Timo Otonkosken laboratoriossa itää ratkaisun siemeniä

Timo Otonkoski on Helsingin yliopiston lääketieteellisen kantasolututkimuksen professori sekä kantasolujen ja metabolian tutkimusohjelman johtaja. Hänen tutkimusryhmänsä mallintaa geenivirheistä aiheutuvan diabeteksen syitä kantasolututkimuksen ja geenieditoinnin avulla.

– Etsimme vastauksia esimerkiksi siihen, miten beetasolujen geenivirheet johtavat eri diabetestyyppien kehittymiseen, Otonkoski selventää.

Kantasoluja tutkimalla päästään sairauksien solukohtaisten mekanismien jäljille, ja tautimallien avulla voidaan löytää ehkäisy- ja hoitokeinoja sairauksiin.

Keskeisessä roolissa Otonkosken tutkimustyössä ovat monikykyiset kantasolut eli niin sanotut iPS-solut. Verinäytteistä tai ihosta saatavat solut voidaan laboratoriossa ohjata erilaistumaan halutuiksi solutyypeiksi, kuten vaikkapa beeta-, hermo- ja lihassoluiksi.

– Ohjaamme iPS-solujen erilaistumista halutuiksi soluiksi tai kudoksiksi tarjoamalle niille sopivat kasvuolosuhteet, Otonkoski kuvaa.

Selkeän kysymyksen ratkaisu lähestyy

Otonkosken ryhmä on jo vuosia tutkinut sitä, miten kantasoluista voidaan erilaistaa insuliinia tuottavia beetasoluja. Insuliininpuutosdiabetes eli tyypin 1 diabetes tarjoaa Otonkosken mielestä houkuttelevan haasteen tutkimukselle.

– Se on suoraviivainen sairaus: insuliinintuotantokyky häviää ja insuliinia tuottavien solujen toiminta loppuu. Tällainen ongelma on rajattu ja ratkaistavissa.

Otonkoskella on kuitenkin yllättävä lähestymistapa diabetestutkimukseen.

– En yritä löytää parannuskeinoa tyypin 1 diabetekseen. Siihen liittyvää tutkimusta tehdään maailmalla isoin voimin, ja minun on mielekkäämpää keskittyä muuhun, kantasolututkimuksen huippuosaamisestaan myös kansainvälisiä tunnustuksia saanut Otonkoski sanoo.

Hänen tutkimusryhmänsä työ pureutuu silti nimenomaan diabeteksen ydinongelmaan eli insuliininpuutoksen korjaamiseen. Alkuvuodesta 2020 ryhmä saavutti merkittävän virstanpylvään.

– Kykenemme nyt tuottamaan soluja, joiden insuliinivaste sokerille on oikea eli ne toimivat samoin kuin terveen ihmisen haiman beetasolut, Otonkoski kiittää lahjakkaan ryhmänsä sinnikkyyttä.

Hänen mukaansa saavutus tarjoaa jännittävän mahdollisuuden: nyt ryhmän laboratoriossa Biomedicumissa voidaan alkaa luoda hoidollisia soluja.

– Potilaille koituvan hyötyyn on silti vielä pitkä matka. Hoidollisilla soluilla on maailmalla vasta onnistuttu korjaamaan hiirien diabetes, ja hiiret ovat olleet geneettisesti muokattuja, minkä ansiosta niiden elimistö ei ole hylkinyt siirrettyjä soluja, Otonkoski laittaa vielä jäitä hattuun.

Valmiina läpimurtoon

Monikykyisiin kantasoluihin perustuvia kokeellisia hoitoja tehdään jo ihmisilläkin ainakin Yhdysvalloissa, Kiinassa ja Japanissa.

Myös Otonkosken laboratoriossa on jo aloitettu hoitokokeita, mutta Otonkoski sanoo niiden olevan lähinnä varautumista tulevaan.

– Tavoitteeni on, että tietotaitomme on huippuunsa hiottu ja meillä on valmius aloittaa kliiniset kokeet ihmisillä myös Suomessa sitten, kun jossain päin maailmaa tehdään ne mahdollistava läpimurto.

Otonkoski uskoo, että tämä edistysaskel otetaan pian.

– Sitä seuraa hyvin nopean kehityksen vaihe, jossa minun laboratoriollani on kaikki edellytykset olla mukana.

Työtä on vielä paljon

Maailmalta kantautuneet hyvät uutiset kantasoluilla jo saavutetuista sairauksien hoitotuloksista ihmisillä perustuvat alkion kantasolulinjoihin, joita pidetään monikykyisiä kantasoluja turvallisempina.

Ennen kuin uudelleenohjelmoidut iPS-solut voivat tarjota ratkaisun sairauksien parantamiseen, on tutkijoiden ylitettävä ainakin kaksi suurta estettä.

– Vielä ei ole keksitty turvallista keinoa, jonka avulla ihmiskeho saadaan hyväksymään siirretyt solut. Elimistö hylkii niitä, ja ennen pitkää tyypin 1 diabeetikoiden elimistö tuhoaa siirretyt beetasolut, Otonkoski huomauttaa.

Solujen tuhoutuminen olisi nykytiedon varassa vältettävissä geneettisellä muokkauksella ja lääkehoidolla.

