2/2018

Sydän sykkii kuoppalevyllä

Suomen Akatemian rahoittama ja Tampereen teknillisen yliopiston koordinoima Body on chip -huippuyksikkö aloitti toimintansa vuoden 2018 alusta. Tavoitteena on rakentaa ihmiskehon toimintoja jäljittelevä monikudosmalli. Sen avulla voidaan entistä tarkemmin ja luotettavammin tutkia, miten vaikkapa lääkkeet toimivat potilaassa.

MIKÄ: Monikudosmallintamisen huippuyksikkö

  • Suomen Akatemian rahoittama huippuyksikkö 2018–2025
  • Huippuyksiköt edustavat alansa kärkitutkimusta
  • TTY:n ja Tampereen yliopiston yhteishanke
  • Monitieteellinen ja kansainvälinen tutkijayhteisö
  • Huippuyksikön johtajana toimii professori Minna Kellomäki
  • Tavoitteena kehittää uudenlainen body on chip -alusta ihmiskehon mallintamiseen
  • Toimii kahdella kampuksella, Hervannassa ja Kaupissa
  • Noin 100 tutkijaa ja opiskelijaa
 

– Tavoitteena on kehittää uudenlainen body on chip -alusta, ikään kuin yksinkertaistettu ihmiskeho kasvatusalustalla. Siinä yhdistyy useita, laboratoriossa ihmisen kantasoluista erilaistettuja ja kasvatettuja solutyyppejä: sydänsoluja, aivosoluja, maksasoluja ja niin edelleen, kertoo professori Pasi Kallio TTY:ltä, kun kuvaamme huippuyksikölle videota.

Eri solukot on tarkoitus yhdistää hermotuksen ja verisuonituksen avulla.

– Menetelmän avulla voidaan tutkia ja analysoida erilaisia ihmisessä tapahtuvia biologisia prosesseja. Esimerkiksi voidaan saada tarkkaa tietoa siitä, mikä lääke toimii tietyllä potilaalla ja mikä ei. Voidaan myös kehittää uusia lääkkeitä, Kallio jatkaa.

Vuoteen 2025 saakka rahoituksen saanut Body on chip -huippuyksikkö jatkaa TTY:n ja Tampereen yliopiston tutkijoiden pitkää yhteistyötä. Tutkimusta on tehty yhdessä muun muassa ihmisen varaosiin liittyen.

Hanskat käteen ja kuvaamaan

Body on chip -konsepti avautuu konkreettisemmin, kun pääsemme videon kuvauksen yhteydessä katselemaan tiloja ja tapaamaan huippuyksikön tutkijoita työnsä äärellä TTY:llä ja Tampereen yliopistossa. Huippuyksikön koordinaattorina toimiva tutkija Mari Pekkanen-Mattila yliopistojen yhteisestä BioMediTech-instituutista kierrättää meitä laboratorioissa.

– Hervannassa TTY:llä kehitetään huippuyksikön käyttämää teknologiaa sekä tehdään laitteisiin ja materiaaleihin liittyvää tutkimusta. Soluviljelyt taas keskittyvät pääosin tänne Arvo-rakennukseen, jossa meillä on hienot, uudet tilat, Pekkanen-Mattila kertoo.

Videota Tredun lopputyökseen kuvaavat Valtteri Kamppinen ja Valtteri Pönkkä tekevät suunnitelmia kuvauksia varten. Kuvauspaikka poikkeaa heidän aiemmista projekteistaan monellakin tapaa. Esimerkiksi sydänlaboratorioon mennessä vedetään asiaankuuluvat suojavaatteet päälle: labratakki, kengät, violetti paperihattu ja kumihansikkaat.

– Uusia kokemuksia: kameran käsittely kumihanskat kädessä. Eikä muuten tule kylmä näissä vermeissä, nauraa kuvauksesta vastaava Valtteri Pönkkä.

Laboratoriossa Mari Pekkanen-Mattila ottaa tottuneesti jääkaapilta näyttävästä inkubaattorista matalan muovilaatikon.

– Näillä kuoppalevyillä kasvatamme sydänsoluja. Ne erilaistuvat kantasoluista ryppäinä, jotka sitten dissosioidaan yksisoluasteelle eli hajotetaan leikkaamalla ja entsymaattisesti yksittäisiksi soluiksi, hän kertoo.

