Uutiset

Uudenlainen menetelmä soluviljelyyn antaa tietoa syövän biomekaniikasta

Tutkijoiden kehittämän uuden teknologian avulla voidaan paitsi havainnoida solutason mekaniikkaa soluviljelmissä, myös mallintaa syövän leviämisestä kertovaa syöpäsolujen liikettä kasvaimesta ympäröivään kudokseen.
Tutkimuslaitteistoa ja muovihansikkaisiin puetut kädet.
Kuva: Joonas Lehtovaara / Aalto-yliopisto

Syöpälääkkeiden kehittäminen on kallista ja hidasta sekä samalla usein tehotonta: yli 95 prosenttia seulotuista syöpälääkevaihtoehdoista paljastuu potilaskokeissa toimimattomiksi. Aalto-yliopiston tutkijaryhmä on nyt kehittänyt 3D-soluviljelyyn uudenlaisen teknologian, jolla etsitään keinoja parantaa kemoterapialääkekandidaattien seulonnan tarkkuutta soluihin vaikuttavan mikromekaniikan eli solutason ominaisuuksien avulla.

Tutkijat ovat saaneet kilpailtua apurahaa hankkeen toteuttamiseen. Ryhmää vetää Juho Pokki, jolla on taustallaan vuosien kokemus Aalto-yliopiston lisäksi Stanfordin ja ETH Zürichin yliopistoista.

Kuusi tutkimusryhmän jäsentä kuvassa.
Juho Pokki (oikealla) sekä tutkimusryhmän jäsenet (takarivissä vasemmalta) Ossi Arasalo, Väinö Mäntylä, Linda Srbova sekä (eturivissä) Arttu Lehtonen ja Mari Kielosto. Kuva: Joonas Lehtovaara / Aalto-yliopisto

Syöpäsolujen leviämistä on tutkittu laboratorioissa pitkään 2D-soluviljelmissä, joissa syöpäsolut kasvavat litteinä maljan pinnalla. 3D-soluviljelmissä syöpäsolut taas voidaan kasvattaa kudosmateriaalissa, jolloin syöpäsolujen käyttäytyminen kuvastaa paremmin niiden toimintaa ihmisen elimistössä.

3D-soluviljelmissä pystytäänkin tutkimaan kasvainten elottoman kudosmateriaalin eli soluväliaineen biomekaanisia ominaisuuksia, jotka säätelevät sekä syövän etenemistä että lääkkeiden tehoa. Syöpäkudosten soluväliaine on biomekaniikaltaan kompleksista – ja heterogeenistä eli varsin vaihtelevaa. Tutkimusryhmän työ on uraauurtavaa, sillä nykyiset teknologiat eivät ole pystyneet ottamaan riittävästi huomioon soluväliaineen vaihtelua 3D-soluviljelmien näytteiden välillä eivätkä saman näytteen sisällä.

”Kykymme mitata biomekaniikkaa solutasolla mahdollistaa heterogeenisyysongelman ratkaisemisen. Tarkoituksemme on kartoittaa 3D-soluviljelmän kuhunkin soluun tai soluryppääseen kohdistuvat mekaaniset ominaisuudet ja yhdistää ne solujen liikkeeseen ja muuhun käyttäytymiseen. Tässä siis hyväksytään todellinen kudosmateriaalin vaihtelu, mutta otetaan se huomioon”, Pokki selittää.

Syöpäsolujen kyky liikkua soluväliaineessa on syövän leviämisen taustalla

Yleiset syöpätyypit, rintasyöpä, eturauhassyöpä sekä suolistosyöpä, tappavat Euroopan unionissa yli 300 000 ihmistä vuosittain. Pokin tutkimusryhmä keskittyy tutkimuksessaan etenkin rintasyöpään, joka on naisten yleisin syöpämuoto maailmassa. Suomessa siihen sairastuu vuosittain noin 5 000 naista.

Tutkimustaan varten Pokki ryhmineen on kehittänyt uudenlaisen, mikroskooppiin yhdistettävän laitteiston 3D-soluviljelyyn. Tämän teknologian sekä aikasarja-analyysin avulla voidaan samanaikaisesti kartoittaa solukokoluokan biomekaniikkaa sekä syöpäsolujen liikettä soluväliaineessa, mikä kuvaa syövän leviämistä.

”Syövän edetessä syöpäsolut liikkuvat tarttumalla soluväliaineeseen ja hyödyntämällä sen biomekaanisia ominaisuuksia: tämä liike ulos kasvaimesta on keskeinen syövän etenemisen mittari. Tätä tietoa on voitu hyödyntää varsin vähän merkittävyyteensä nähden, koska aiemmat laitteistot ovat mitanneet näitä ominaisuuksia rajoitetusti”, Pokki sanoo. Hänen mukaansa tärkeä esimerkki soluväliaineen biomekaniikasta on jäykkyys, jolla kuvataan, paljonko aine venyy tai puristuu voiman vaikutuksesta. Soluväliaineen jäykkyys säätelee syövän kehityksessä pahanlaatuisten solujen käyttäytymistä, ja myös lääkeresistenssiä, eli tässä tapauksessa kemoterapialääkkeen tehottomuutta syöpäsoluja vastaan.