– Mutta ihmistä ei voi muokata geneettisesti, ja lääkkeelliseen hoitoon liittyy suuria riskejä. Kun tavoitteena on turvallinen hoito, joka soveltuu suurelle joukolle ihmisiä, ei esimerkiksi tyypin 1 diabetesta sairastaville voida antaa lääkehoitoa, joka olisi itse sairautta haitallisempi.

Hoidollisten solujen tiellä on muitakin mutkia.

– Ihmiskehoon istutetut hoidolliset solut tarvitsevat hyvän verisuonituksen säilyäkseen elossa. Lisäksi solujen pitää toimia odotetusti, vaikka niitä ei voitaisi siirtää elimellisesti oikeaan paikkaan, kuten esimerkiksi beetasoluja haimaan.

Biopankit mahdollistavat tutkimuksen

Monikykyisillä kantasoluilla Suomessa tehtävä tutkimus edistää eritoten geneettisten sairauksien ymmärtämistä ja lääkekehitystä.

Diabetestutkimuksen kannalta merkittävää on, että kantasolututkimuksella voidaan mallintaa kuinka genotyyppi vaikuttaa insuliinia erittävien solujen toimintaan.

– Hyvä esimerkki on vaikkapa tyypin 2 diabeteksen tutkimus. Sairastumiseen johtavia syitä on paljon, mutta iPS-soluihin perustuvan mallintamisen avulla voimme tutkia siihen myötävaikuttavia geenimutaatioita yksi kerrallaan.

– Jokapäiväistä työtä laboratoriossamme on tyypin 2 diabeetikoiden solunäytteissä olevien geenimutaatioiden korjaaminen sekä mutaatioiden tekeminen terveisiin soluihin ja solujen vertaileminen keskenään. Näin opimme ymmärtämään sairauden mekanismeja, Otonkoski kertoo.

iPS-solut voidaan ohjata erilaistumaan halutuiksi soluiksi riippumatta siitä, ovatko ne lähtöisin verinäytteistä vai ihosta. Sen sijaan sillä, keneltä alkuperäiset solut ovat peräisin, on merkitystä.

Jotta solujen yksilöllisen vaihtelun vaikutus voidaan tutkimuksessa häivyttää, tarvitaan soluja suurelta joukolta ihmisiä. Sen mahdollistavat biopankit.

– Biopankit ovat äärimmäisen arvokkaita geenivirheiden tutkimisessa. Kun tunnistamme biopankista anonyymejä ihmisryhmiä, joiden sairausalttiuden takana on sama monimutkainen genotyyppi, voimme tehdä heidän soluistaan iPS-soluja tutkimusta varten.

– Koska perinnöllisesti määräytyvät erot kantasolujen erilaistumisessa ovat suuria, edellyttää luotettavien tutkimushavaintojen tekeminen, että biopankkeihin saadaan lukuisten luovuttajien näytteitä, Otonkoski kannustaa biopankkisuostumusten tekoon.

Yksi tulevaisuuden ratkaisu sairauksien hoitoon voivat olla iPS-kantasolupankit, joista löytyisi kunkin potilaan kudostyyppiin sopivia hoidollisia soluja paitsi diabeteksen myös esimerkiksi silmänpohjan ikärappeuman, sydänsairauksien ja neurologisten sairauksien, kuten Parkinsonin taudin, hoitoon.

Yhteys potilaisiin tarvitaan

Biopankkiyhteistyö on tärkeä osa Otonkosken arkea FinnGen-tutkimushankkeen kautta, mutta tärkeää senioritutkijalle on myös työ diabeteslääkärinä; hän hoitaa tyypin 1 diabetesta sairastavia lapsia Uudessa lastensairaalassa Helsingissä.

– Lapsipotilaiden ja heidän vanhempiensa kohtaaminen on elävä ikkuna kliinisen hoidon kehitykseen. Viime vuosina on ollut erityisen hienoa nähdä, kuinka jatkuva sensorointi on nostanut hoidon tasoa.

Teknologian ja hoitovälineiden kehittyminen ei kuitenkaan ole Otonkosken mielestä valmis ratkaisu.

– En epäile hetkeäkään kumman tyypin 1 diabetesta sairastava lapsi tai hänen vanhempansa valitsisivat: keinohaiman vai diabeteksen parantavan soluhoidon. Vaikka keinohaimat kehittyvät, on niiden käyttö vaativaa.

Otonkoski toivoo tutkimustyön kiinnostavan myös uusia lääkärisukupolvia, jotta tutkimuksen yhteys potilaisiin säilyy. Hänestä on ollut hienoa nähdä, millaisia harppauksia lääketieteellinen tutkimus on viime vuosikymmeninä Suomessa ottanut.

– Ja vaikka 1990-luvulla heränneitä suuria toiveita kantasoluhoitojen mahdollisuuksista ei vielä ole voitu lunastaa, on kantasolututkimus ollut perustutkimuksen menestystarina, kaikenlaista liioittelua vierastava 64-vuotias Otonkoski toteaa.

Lue lisää:

Duodecim-aikakauskirja 14.12.2020: Tautimekanismien jäljille iPS-solujen ja biopankkien avulla(avautuu uuteen ikkunaan, siirryt toiseen palveluun)