuruuden mukaan. Palovammojen hoitamisessa nopeus on tärkeää, jotta haava ei tulehtuisi eikä potilas menettäisi liikaa kudosnesteitä. Tulostetuilla ihosoluilla hoidettu vamma on laboratorio-oloissa parantunut kokonaan huomattavasti nopeammin kuin hoitamaton vamma: kolmessa viikossa viiden kuuden viikon sijasta.

Pika-apu sotatantereilleKaikki nämä lupaavat tulokset on saatu eläinkokeista. Kestää vielä tovin, että tulostin pääsee tositoimiin ihmisten avuksi. Wake Forestin tutkijaprofessori James Yoo arvelee printterin olevan hoitokäytössä viiden vuoden sisällä. Lääketieteellisen kehitystyön lisäksi myös viranomaishyväksynnän hankkiminen vie aikaa.Hankkeella on kuitenkin mahtava tukija ja rahoittaja: Yhdysvaltain puolustusvoimat. Se on perustanut mittavan kudosteknisen tutkimushankkeen, johon Wake Forestkin osallistuu. Ihon lisäksi hankkeessa yritetään kasvattaa esimerkiksi sormia. Ei tosin tulostamalla, ainakaan vielä.Wake Forestin tavoitteena on kehittää siirrettävä ihotulostin, jolla autetaan sota-alueilla palovammoja saaneita sotilaita. Jopa 10–30 prosenttia sotilaiden vammoista on palovammoja, ja osa niistä johtaa kuolemaan. Normaali kirurginen ihonsiirto-operaatio on kenttäoloissa usein liian hidas tai mahdoton toteuttaa.Wake Forestin suunnittelema laite koostuisi lavetista, jolla potilas saa maata. Potilaan yllä liukuu laserskanneri, joka muodostaa vammasta kolmiulotteisen mallin. Sen perusteella tulostin printtaa ihosoluista kerroksia tarvittavan määrän kuhunkin kohtaan. Tarkkaan säädelty ohjaus estää tulostinta koskemasta vammaan – se vain tipauttaa mustetipat haluttuun kohtaan.Vielä ei ole varmaa, miten itse muste eli ihosolut tuotetaan. Vaihtoehtoja on useita. Potilaasta voidaan ottaa pieni ihonäyte, jonka soluista kasvatetaan nopeasti uusia soluja. Kun ne ovat peräisin potilaasta itsestään, hylkimisen vaaraa ei ole. Toinen vaihtoehto on perustaa ihosolupankki. Ihosoluja voidaan valmistaa myös kantasoluista.Sotilaat eivät ole ainoita, jotka voivat hyötyä uudesta tekniikasta. Wake Forestin tutkijaryhmä uskoo vakaasti, että siitä voisi tulla vakiomenetelmä palovammapotilaiden hoitoon noin kymmenen vuoden kuluttua. James Yoon mukaan tekniikalla voitaisiin hoitaa myös vanhoja palovammoja. Epämiellyttävän arpikudoksen voisi poistaa ja kasvattaa tilalle uuden ihon. Menetelmästä voisivat hyötyä myös diabeetikot, joille sairaus on aiheuttanut vaikeita haavaumia.

