Minimunuainen mullistaisi lääkehoidon

Seppo Vainio (vas.), Ilya Skovorodkin, Susanna Kaisto, Aleksandra Rak-Raszewska ja Jani Ylioja ovat Futurena-joukkuetta, jonka kehittämä keinotekoinen munuainen parantaisi lääketieteellisiä hoitoja. Punainen mallituloste on suurennettu versio hiiren munuaisesta. 

Munuainen on ihmiskehon suodatin, joka seuloo verenkierrosta kuona-aineita. Tärkeän tehtävänsä vuoksi munuaisten vioittuminen on hengenvaarallista. Munuaisvaurioita voi syntyä muun muassa voimakkaiden lääkehoitojen seurauksena. Niiden yksilölliset sivuvaikutukset selviävät usein vasta hoidon edetessä.

Munuaisen vajaatoiminnan vuoksi Euroopassa on elinluovutusjonossa noin 70 000 henkilöä. Futurenan tavoite on uusien munuaisvaurioiden ehkäiseminen. Tämän tiimi aikoo saavuttaa kehittämällä minimunuaisen.

”Minimunuaisella voi tutkia henkilökohtaisia sairauksia, ja sillä voi löytää kullekin potilaalle sopivat lääkitykset tai hoidot”, tiimiä vetävä kehitysbiologi Susanna Kaisto kuvailee.

Lääkityksen yksilöllisiä vaikutuksia voisi testata minimunuaisen avulla etukäteen. Näin lääkärit voivat huomata munuaisvaurion riskin ja valita potilaalle oikean lääkityksen.

Minimunuainen toimii yksilökohtaisesti, koska se kasvatetaan jokaiselta potilaalta itseltään otettavasta solunäytteestä.

Sairaanhoidon lisäksi keinomunuaiset auttavat uusien lääkkeiden kehittämistä.

”Kun lääkeyritykset nyt löytävät jonkin lääkeaineen, sen haitallisuutta testataan ensin soluille, sitten hiirille ja lopulta ihmisille. Jos testaisimme sitä suoraan minimunuaisella, säästyisi aikaa, rahaa ja eläimiä.”

Kaisto korostaa, että nimestään huolimatta minimunuainen ei ole täysikokoisen munuaisen pienempi versio. Itse asiassa se on vain pieni osa munuaisesta.

Aikuisen ihmisen munuainen koostuu noin miljoonasta yksittäisestä mutta keskenään yhteneväisestä osasesta, nefronista. Futurena tarvitsee miljoonan yksikön sijaan muutaman.

”Jos meillä on yksikin yksikkö, joka suodattaa verta, se on toimiva minimunuainen”, Kaisto kertoo.

Koska munuaisen osat ovat keskenään samanlaisia, lääkeaineita voi testata laboratorio-oloissa vain muutaman nefronin kanssa.

Kaiston kollega, professori Seppo Vainio huomauttaa, että on jopa käytännöllistä, ettei kokonaista munuaista tarvitse valmistaa.

”Lääkeaineet ovat kalliita. Mitä pienemmässä koossa niitä tarvitaan, sen parempi.”

Pelkän biologian avulla ryhmä ei kuitenkaan voi menestyä. Munuaisten osaset ovat niin pieniä, että niiden käsittely on ihmiskäsin mahdotonta. Avuksi tulevat insinöörit ja 3D-tulostus.

”Meidän pitää saada solut oikeaan muodostelmaan toistensa kanssa, eikä sitä voi tehdä pipetillä tai käsin. Tarvitsemme 3D-tulostinta, että saamme ne oikeaan järjestykseen”, Kaisto luonnehtii.

Insinöörityönä tehtävässä 3D-tulostamisessa on kyse esineistä, joita koneet valmistavat digitaalisten mallien pohjalta. Tulostamalla voi luoda niin koristetuotteita kuin rakennustarvikkeita.

3D-tulostukseen tarvitaan kuhunkin tarkoitukseen räätälöityä materiaalimassaa. Sitä on tiimissä kehittämässä biologien ja insinöörien lisäksi materiaalitutkijoita.

Pelkkä solumassa ei elinvalmistukseen riitä, vaan solujen sidosaineena käytetään metsätaloustuotetta: nanoselluloosaa. Kun solut ovat kiinnittyneet toisiinsa, selluloosa liuotetaan pois minimunuaisesta.

Vainio korostaa, ettei mikään mukana oleva taho olisi voinut kehittää hanketta yksin.

Minimunuaisen yksittäiset valmistajat ovat siis kasassa, mutta tuotteen kehittäminen ei tapahdu hetkessä.

”Jos saamme neljä miljoonaa euroa neljän vuoden aikana, voisimme saada toimivan minimunuaisen markkinoille”, Kaisto esittää varovaisena arviona.

Näin suuri ja pitkäjänteinen rahoitus vaatisi käytännössä useamman lähteen. Tiimi on kuitenkin toiveikas, sillä Helsinki Challenge on opettanut tutkijat markkinoimaan omaa työtään.

Kaisto on harjaantunut esittämään asiasta kolmen minuutin myyntipuheen. ”Se tulee selkärangasta”, hän myöntää.

Mikäli minimunuainen saadaan markkinoille ja rahoitus turvataan riittävän pitkäksi aikaa, kehitystyötä voidaan Kaiston mukaan jatkaa edelleen.

”Kaukana tulevaisuudessa on mahdollisuus tehdä myös laboratoriossa kasvatettuja munuaisia.”

Futurena kuuluu kansainväliseen joukkoon, joka koettaa hyödyntää teknologiaa tuottaakseen ihmiselimiä.

Maailmanlaajuisesti kilpailu on kovaa: keinotekoiseen elinvalmistukseen perehdytään monissa maissa. Vainion mukaan Saksa ja Alankomaat lisäinvestoivat alaan äskettäin 50 miljoonaa euroa, ja asiaan perehdytään esimerkiksi Harvardin huippuyliopistossa.

Vainio toivoo, että joukkueen pääsy kilpailun finaaliin herättää alaa kohtaan kiinnostusta Suomessakin.

”Suomessa biotulostus on tällä hetkellä lähes nolla. Työmme on keino herätellä alaa, jos suomalaiset aikovat olla sen kehittämisessä mukana.”