Tutkimus

3D-tulostettu sarveiskalvo oli läpimurto

Professori Heli Skottman ja tutkijatohtori Anni Mörö
Professori Heli Skottman (vas.) ja tutkijatohtori Anni Mörö saivat Pirkanmaan palkinnon merkittävästä lääketieteellisestä innovaatiosta.
Tampereen yliopiston Silmäryhmän johtaja, professori Heli Skottman ja tutkijatohtori Anni Mörö onnistuivat ensimmäisenä maailmassa tulostamaan silmän sarveiskalvon kaltaista kudosta elävistä soluista 3D-biotulostimella. Viimevuotinen tieteellinen läpimurto vaikuttaa laajasti silmäsairauksien hoitoon.

- Olimme saavutuksesta onnellisia, koska sen takana on ollut mittava työmäärä. Onnistuminen sai aikaan paljon positiivista palautetta kotimaassa ja ulkomailla, he sanovat.

3D-tulostin tuotti tällöin sarveiskalvoa vastaavan rakenteen. Tulostetuksi tuli kaksikolmasosaa sarveiskalvon kerroksesta: pintakudosepiteeli ja keskiosan strooma-solukko.

- Tämän vuoden loppuun mennessä saadaan tulostettua jo jonkinlainen rakenne sarveiskalvon pohjalla olevasta yksisolukerroksesta, Anni Mörö lupaa.

Skottman ja Mörö saivat syyskuun alussa tämänvuotisen Pirkanmaan palkinnon merkittävistä lääketieteellisistä innovaatioista.

Kiinnostus biotulostukseen kasvaa

Skottmanin johtaman Silmäryhmän tavoitteena on edistää silmäsairauksien hoitoa kehittämällä uusia ja innovatiivisia menetelmiä silmäsairauksien syiden tutkimiseen sekä niiden hoitoihin. Biotulostus on kiinnostusta herättävä ala myös kansainvälisesti.

Tutkimuksen työkaluina hyödynnetään ihmisen kantasoluja sekä toiminnallisia biomateriaaleja silmän eri rakenteiden tuottamiseksi kudosteknologisin keinoin.

- Kudosten 3D-biotulostus on yksi meidän keihäänkärkiteknologioistamme. Haluamme edelleen kehittää sitä tutkimuksen työkaluksi ja tulevaisuuden tuotantoteknologiaksi.

- Sarveiskalvosokeita ihmisiä on kymmeniä miljoonia maailmassa. Hoito parantaa merkittävästi elämänlaatua. Perinteisesti sarveiskalvosiirrännäisiä on saatu kuolleilta luovuttajilta, mutta luovuttajista on valtava pula. Siirrännäisiä ei siten ole tarjolla kaikille tarvitseville, Skottman sanoo.

Verkkokalvon ikärappeuman hoidossa ollaan jo menossa kohti kliinisiä hoitoja. 3D-tulostus ei vielä onnistu, koska verkkokalvo on monimutkaisempi rakenteeltaan.

- Biotulostuksen resoluutio ei myöskään sovi vielä tähän, mutta teknologia menee koko ajan eteenpäin. Odotettavissa on läpimurto silläkin saralla, Anni Mörö uskoo.

Biomusteesta sarveiskalvoksi

- Tulostettavan rakenteen kasvattaminen viljelyolosuhteissa ja näiden olosuhteiden kehittäminen on haastavaa, Skottman ja Mörö sanovat.

Puhtaissa tiloissa eri laboratoriohuoneissa käsitellään sarveiskalvon tulostamiseen tarvittavia kantasoluja. Niistä tehdään biomustetta, joka on eläviä komponentteja sisältävä biomateriaaliseos.  Materiaali siirretään määrätyssä järjestyksessä soluviljelylaboratorioista 3D-tulostinhuoneeseen.