Havainnekuva syöpäsolujen leviämisestä ympäröivään kudokseen.
Havainnekuva: Leviävässä rintasyövässä syöpäsolut liikkuvat kasvaimesta ympäröivään kudokseen ja voivat päästä sieltä edelleen verisuonistoon. Kuva: Pokki Lab

Soluväliaine on eräänlainen älymateriaali, jossa liikkuvat syöpäsolut kokevat vauhdistaan riippuen eri jäykkyysarvoja. Ryhmän kehittämällä teknologialla on tarkoitus muunnella soluväliainetta kontrolloidusti 3D-soluviljelmiin sekä ottaa huomioon solutason mekaaniset ja rakenteelliset ominaisuudet kasvainkudoksessa ja näin mitata myös paikalliset jäykkyysvaihtelut. Jäykkyyden on viimeaikaisissa tutkimuksissa havaittu säätelevän lääkeresistenssiä, joten laitteistoa on mahdollista hyödyntää juuri syöpäsolujen lääkevasteiden tutkimukseen.

Soluviljelyteknologiat tärkeitä lääkeresistenssin torjunnassa

Pitkän ajan tavoite tutkimuksessa on tehostaa merkittävästi kemoterapiassa käytettävien syöpälääkkeiden seulontaa. Tähänastinen tutkimus on selvittänyt niitä mekanismeja, joilla mahdollisimman paljon heikennetään syöpäsolujen elinkelpoisuutta ja kasvua kudoksessa. Sen sijaan tietoa solujen liikkeestä soluväliaineessa ei samalla tavalla ole tutkittu ja hyödynnetty lääkekehityksessä, koska tarkoitukseen ei ole ollut aiemmin saatavilla 3D-soluviljelyteknologiaa.

”Lisäksi kemoterapian jälkeen kudokseen voi jäädä jäännössyöpäsoluja, jotka lähtevät liikkeelle, aiheuttaen uusiutuvan syövän. Kun pyrimme tutkimuksessamme kontrolloimaan soluväliaineen ominaisuuksia, joita syöpäsolut hyödyntävät liikkuessaan, aiomme tutkia myös, miten nämä jäännössyöpäsolut saadaan pysäytettyä”, Pokki sanoo.

Lisätietoja:

Tutkija Juho Pokki 
[email protected]
puh. 050 327 7999

Lue lisää:

Havainnekuva rintasyöpäsoluista mikroskoopissa

Rintasyöpäsolu leviää tekemällä kudosmateriaaliin käytäviä – uusi mittausmenetelmä paljasti hämmästyttävän tiedon solun käyttämistä voimista

Mittaukset osoittivat, että solu tuottaa voimasykäyksiä paljon lyhyemmissä sykleissä kuin aiemmin on ajateltu. Aalto-yliopiston ja Stanfordin yliopiston kehittämä mittausmenetelmä voi auttaa rintasyöpätutkimusta ja vauhdittaa lääkkeiden kehitystä.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Kuva: Tima Miroschnichenko, Pexels.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkimus: Matalan hierarkian organisaatioissa isoja periaatekysymyksiäkin ratkotaan porukalla Slackissa

Aalto-yliopiston alumni, vieraileva tutkijatohtori Lauri Pietinalho New Yorkin yliopiston Sternin kauppakorkeakoulusta ja Aalto-yliopiston apulaisprofessori Frank Martela selvittivät tuoreessa tutkimuksessa, miten matalan hierarkian organisaatiot käsittelevät yhteisiä toimintaperiaatteita vastakkainasettelutilanteissa ja miten auktoriteetti niissä toimii.
bakteereja ohjataan magneettikentän avulla
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Fyysikot saivat bakteerit uimaan lähes täydellisissä riveissä

Bakteerien ohjaaminen onnistui magneettikentän avulla. Löytö auttaa ymmärtämään bakteeripopulaatioiden käyttäytymistä ja voi jatkossa auttaa esimerkiksi kehittämään uuden sukupolven materiaaleja, joista kaavaillaan apua muun muassa lääkkeiden kohdennettuun kuljettamiseen kehon sisällä.
2020 rajanylitykset pohjoismaissa
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat loivat ainutlaatuisen ennustemallin kuvaamaan pandemian leviämistä maiden rajojen yli

Pohjoismainen yhteishanke pureutui koronaviruksen leviämiseen vuonna 2020. Tutkimuksen avulla voidaan jatkossa ennakoida paremmin, milloin ja mitkä matkustusrajoitukset ovat pandemiaolosuhteissa tarkoituksenmukaisia.
Joukko ihmisiä kävelee Lehmuskujaa pitkin kesällä
Yhteistyö, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Vahva kokonaistulos: Suomen Akatemialta 27,5 miljoonaa euroa tutkimukseen

Akatemiatutkija- ja akatemiahankerahoituksen sai yhteensä 52 aaltolaista. Aalto-yliopistolle myönnetty rahoitus on kokonaisuudessaan 27,5 miljoonaa euroa.