Vaihtoehtomenetelmä apurahat

Juliana von Wendtin säätiö on myöntänyt vuoden 2024 apurahan varhaisvaiheen nivelrikon tutkimukseen. Apurahansaaja, tutkijatohtori Arjen Gebraad kehittää yksilöllistä in vitro-kudosmallia ihmisperäisestä rustokudoksesta Biolääketieteellisen spektroskopian laboratoriossa Itä-Suomen yliopistossa.

Nivelrikko on vammauttava sairaus, jolle on ominaista krooninen tulehdus ja nivelruston rappeutuminen nivelkudoksissa. Nivelrikko koskettaa monia, etenkin vanhoja ihmisiä. Tauti on myös yleisempi naisilla. Nivelrikko aiheuttaa kipua ja liikkumisen vaikeutumista yhä useammalle, kun väestö vanhenee.

Nivelrikkoon ei ole löydetty parannuskeinoa, ja käytössä olevat hoitovaihtoehdot keskittyvät oireiden hallintaan. Nivelrikon syntymekanismi tunnetaan huonosti. Nivelrikon eläinmallit eivät vastaa ihmisen nivelrikkoa ja voivat siksi johtaa tutkijoita harhaan. Nivelruston tai nivelkalvon kerääminen ihmisiltä on haastavaa, sillä nivelen käsittely voi vaarantaa potilaan terveyttä. Ihmisen nivelkudosta saadaan tutkimuskäyttöön oikeastaan vain tekonivelleikkausten yhteydessä. Mutta tällöin nivelrikko on jo kehittynyt pitkälle eivätkä näytteet tarjoa tietoa taudin varhaisvaiheista.

Nivelrikon tutkimiseen on kehitetty monia eläinmalleja ainakin kahdeksalletoista eri lajille. Näihin kuuluu eläimiä, joilla on luonnostaan esiintyvää nivelrikkoa, mutta monissa tapauksissa nivelrikko aiheutetaan eläimille joko kemiallisesti tai kirurgisesti. Koska suurempien eläinten nivelet muistuttavat anatomisesti enemmän ihmisen niveliä, ruston korjaushoitojen viranomaishyväksyntää varten vaaditaan yleensä tutkimuksia suurilla eläinlajeilla. Nivelrikon tutkimuksessa käytettäviin eläinlajeihin kuuluvat lehmät, siat, vuohet ja jopa koirat ja kädelliset lajit.

Tämän hankkeen tavoitteena on siirtyä pois eläinmallien käyttöön perustuvasta nivelrikon tutkimuksesta ja kehittää ihmissoluihin perustuva vaihtoehto. Koska nivelruston tai nivelkalvon näytteitä on käytännössä mahdotonta saada nivelrikon varhaisvaiheesta, tutkimusryhmä tuottaa ihmisen rustokudosta laboratoriossa itse. Hanke tuottaa realistisia in vitro -malleja ihmisen rustokudoksesta. Malleja voidaan hyödyntää lääkkeiden seulonta-alustoina nivelrikon yksilöllistä hoitoa kehitettäessä. Apuraha on suuruudeltaan 15000 euroa.

Lisätietoja: tutkija FT Arjen Gebraad, agebraad@uef.fi

Tehokkaampia ja turvallisempia lääkkeitä eläinkokeita edistyneemmillä menetelmillä

Uudet lääkkeet testataan koe-eläimillä ennen ihmisillä tehtäviä kokeita. Kuitenkin vain alle 10 % eläinkokeet läpäisseistä lääkeaineista läpäisee myös ihmiskokeet ja hyväksytään lääkekäyttöön. Suurin osa eläimille sopivista lääkeaineista ei siis ole ihmisille tehokkaita tai turvallisia. Sen lisäksi, että lääkeainetestien tulosten sovellettavuus ihmiseen on ongelmallista, eläinkokeet, ovat eettisesti ongelmallisia, kalliita ja hitaita. EU- ja valtiotasolla tutkimusta ohjataan edistyneempien menetelmien käyttöönottoon.

