Soluviljely on tarjonnut lääketieteelle keinon tutkia lääkkeitä turvallisesti ja luotettavasti laboratorioissa ennen niiden testaamista ihmisillä. Nykyään viljeltyjen kantasolujen avulla voidaan jopa kasvattaa tutkimuskäyttöön yksinkertaisia minielimiä. Ensimmäinen kuolematon solulinja, HeLa-solut, täytti vuonna 2021 jo 70 vuotta. 
 

Vuonna 1951 baltimorelainen perheenäiti Henrietta Lacks hakeutui lääkäriin John Hopkins-sairaalaan, jossa hänellä diagnosoitiin kohdunkaulansyöpä. Lacks menehtyi syöpään myöhemmin samana vuonna, mutta hoidon aikana hänen syöpäkasvaimestaan otettiin soluja, jotka jatkoivat elämäänsä laboratoriossa. 

Syöpätutkija George Otto Gey oli jo vuosia yrittänyt kasvattaa potilaiden syöpäsoluja laboratoriossa, mutta yritykset olivat epäonnistuneet solujen kuoltua nopeasti. Henrietta Lacksin solujen kohdalla tilanne kuitenkin muuttui. Solut eivät kuolleet, vaan ne kasvoivat ja jakautuivat. Näin sai alkunsa ensimmäinen kuolematon solulinja. Se nimettiin Lacksin mukaan HeLa-soluiksi.[1]

Tämä kaikki tapahtui kuitenkin edesmenneen Lacksin ja hänen perheensä tietämättä. Lacksin hoitojen aikaan oli tavallista, että potilailta ei kysytty lupaa solujen käyttämiseen tutkimuksissa. Nykyään potilaiden solujen käyttöä tutkimuksessa säädellään tiukin standardein, joihin kuuluvat esimerkiksi potilaan suostumus ja eettisen toimikunnan hyväksyntä.

HeLa-solujen lisäksi tutkijoilla on nykyään käytössä yli 4 000 erilaista solulinjaa[2], joista voidaan valita jokaiseen tarkoitukseen ja tutkimusprojektiin parhaiten sopiva, esimerkiksi tautityypin ja solulinjan ominaisuuksien perusteella. Tähän päivään mennessä pelkästään HeLa-soluja on käytetty kymmenissä tuhansissa tutkimuksissa ympäri maailmaa, ja niillä on ollut merkittävä rooli esimerkiksi poliorokotteen kehittämisessä.[3] Solulinjojen lisäksi tutkijat ovat 1990-luvulta lähtien osanneet kasvattaa kantasoluja, jotka pystyvät erilaistumaan minkä tahansa kudoksen soluiksi.[4]

Lääketeollisuudessa solulinjoja käytetään yleisesti lääketutkimuksen prekliinisessä vaiheessa eli mahdollisten lääkeaihioiden ensimmäisissä testeissä, joissa tutkitaan ensisijaisesti lääkkeiden turvallisuutta ja niiden vaikutuksia solujen jakautumiseen ja selviytymiseen. Soluja voidaan myös tartuttaa taudinaiheuttajilla, kuten viruksilla, mikä mahdollistaa viruslääkkeiden tutkimuksen. 

Soluviljely käytännössä
 

Soluviljelyllä tarkoitetaan solujen kasvattamista lasi- tai muovipullossa viljelyaineessa, joka jäljittelee ihmisruumiin sisäistä ympäristöä. Kasvatus tapahtuu lämpökaapeissa, jotka on säädetty ruumiinlämpöisiksi. Perinteisesti soluja on kasvatettu viljelyastian pohjalla yksisoluisena kerroksena, ikään kuin yhden solun paksuisena mattona, niin kutsuttuna kaksiulotteisena eli 2D-viljelynä.

Ihmisruumiissa solut kuitenkin kasvavat kolmiulotteisesti erilaisissa kudoksissa, joten viime aikoina soluja on kasvatettu yhä enemmän 3D-viljelyissä, joissa pyritään paremmin matkimaan olosuhteita elimistössä. 3D-viljelyssä solut pystyvät olemaan vuorovaikutuksessa toisiinsa ja soluväliaineeseen, jolloin niiden toiminta vastaa paremmin kudoksissa tapahtuvaa. Tämä parantaa tutkimustulosten luotettavuutta ja kliinistä vastaavuutta ihmisiin. 3D-viljelymallien avulla lääkeaineiden tehoa ja turvallisuutta voidaan testata tarkemmin ja tehottomat, vahingolliset ja toksiset eli myrkylliset aineet voidaan karsia luotettavammin jo varhaisessa vaiheessa, mikä voi vähentää myös eläinkokeiden tarvetta. 

