Ihmisen varaosia? Soluja voidaan pian ohjelmoida erilaisiksi kudoksiksi

Shinya Yamanaka, Kioton yliopiston kantasolututkija ja Millennium-palkittu. Kuva Aki-Pekka Sinikoski.

Mitä jos vaurioituneen elimen tai kudoksen voisi korvata niin, että varaosa tuotettaisiin potilaan omista soluista? Pystyyhän sisiliskokin kasvattamaan itselleen uuden hännän.

Lähes jokaisessa ihmisen solussa on kaikki tarvittavat geenit minkä tahansa solutyypin, kudoksen ja elimen kasvattamiseksi. Erikoistuessaan solut kuitenkin menettävät kykynsä toimia missään muussa roolissa. Ihosolussa on kyllä maksasolunkin geenit, mutta ne on sammutettu pysyvästi. Kerran ihosolu, aina ihosolu.

Kantasoluiksi kutsutaan soluja, joilla on kyky erilaistua eri solutyypeiksi. Kun tutkijat oppivat vuonna 1998 käsittelemään kantasolulinjoja laboratoriossa, kaiken piti periaatteessa olla mahdollista. Mitä tahansa soluja voisi kasvattaa potilaan mitä tahansa tarvetta varten.

Valtaviin lupauksiin liittyi kuitenkin kaksi ongelmaa.

Ensinnäkin miksi tahansa solutyypeiksi erikoistuvia kantasoluja sai aluksi vain alkioista. Hedelmällisyysklinikoiden ylijäämäalkioiden käyttäminen lääketieteellisiin tarkoituksiin ei ole kovin suuri eettinen ongelma maallistuneille pohjoiseurooppalaisille. Yhdysvaltain uskonnolliselle oikeistolle alkiokantasolujen käyttö on kuitenkin ollut aborttiin verrattava asia. Alkio, josta kohtuun sijoitettuna voisi periaatteessa kasvaa ihmisyksilö, tuhoutuu kantasolututkimuksessa.

Presidentti George W. Bush lopetti alkiokantasoluja käyttävältä tutkimukselta liittovaltion rahoituksen heti virkakautensa alussa. Barack Obama palautti rahoituksen.

Toinen kantasolujen ongelma liittyy ihmisen taipumukseen hylkiä vieraita soluja ja kudoksia. Periaatteessa ongelma ratkeaisi kloonaamalla alkio potilaan omasta ihosolusta.

Eteläkorealainen Hwang Woo-suk väitti vuonna 2004 onnistuneensa sekä kloonaamaan ihmisalkion että eristämään alkiorakkulasta kantasoluja. Mikään muu laboratorio ei pystynyt toistamaan Hwangin koetta. Pari vuotta myöhemmin kansallissankariksi kohonnut Hwang paljastui huijariksi.

”Nollaus” onnistui

Entäpä jos erikoistuneen solun voisi uudelleenohjelmoida kantasoluksi?

Kioton yliopiston tutkija Shinya Yamanaka onnistui vuonna 2006 peruuttamaan tai ”nollaamaan” hiiren sidekudoksen solun erikoistumisen. Yamanaka pystyi näin tuottamaan kantasoluja, joita voi edelleen erilaistaa haluttuun suuntaan.

Yamanakan tulos pystyttiin toistamaan, ja jo seuraavana vuonna se onnistui ihmisen ihosoluilla. Menetelmässä siirretään nollattavaan soluun geenejä, joiden tuottamat proteiinit purkavat solun erikoistumisen. Solun kaikki geenit voi taas kytkeä päälle.

Yamanaka sai tällä viikolla Millennium-palkinnon tästä vallankumouksellisesta innovaatiostaan.

Uudelleenohjelmoitujen solujen edellytyksenä on solun normaalien dna-korjausmekanismien vaimentuminen, mikä altistaa solut dna-vaurioille. Siksi uudelleenohjelmoidut solut voivat olla myös syöpäriski.

Geenit voi siirtää uudelleenohjelmoitavaan soluun retroviruksen mukana. Soluja voi nollata myös niin, ettei niiden perimää muokata pysyvästi. Kantasoluja voi tuottaa jopa kokonaan ilman geenejä siirtämällä pelkkiä proteiineja. Menetelmät kehittyvät yhä turvallisemmiksi.

Yksi vaihtoehto olisi ohittaa kokonaan kantasoluvaihe ja ohjelmoida soluja suoraan yhdestä tyypistä toiseen.

Kantasolujen siirtäminen potilaaseen edellyttää, että menetelmän turvallisuudesta voi olla varma. Kantasoluista jalostetuilla soluilla ja kudoksilla voi kuitenkin jo nyt turvallisesti testata esimerkiksi lääkeaineen yksilöllisiä sivuvaikutuksia potilaalle.

Kantasoluja joka lähtöön

Kantasolulla on ”ikuinen elämä”: sillä on kyky jakautua loputtomasti ja muodostaa erilaisia kudostyyppejä. Kantasolu jakautuu niin, että toisesta tytärsolusta tulee erilaistuva solu ja toinen pysyy kantasoluna.

Alkiokantasolu voi olla totipotentti tai pluripotentti. Totipotentti kantasolu voi erilaistua miksi tahansa eliön kudostyypiksi. Pluripotentista voi muodostua mitä tahansa kudoksia paitsi istukan ja sikiökalvojen kudoksia.

Aikuisen kantasolut ovat multipotentteja, eli ne voivat muodostaa erilaisia solutyyppejä tietyn kategorian sisällä. Esimerkiksi luuytimen kantasolut ovat tällaisia.
Osa aikuisen kantasoluista on unipotentteja, ja ne kykenevät muodostamaan vain yhdentyyppisiä soluja.

Tutkija Shinya Yamanakan kehittämät uudelleenohjelmoidut kantasolut ovat pluripotentteja, eli niistä saa kaikkia kudoksia mitä erilaisiin hoitoihin voikaan tarvita.