Tampereen yliopiston tutkija Maria Koivisto on kehittänyt väitöskirjatyössään eläinkokeetonta menetelmää, jolla voidaan testata lääkeaineiden haittavaikutuksia ihmisen sydämen toimintaan. Sykkivä ihmisen sydänkudosmalli jäljittelee aikuisen sydänkudosta verisuonistoineen. Hankkeessa kehitettiin myös kudosmallin sydänsolujen sykintävoiman mittaukseen soveltuva pietsosähköinen anturi, jolla voidaan testata lääkeaineiden vaikutuksia sydänkudoksen sykintävoimaan.

Juliana von Wendtin säätiö tieteen edistämiseksi ilman eläinkokeita on myöntänyt DI Maria Koivistolle 10 000 € sekä Tampereen yliopiston maisteriopiskelija Ella Lampelalle 4500 € apurahan.

Lampela selvittää soluviljelmissä yleisesti käytettävien vasikan ja hevosen seerumien korvaamista ei-eläinperäisillä vaihtoehdoilla. Lampelan vertailevan tutkimuksen tavoitteena on mahdollistaa erityisesti ihmisen lihassolumallin kasvattaminen ilman eläinperäisiä elatusaineita.

Suomessa käytettiin 332 224 selkärankaista eläintä tieteellisessä tutkimuksessa vuonna 2020. Näistä 119 986 eläimelle tehtiin kipua aiheuttavia toimenpiteitä. 212 258 käytettiin muilla tavoin, esimerkiksi kudosten keräämiseksi eläimistä, joille ei tehty muita toimenpiteitä ennen lopettamista. Maailmassa käytettiin arviolta vähintään 192 miljoonaa koe-eläintä jo vuonna 2015. Globaalien eläinkoemarkkinoiden arvo oli noin 10 miljardia dollaria vuonna 2019. Vaihtoehtoisten menetelmien markkina-arvo oli noin miljardi dollaria, mutta kasvuennuste suurempi kuin eläinkoemarkkinoilla.

Juliana von Wendtin säätiö perustettiin 50 vuotta sitten edistämään eläinkokeita korvaavien tutkimusmenetelmien kehitystä ja käyttöä ihmisten ja eläinten yhteiseksi hyväksi. Säätiö on myöntänyt juhla-apurahan solubiologian tohtori Hanna Vuorenpäälle eläinystävällisten vasta-aineiden tutkimukseen ja niiden valmistusmenetelmän tunnettavuuden lisäämiseen. Eläinystävällisen valmistustekniikan kehittäjä palkittiin Nobelin palkinnolla vuonna 2018.

Maailman vasta-ainemarkkinoiden arvo oli 109 miljardia euroa vuonna 2020. Yksistään Euroopassa käytettiin jo ennen koronapandemian alkua miljoona elävää eläintä vuosittain vasta-aineiden tuotannossa. Koronavirustutkimus moninkertaistaa vasta-aineiden tarpeen. Eläinten käyttö ei kuitenkaan ole välttämätöntä tai tieteellisesti perusteltua: vaihtoehtoisilla menetelmillä valmistetut vasta-aineet ovat eläinperäisiä tarkempia ja luotettavampia. EU ohjaa jäsenvaltioita siirtymään ilman eläimiä tuotettaviin vasta-aineisiin.

Vasta-aineita tarvitaan sairauksien diagnostiikan ja hoidon lisäksi perustutkimuksessa. Vuorenpää työskentelee Tampereen yliopiston huippuyksikössä, joka kehittää edistynyttä monikudosmallia lääketieteelliseen tutkimukseen. Apurahalla toteutettava tutkimus mahdollistaa eläinystävällisten vasta-aineiden käyttöönoton tutkimuskeskuksessa. Tulokset julkaistaan myös maailmnlaajuisesti kaikkien tutkijoiden vapaasti saataville. Apuraha oli suuruudeltaan 14 000 euroa.

Laura Honkamäki sai Juliana von Wendtin säätiön apurahan kolmiulotteisen hermosolumallin luomiseen aksonivaurioiden tutkimiseksi.