IPS-solut ja organoidit mullistivat soluviljelyn

Alun perin kantasoluviljelmiin tarvittiin alkion kantasoluja, mikä herätti eettistä keskustelua kantasolujen käyttöön liittyen. Läpimurto tapahtui vuonna 2006, kun japanilainen tutkija Shinya Yamanaka kollegoineen osoitti, että hiiren erilaistuneita soluja on mahdollista palauttaa kantasoluiksi, eli niin kutsutuiksi iPS-soluiksi (indusoidut pluripotentit solut).[5] IPS-soluja voidaan nykyään tuottaa esimerkiksi potilaan iho- tai verisoluista ja ohjata erilaistumaan haluttuun suuntaan. Tämä merkittävä keksintö, josta myönnettiin myös lääketieteen ja fysiologian Nobel-palkinto vuonna 2012, on mahdollistanut periaatteessa jokaisen potilaan solujen viljelyn tutkimus- ja hoitokäyttöön ja esimerkiksi uusien hoitomahdollisuuksien kehittämisen perinnöllisiin sairauksiin.[4]

Toinen suuri mullistus soluviljelyssä koettiin myös 2000-luvun alussa, jolloin kehitettiin niin kutsutut organoidiviljelmät. Organoidit ovat biologisissa geeleissä kasvatettuja soluryppäitä, joissa esiintyy ihmiskudoksille tyypillisiä rakenteita ja toimintoja.[6] 

Käytännössä organoidit ovat siis yksinkertaistettuja minielimiä. Vuonna 2009 Utrechtin yliopiston tutkijat kasvattivat suolen kantasoluista kolmiuloitteisessa organoidiviljelmässä minisuolen.[7] Nykyään organoidimenetelmällä pystytään kasvattamaan mitä erilaisimpia kudoksia aina minihaimoista silmän kudoksiin ja jopa pieniin aivoihin.[8] Organoiditeknologiaa hyödyntämällä voidaan entistä paremmin arvioida lääkkeiden tehoa ja turvallisuutta sekä lääkkeen imeytymistä ja elimistöstä poistumista. 

Viimeisten 70 vuoden aikana solulinjat ja soluviljelymenetelmät ovat olleet keskeinen osa useita tieteellisiä ja lääketieteellisiä läpimurtoja. Kehittyneempien viljelymenetelmien ja iPS-solujen myötä solujen merkitys lääkekehityksessä korostuu entisestään tulevaisuudessa. Organoidien avulla voidaan esimerkiksi muokata jokaiselle potilaalle yksilöllinen hoito tai mahdollisesti kehittää elinsiirtoihin soveltuvia kudoksia.[9] IPS-menetelmä taas tarjoaa mahdollisuuden räätälöidä jokaiselle potilaalle hänen omista soluistaan erilaistetut hoitoon tarvittavat solut. Eivätkä soluviljelyn mullistukset varmaankaan lopu tähän. Uudet menetelmät ja edistysaskeleet luovat lukemattomia mahdollisuuksia soluviljelyn hyödyntämiselle tulevaisuuden lääketutkimuksessa ja -kehityksessä.

Lähteet:

1. John Hopkins Medicine, the Legacy of Henrietta Lacks. https://www.hopkinsmedicine.org/henriettalacks/index.html. Vierailtu 9.12.2021.
2. ATCC (American Type Culture Collection), https://www.atcc.org/cell-products. Vierailtu 9.12.2021.
3. Barnes Katharine, Culturing poliovirus in cells, Nature Portfolio, 28.9.2020. 
4. Weltner et al. Indusoidut pluripotentit kantasolut lääketieteellisessä tutkimuksessa. Duodecim 2014;130(8):785-92. 
5. Takahashi ja Yamanaka. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006 Aug 25;126(4):663-76. 
6. Munne et al. Kuinka pitää syöpä hengissä? Duodecim 2018;134:784–92. 
7. Sato et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature, 2009 May 14;459(7244):262-5. 
8. Willyard et al. The boom in mini stomachs, brains, breasts, kidneys and more. Nature 2015;523:520–2.
9. Xu et al. Organoid technology in disease modelling, drug development, personalized treatment and regeneration medicine. Exp Hematol Oncol. 2018; 7: 30.