Levyn matalissa pienissä kuopissa on paljain silmin katsottuna pienen pieniä vaaleita hiutaleita vaaleanpunaisessa liuoksessa.

– Ai nämä ovatkin niin nuoria, etteivät vielä syki. Ne alkavat sykkiä noin kymmenen-kahdentoista päivän ikäisinä, Pekkanen-Mattila sanoo ja vaihtaa mikroskoopissa levyn toiseen.

Mikroskoopin viereisestä näytöstä näkee, että yksittäisetkin kuoppalevyllä elävät sydänsolut todella sykkivät. Samalla tavalla tutkijat tutkivat esimerkiksi aivo- hermo- ja maksasoluja. Kun ne sitten aikanaan yhdistetään hermostolla ja verisuonilla, ihmiskeho in vitro eli suoraan käännettynä ”lasissa”, koeputkessa, alkaa hahmottua.

Hehkuvat tumat mikroskoopissa

Soluista tarvitaan erittäin tarkkoja tietoja, jotta body on chip saadaan toimimaan ja ymmärretään niin itse laitteen kuin tutkittavien aineiden vaikutuksia soluihin ja niiden toimintaan. Seuraavan huoneen PCR-laitteella voidaan tehdä geeniekspressioanalyysiä eli tutkia, mitä geenejä solut ilmentävät.

– Voidaan selvittää, ovatko meidän solumme sellaisia kuin haluamme, Pekkanen-Mattila sanoo.

Kierrosta jatkettaessa tohtoriopiskelija Kaisa Vuornos aikuisten kantasolujen tutkimusryhmästä esittelee pimennysverhojen takaa löytyvän toisen laitteen, jolla voidaan myös selvittää solujen sisäitä elämää. Fluoresenssimikroskoopissa hydrogeelissä olevien värjättyjen solujen tumat hehkuvat upean sinisinä.

– Voimme värjätä soluja käyttämällä hyväksi vasta-aineita sekä fluoresenssileimoja. Värjäysten perusteella voidaan sitten päätellä, paljonko soluissa on etsittyä molekyyliä ja miltä se näyttää, kertoo Vuornos selittää.

Näkyykö verisuonia?

TTY:n tohtorikoulutettava Markus Hannula biolääketieteen tekniikan tiedekunnasta päästää meidät sisään laboratorioon, jonka ovessa on vaikuttavat säteilyvaarasta varoittavat tarrat. Huoneen keskellä on ison vaatekaapin kokoinen mikroröntgentomografialaite eli tutkijoiden kesken micro-CT, jolla voidaan röntgensäteiden avulla rekonstruoida 3D-malleja esineistä.

– Laite painaa lyijysuojiensa takia yli kolme tonnia. Sitä varten piti rakennuksen seinään suunnitella ikkuna, josta se saatiin nostettua sisään, Hannula kertoo.

Laite toimii samaan tapaan kuin vaikkapa sairaalasarjoista tuttu ihmisten aivokuvia ottava skanneri, mutta vain paljon tarkemmin. Röntgensäteiden käytön vuoksi sillä ei voida kuvata eläviä kudoksia. Hannula esittelee joitakin laitteella tehtyjä kuvauksia, kuten kuvia biomateriaaleista ja rotan kuuloluista.

– Etuna on se, ettei kappaleita tarvitse rikkoa tutkimuksia varten. Micro-CT:llä tutkitaan huippuyksikössä esimerkiksi hydrogeelissä kasvatettuja soluja. Voidaan selvittää, miten solut ovat jakautuneet materiaaliin ja ovatko ne muodostaneet rakenteita, esimerkiksi verisuonia. Myös kehitettävistä biomateriaaleista saadaan tarkkaa tietoa, vaikkapa siitä onko niiden huokoisuus sopiva, Hannula kertoo.

TTY:llä Sähkötalossa tohtorikoulutettavat Janne Koivisto biolääketieteen tekniikan puolelta ja Olli Orell materiaaliopin laboratoriosta virittelevät laitteistoa, jossa kaksi kameraa kuvaa kokoon puristettavaa biomateriaalin kappaletta. Menetelmällä saadaan tarkkaa tietoa materiaalien käyttäytymisestä paineen alla.