Sydänlihaksesta luunpalasiinWake Forest ei suinkaan ole ainoa alalla. Useat tutkimusryhmät ympäri maailmaa kehittävät kilvan biotulostusta. Suurin osa niistä on aloittanut tavallisesta toimistotulostimesta.New Yorkissa Cornellin yliopisto on tulostanut tarkasti räätälöidyn rustonosan suoraan eläimen polveen sekä valmistanut tulostamalla sydämen läppiä. Texasissa El Pason yliopistossa on onnistuttu tulostamaan ihmisen sydänlihaskudosta, jolla voitaisiin korjata esimerkiksi sydänkohtauksen aiheuttamia vaurioita. Ranskassa Bordeaux’n yliopistossa on onnistuttu tulostamaan luuta suoraan potilasta esittävään malliin. Etelä-Carolinan yliopistossa on saatu aikaan kudosta, joka sisältää verisuonia.Tutkimusta ei tehdä pelkästään yliopistoissa, vaan asialla on myös joukko yrityksiä, esimerkiksi bioprinttereiden valmistajia. Niistä eniten julkisuutta on saanut amerikkalainen tutkijalähtöinen Organovo, joka toi viime vuonna markkinoille oman kaupallisen 3D-biotulostimensa. Time-lehti valitsi laitteen vuoden 50 parhaan innovaation joukkoon. Organovon visio on, että jonain päivänä kirurgit voivat tulostaa bioprinttereillä kaikki leikkauksessa tarvitsemansa kudokset.Joulukuussa Organovo kertoi onnistuneensa tulostamaan ensimmäisenä maailmassa verisuonia suoraan luovutetuista soluista. Verisuonisiirteitä voitaisiin käyttää esimerkiksi ohitusleikkauksissa tai tapauksissa, joissa osa potilaan omasta verisuonesta on tuhoutunut. Käytännön sovelluksiin arvioidaan olevan matkaa viitisen vuotta. Yritys koettaa saada aikaan myös hermokudosta, jolla voitaisiin paikata katkenneita hermoja.Ihmisiin ei tulostettua kudosta ole kokeiltu vielä missään, mutta osa yksinkertaisimmista sovelluksista saattaa tulla käyttöön jo muutamassa vuodessa.

Munuaista täytyy odottaaKunnianhimoisimpana ja kaukaisimpana tavoitteena useilla tutkimusryhmillä on saada aikaan kokonainen, toimiva ihmisen sisäelin, kuten munuainen, maksa tai sydän. Se ratkaisisi monta ongelmaa: pelkästään Yhdysvalloissa noin 700 000 ihmistä odottaa paraikaa uutta munuaista.Isot elimet ovat kuitenkin huomattavasti monimutkaisempia valmistaa kuin iho tai rusto, joiden käytännön sovellukset näyttävät olevan lähimpänä. Ihossa on esimerkiksi se hieno ominaisuus, että se imee itseensä plasmaa ja kasvattaa pikkuhiljaa oman verisuonistonsa. Rustossa verisuonia ei edes ole. Monimutkaisemmat elimet eivät pärjää ilman verenkiertoa. Useissa laboratoriokokeissa biotulostettuun kudokseen on pystytty kasvattamaan jonkinlainen verisuonisto, mutta vielä ei tiedetä, mikä riittää.Haasteita on toki muitakin. Ihossa on vain muutamaa solutyyppiä, mutta munuaisessa pariakymmentä. Pelkästään niiden kaikkien erotteleminen ja näytteeksiotto kasvattamista varten on vaikeaa. On myös solutyyppejä, jotka eivät näytä kestävän tulostusprosessia lainkaan.Suuri kysymysmerkki on sekin, alkaako vastakudottu sisäelin toimia ihmiskehossa, vaikka siinä olisikin valmiina kaikki tarvittavat osat. Kudosten kehittäjät tähdentävät, ettei tulostetun sisäelimen välttämättä tarvitse olla täysin samanlainen kuin luonnollinen elin. Riittää, että se saadaan toimimaan samalla tavalla. Tämä taas on heidän mukaansa vain ajan kysymys – tosin todennäköisesti vuosikymmenten pituisen ajan. Jonain päivänä biotulostimet saattavat toimia myös plastiikkakirurgin apulaisena: tilaa vain haluamasi nenämalli tai hulmuavammilla hiuksilla varustettu päänahka.

Koealusta lääkeaineilleVaikka kokonaisia elimiä ei toviin tulostetuksi saataisikaan, kudostekniikka kehittyy huimaa vauhtia, ja siitä on monenlaista hyötyä. Biotulostetuista kudoksista voi tulla merkittävä väline lääketutkimukseen. Nykyään moni eläinkokeissa hyvältä vaikuttanut lääke paljastuu ihmiskokeissa sopimattomaksi. Ihmisestä irralliseen ihoon tai muuhun kudokseen olisi kätevää testata uuden lääkeaineen vaikutuksia. Näin voitaisiin seuloa pois haitalliset tai myrkylliset yhdisteet nykyistä aikaisemmassa vaiheessa. Viljeltyjä soluja käytetään jo samaan tarkoitukseen.Bioprintterifirma Organovo paljastaakin tekevänsä yhteistyötä jo usean lääkealan yrityksen kanssa.