Rappeuttavat neurologiset sairaudet ja aivoja tai selkäydintä vaurioittavat onnettomuudet koskettavat monia potilaita. Näiden sairauksien eläinkoemallinnus tuottaa aivo- tai selkäydin vaurion, aistien menetystä tai halvaantumista useimmiten hiirille tai rotille.

Eläinkokeet eivät vastaa täysin ihmiskehon mekanismeja ja eläinten käyttäminen on kallista. Vaurioiden solumallinnus auttaa ymmärtämään, miten näitä sairauksia voitaisiin tulevaisuudessa hoitaa.

Tässä tutkimuksessa käytetään ihmisperäisiä kantasoluista erilaistettuja hermosoluja. Hermokudoksen aksonit eli viejähaarakkeet muodostavat samaan suuntaan kulkevia kimppuja. Hankkeessa pyritään kehittämään menetelmiä, joilla ohjataan solujen kasvua kolmiulotteisessa tukirakenteessa. Tutkimuksissa selvitetään nanokuitujen sähkökehruun, 3D biotulostuksen, sähkökentän tai laseriin perustuvan fotolitografian mahdollisuuksia aksonimallinnuksessa. Tutkimus on monitieteinen yhdistelmä biologiaa ja insinööritieteitä.

DI Laura Honkamäen väitöskirjatyö valmistuu Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnassa. Apuraha on 12 000 euron suuruinen.

Juliana von Wendtin säätiön apurahan sai FM väitöskirjatutkija Veera Hautanen vaihtoehtomenetelmäkeskus FICAMista, Tampereen yliopistosta. Apuraha myönnettiin eläinkokeita korvaavan verisuonimallin muokkaamiseen sellaiseksi, että se soveltuu ennustamaan syöpäriskiä.

Perimälle myrkyttömät karsinogeenit aiheuttavat syöpää esimerkiksi lisäämällä verisuonitusta. Verisuonituksen kehittyminen on avaintekijä syövän synnyssä, sillä se mahdollistaa ravinteiden kulkeutumisen syöpäkasvaimeen ja edistää etäpesäkkeiden muodostumista. Monet käytössä olevat syöpälääkkeet estävätkin verisuonten syntyä.

Kaikkien kemikaalien syöpäriskiä on tärkeää selvittää. Syöpää aiheuttavien aineiden riskin arviointiin on tällä hetkellä käytössä kaksivuotinen rotilla tehtävä eläinkoe, mutta tämä koe ei välttämättä ennusta riskiä ihmisessä. Eläimettömän testin kehitys on tärkeää, jotta saadaan tarkempaa tietoa syöpäriskistä ja voidaan välttää aikaa vievä eläinkoe.

FICAM vaihtoehtomenetelmäkeskus eläinkokeille kehittää ihmissolupohjaisia solu- ja kudosmalleja korvaamaan eläinkokeita ja käytettäväksi myrkyllisyyden tutkimisessa, lääkekehityksessä ja biolääketieteellisessä tutkimuksessa. FICAM on kehittänyt ja validoinut ihmissolupohjaisen verisuonimallin, jota käyttäen voidaan selvittää estääkö tutkittava kemikaali verisuonten syntymistä. Tällä testillä voidaan kuvata sikiöaikaisen verisuonen syntymisen estymistä. Työssä pyritään jatkokehittämään malli, joka mittaa kemikaalien aikaansaamaa verisuonten syntyä. Mallilla voisi tulevaisuudessa mitata kemikaalien haitallisuutta, joka ei välity genomin kautta ja korvata osaltaan rotilla tehtävää karsinogeenisyyskoetta. Hanke sai 10 000 euron rahoituksen. Työ käynnistää verisuonimallin kehittämisen ei-genotoksisen syöpävaarallisuuden eläinkokeetonta arvioimista varten.

Syöpätautien tutkimukseen soveltuvan solumallin kehittämiseen suunnattu apuraha myönnettiin FM tutkija Outi Huttalalle. Huttala työskentelee Tampereen yliopiston lääketieteen ja biotieteiden tiedekunnassa toimivassa vaihtoehtomenetelmäkeskus FICAMissa.