– Tietoa tarvitaan huippuyksikössä esimerkiksi soluviljelyssä, Koivisto kertoo.

Monitieteisyys mahdollistaa

Huippuyksikköön tutustuessa huomaa nopeasti, kuinka kansainvälistä toiminta on. Tutkijoita ja väitöskirjantekijöitä on monista maista. Tapaamme muiden muassa skotlantilaisen harjoittelijan Kirsty Haddown ja nepalilaisen tutkijan Chandra Prajapatin, joka tutkii solujen sähköfysiologiaa.

– Yksi meidän konsortiomme vahvuuksista on ehdottomasti kansainväliset verkostot, Mari Pekkanen-Mattila sanoo.

Toinen suuri plussa on monitieteisyys. Jotta huippuyksikön kunnianhimoiset tavoitteet voidaan saavuttaa, tarvitaan useiden eri alojen tutkijoiden yhteistyötä. Tutkimuksessa yhdistyy muun muassa kantasoluosaaminen, biomateriaalien kehitys, mikro- ja nanoteknologioiden sekä sensoritekniikan tutkimus, biomallinnus ja -kuvantaminen.

– On hienoa päästä tekemään töitä yhdessä aivan eri alojen tutkijoiden kanssa. Esimerkiksi joskus olemme jääneet täällä pohtimaan, että tutkimuksessa eteenpäin pääsemiseksi tarvittaisiin tietynlainen laite. TTY:n tutkijat ovat siihen todenneet, että mepäs teemme sellaisen. Monet näistä ad hoc -tutkimuslaitteista ovat sittemmin kehittyneet paljon, Mari Pekkanen-Mattila sanoo.

– Monitieteisyys on todella innostavaa. Insinöörinä on hienoa päästä seuraamaan, kun sydänsolut sykkivät tai hermosolut lähettävät signaalejaan ja kommunikoivat yhdessä, solutason automaatiotekniikkaan perehtynyt Pasi Kallio kertoo.

Teksti: Sanna Kähkönen
Video: Valtteri Kamppinen ja Valtteri Pönkkä
Kuva: Valtteri Pönkkä

 
Kerro kaverille
Jos vaalit uniaikaasi, et ota
Jos vaalit uniaikaasi, et ota
2/2018
Jos vaalit uniaikaasi, et ota
Kokeessa kone kuulee tarkemmin kuin sinä
Kokeessa kone kuulee tarkemmin kuin sinä
2/2018
Kokeessa kone kuulee tarkemmin kuin sinä
Leikkaussalihenkilökunta altistuu haitallisille määrille pienhiukkasia
Leikkaussalihenkilökunta altistuu haitallisille määrille pienhiukkasia
2/2018
Leikkaussalihenkilökunta altistuu haitallisille määrille pienhiukkasia
TTY sijoittaa vastuullisesti
TTY sijoittaa vastuullisesti
2/2018
TTY sijoittaa vastuullisesti
Ihminen ratkaisee uudessa Tampereen yliopistossa
Ihminen ratkaisee uudessa Tampereen yliopistossa
2/2018
Ihminen ratkaisee uudessa Tampereen yliopistossa
Tietokone bakteerien sisälle
Tietokone bakteerien sisälle
2/2018
Tietokone bakteerien sisälle
Laitelahjoitus tukee lääketieteen tekniikan opetusta
Laitelahjoitus tukee lääketieteen tekniikan opetusta
2/2018
Laitelahjoitus tukee lääketieteen tekniikan opetusta
ALD-teknologialla tehdään huipputehokkaita aurinkokennoja
ALD-teknologialla tehdään huipputehokkaita aurinkokennoja
2/2018
ALD-teknologialla tehdään huipputehokkaita aurinkokennoja
Lisää laitteita, lisää dataa – ja kriittisiä tutkimusongelmia
Lisää laitteita, lisää dataa – ja kriittisiä tutkimusongelmia
2/2018
Lisää laitteita, lisää dataa – ja kriittisiä tutkimusongelmia
Aamun ensi ajatus: Let’s do it!
Aamun ensi ajatus: Let’s do it!
2/2018
Aamun ensi ajatus: Let’s do it!
Keitä professorimme ovat?
Keitä professorimme ovat?
2/2018
Keitä professorimme ovat?

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi