Helsingin yliopistossa kasvatetaan ihmisen aivosoluja pienissä petrimaljoissa.
Näiden aivo-organoidien eli kolmiulotteisten aivosoluviljelmien eli miniaivojen on tarkoitus jo lähivuosina auttaa muun muassa lääkkeiden kehittämisessä. Miniaivoista voisi mahdollisesti olla apua myös vaikeiden aivosairauksien, kuten Alzheimerin taudin tai skitsofrenian, hoidossa.
Laboratoriossa työskentelee väitöskirjatutkija Aurora Halkoluoto. Hänen tutkimuksensa organoidien parissa alkoi kaksi vuotta sitten.
– Voimme tarkastella miniaivojen rakennetta ja katsoa, miten esimerkiksi joku sairaus vaikuttaa aivojen rakenteeseen. Lisäksi voimme katsoa miniaivojen toimintaa eli esimerkiksi ovatko hermosolut aktiivisia. Sitten voimme tutkia lähemmin, millaiset erilaiset geenit ovat aktiivisena, kuvailee Halkoluoto.
Helsingin yliopiston tutkimusryhmän käyttämissä organoideissa on ensi kertaa mukana kaikki tärkeimmät ihmisaivojen solutyypit, kuten hermosolut, hermotukisolut, immuunipuolustuksen solut ja verisuonia muodostavat solut.
Tällä hetkellä tutkijat kehittävät aivojen verisuonistoa mukaan miniaivojen aivokudokseen. Ne näkyvät jo mikroskoopilla tarkasteltuna kudoksessa kauniisti, sanoo Helsingin yliopiston Living Human Brain-hankkeen tutkimusjohtaja Jari Koistinahon.
– Pyrimme saamaan kaikki aivosolutyypit mukaan, koska tiedämme, että kaikki aivosolutyypit ovat kuitenkin vaikutuksessa keskenään ja säätelevät toistensa toimintaa. Aivosairauden syy tai ainakin osa mekanismia voi piillä ihan missä aivosolussa tahansa, sanoo Koistinaho.
Vaihtoehto eläinkokeille
Miniaivot sisältävät hermosoluja ja hermotukisoluja ja hermosolujen erilaistumattomia esimuotoja. Ne on kasvatettu laboratoriossa uudelleenohjelmoimalla ihon soluista kantasoluja, jotka on erilaistettu aivokudossoluiksi.
Miniaivojen eli aivo-organoidien kehitystyötä tehdään myös muualla maailmassa. Kiinnostus tutkimusta kohtaan on laajaa.
Menetelmän avulla kenen tahansa iho- ja verinäytteistä voidaan muuttaa soluja kantasoluiksi ja kasvattaa niistä laboratoriossa aivokudosta. Ihmisalkioita tutkimuksessa ei ole käytetty.
Merkittävä osa nykyisistä lääkkeistä testataan alkuvaiheessa eläinkokeissa, useimmiten hiirillä.
Miniaivot ovat vielä kaukana ihmisaivojen todellisesta monimuotoisuudesta. Ihmis- ja eläinaivojen merkittävin ero ei ole niinkään aivosoluissa vaan aivotukisoluissa, joita ihmisaivoissa on huomattavasti enemmän ja ne ovat erilaistuneempia kuin muiden lajien aivoissa.
Yksilöllistä lääkehoitoa
Miniaivoilla voidaan kehittää myös aivosairauksien yksilöllistä hoitoa. Tämä on mahdollista tutkijan mukaan siinä vaiheessa, kun jokaiselta potilaalta voidaan ottaa näyte ja kasvattaa kudostyypin ja perimän mukainen soluviljelmä, ja sen jälkeen testata lääkkeiden teho ja sopivuus yksilöllisesti.
Miniaivot eivät yleensä saavuta aikuisen aivojen kypsymistasoa. Siksi tutkijat ovat keskittyneet aluksi tutkimaan sairauksia, joissa aivojen kehitysvaiheella on suuri merkitys.
– Tämän vuoksi meidän ensimmäinen mielenkiinnon kohde on sellaiset psykiatriset sairaudet, joissa on suuri merkitys jo sillä, mitä tapahtui raskauden aikana tai nuoruuden aikana.
Tällainen sairaus on Koistinahon mukaan esimerkiksi skitsofrenia, jossa osassa tapauksista ajatellaan tapahtuvan ratkaisevia aivojen kehityksellisiä muutoksia jo sikiökehityksen aikana ja varhaislapsuudessa.
– Tässä mallissa meillä on erinomainen mahdollisuus lisätä miniaivon ympäristöön esimerkiksi sellaiset tulehdukselliset olosuhteet, kuin raskauden aikana on saattanut olla. Näin voimme nähdä tulehduksen vaikutuksen sairauden kehittymiseen.
Miniaivoista voisikin olla jo lähivuosina konkreettista hyötyä skitsofreniaa sairastaville. Vaikeissa skitofreniatapauksissa voi nykyisin kulua vuosia, ennen kuin sopiva lääkehoito löytyy.
– Jos voimme lyhentää optimaaliseen hoidon löytämiseen kuluvan neljän tai viiden vuoden ajanjakson vaikkapa kuuteen kuukauteen, on se suunnaton etu potilaalle. Tämä lisää myös potilaan paranemismahdollisuuksia ja oireiden lievittymistä, koska sairaus ei ole päässyt etenemään vaikeahoitoiseksi, kuvailee Koistinaho.
Hyödyksi monien sairauksien tutkimuksessa
Miniaivoja ja miniorganoideja hyödynnetään jo monien muidenkin sairauksien tutkimuksessa.
Suomessa tutkimusta miniaivoilla tehdään esimerkiksi Parkinsonin taudin tutkimuksessa.
– Meillä tutkitaan myös liikehermosairauksia kuten ALS-tautia. Se tarkoittaa sitä, että miniaivo voi olla silloin selkäydinsoluja.
Muita käyttömahdollisuuksia Koistinahon mukaan voisivat olla esimerkiksi migreenitutkimus ja MS-tauti.
– Silloin pitää mallia hieman muokata niin, että siinä on juuri riittävästi niitä soluja, joihin taudin ajatellaan perustuvan.
Lääketeollisuus kiinnostunut miniaivoista
Lääketeollisuus on kiinnostunut miniaivojen käytöstä lääkekehityksessä. Lääketeollisuuden intressin taustalla on raha.
Yli 90 prosenttia uusista aivosairauksiin kehitettävistä lääkkeistä epäonnistuu lääkekehityksen aikana. Yksi suurimmista syistä tähän on eläinkokeiden, kuten hiiri- ja rottakokeiden, puutteet. Ne eivät edelleenkään ennusta kovin hyvin lääkkeen tehoa ihmisessä.
Soluteknologian avulla lääkkeitä voidaan tutkia ihmisaivoja mallintavilla miniaivoilla ennen kalliita ihmiskokeita.
– Tämä on ala, joka kasvaa ja kehittyy huimaa vauhtia. Saattaa olla, että muutaman vuoden päästä tällä teknologialla tehdyt miniaivomallit ovat vielä monimutkaisempia ja hienompia, arvioi Koistinaho.