Sarveiskalvoon voidaan käyttää kahdenlaisia kantasoluja, kaikkikykyisiä ja indusoituja. Ne voivat erikoistua kaikiksi tyypeiksi. Niistä on tuotettu sarveiskalvon pintakerroksen limbaalit kantasolut. Nämä ovat terveessä silmässä sellaisia soluja, jotka uusivat epiteeliä. Keskiosan strooma-solukkoon taas käytetään rasvan kantasoluja. Kantasolujen käytöstä Silmäryhmällä on pitkä kokemus.

Kansallinen ja kansainvälinen yhteistyö ja näkyvyys on Silmäryhmän tutkijoille tärkeää, samoin yhteistyö yritysmaailman kanssa tavoitteiden saavuttamiseksi. Yritystoimintaa sarveiskalvon epiteelin kantasolujen parissa valmistellaan parhaillaan.

Jotta sarveiskalvotulostukset saadaan hoitokäyttöön, on edessä vielä valtavat määrät turvallisuuskokeita pelkästään yhdellä solutyypillä. Lisäksi teknologia on kallista. Nyt käytössä oleva, alun perin teolliseen valmistukseen tarkoitettu, 3D-tulostin maksaa lähes 300 000 euroa.

- Jätimme Tampereen yliopistolle investointihakemuksen, että saisimme huokeamman laitteen opetuskäyttöön. Tällöin voimme opettaa biotulostamista opiskelijoillekin.

Silmätutkimus sai alkunsa lahjoituksesta

Tampereen yliopiston Solu- ja kudosteknologia keskus Regea perustettiin puhtaasti tutkimukseen keskittyväksi organisaatioksi vuonna 2005. Perustajia olivat Tampereen yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto, Tampereen ammattikorkeakoulu, Pirkanmaan sairaanhoitopiiri ja Tekonivelsairaala Coxa. Regean myötä kantasolututkimus käynnistettiin Tampereella.

Silmätutkimus sai alkunsa yksityishenkilön huomattavasta lahjoituksesta vuonna 2008. Lahjoittaja halusi, että silmätutkimus otetaan osaksi kudosteknologiaa. Professori Heli Skottman palkkasi lahjoituksen ansiosta Silmäryhmään ensimmäisen tutkijan.

Tutkijatohtori Anni Mörö tuli joukkoon 2011 aluksi tekemään kantasoluihin ja biomateriaaleihin liittyvää diplomityötä. Hän valmistui diplomi-insinööriksi kudosteknologian alalta ja työkokemusta on kertynyt teknologian ja biologian rajapinnalta.

- Kun vuonna 2012 kuulin biotulostuksesta, arvelin, ettei se tule onnistumaan herkillä kantasoluilla. Professori Heli Skottmanilla oli kuitenkin asiasta vahva visio. Vuonna 2017 lähdin tutkijavaihtoon Hannoverin Laser-instituuttiin saamaan lisää käyttökokemusta, Anni Mörö sanoo.

- Tästä alkoi hyvin intensiivinen jakso. Melkoinen osa Annin työtä oli, että hän tulosti rakenteita Saksassa, ne tuotiin elävänä yön yli kestävällä kuljetuksella Suomeen ja siirrettiin kuolleesta porsaasta irroitettuun silmään. Tällä tavalla pystyttiin tutkimaan rakenteiden siirrettävyyttä, Skottman lisää.

Sarveiskalvon tulostaminen on askel matkalla, jossa ihmisille voidaan valmistaa erilaisia eläviä soluja sisältäviä varaosia. Tulevaisuudessa ne voivat olla kokonaisia elimiä.

Skottmanin tutkimusryhmä on osa Tampereen yliopistossa toimivaa BioMediTechiä, jossa tehdään tutkimusta mm. ihmisten varaosista. BioMediTechin infran ja tutkimuksen rahoittajia ovat olleet Tekes, Suomen Akatemia, Pirkanmaan liitto ja Euroopan unioni.


Teksti: Kirsti Kivilinna / Pirkanmaan liitto
Kuva: Rami Marjamäki