Uusia syöpälääkkeitä tutkittaessa käytetään yleisesti eläinkokeita, joissa esimerkiksi hiiriin saatetaan istuttaa ihmisen syöpäsoluja kasvaimia muodostamaan. Kuitenkaan hiiren elimistö ei vastaa ihmistä ja siksi hiirillä saadut hoitotulokset voivat olla harhaanjohtavia. Kaikista tutkituista lääkeaine-ehdokkaista huomattava osa on osoittautunut haitallisiksi tai tehottomiksi eläinkokeissa. Lisäksi osa ihmisille tehokkaista lääkekandidaateista voi jäädä löytämättä eläinkokeissa, jolloin niistä ei koskaan saada hyötyä potilaille. Siksi on tärkeää pystyä tarkemmin valitsemaan lupaavimmat lääkeaine-ehdokkaat ilman eläinkokeita.

Nyt kehitettävässä mallissa syöpäsoluviljelmään yhdistetään ihmissoluista tehty verisuonitus, jolloin solujen välinen vuorovaikutus saadaan vastaamaan ihmiselimistöä. Perinteisesti solumallien solut viljellään suoraan muovin päällä, jolloin ongelmana on ollut, että ne eivät saa luonnollisia signaaleja kasvualustastaan. Hankkeessa luodaan syöpäkudosta mallintava yhdistelmäviljelmä, jonka ominaisuuksia vertaillaan ihmiskudokseen, jotta kudosmalli soveltuisi ihmisen lääkevaikutusten tutkimiseen. Tulevaisuudessa malliin on helppo yhdistää myös FICAMissa kehitteillä oleva maksan toimintaa jäljittelevä solumalli, jolloin voitaisiin samalla kertaa arvioida myös lääkeaineiden myrkkyvaikutuksia. Osana hanketta Huttala osallistuu kudosteknologia alan TERMIS-kongressiin, Kiotossa, Japanissa. Huttalan tutkimusta tuettiin 14 000 eurolla.

Juliana von Wendtin säätiö myönsi apurahaa epilepsian tutkimukseen soveltuvan solumallin kehittämiseen ja eläinlääketieteen opetuseläinkokeiden korvaamiseen.

Apuraha epilepsian mallintamiseen myönnettiin tamperelaisen BioMediTech-instituutin tutkijatohtori Anssi Pelkoselle. Pelkosen tavoitteena on ihmisen kantasoluja ja sähköfysiologian mittaustekniikkaa hyödyntämällä tutkia toiminnallisia hermoverkkoja. Aivojen erilaisista solutyypeistä muodostettua viljelmää voidaan stimuloida lääkeaineilla (esimerkiksi GABA-estäjä bikukulliinilla) ja tämän jälkeen mitata hermosolujen sähköistä aktiivisuutta, joka kuvastaa epileptistä kohtausta.

Epileptisten kohtausten aiheuttaminen on koe-eläimille tuskallista ja niiden elämänlaatua heikentävää. Eläinkokeissa jyrsijöiden aivoja voidaan vahingoittaa kemiallisilla tai mekaanisilla menetelmillä, jotta hiiret tai rotat saisivat epileptisiä kohtauksia. Epilepsiaan liittyviä eläinkokeita tehdään Suomessakin. On selvää, että epilepsian tutkimiseen tarvitaan parempia, eläinvapaita malleja, jotka kuvaavat ihmisen aivojen toimintaa tarkemmin ja mahdollistavat tehokkaamman lääkekehityksen. Onnistuessaan Pelkosen hanke mahdollistaa epileptisen aktiivisuuden mallintamisen entistä paremmin ihmisperäisillä soluilla, mikä vähentää koe-eläinten tarvetta epilepsialääkkeiden seulonnassa ja testauksessa, sekä myös muussa hermoverkkojen tutkimuksessa.

Professori Mari Heinonen sai apurahan kliinisen eläinlääketieteen opetuseläinkokeiden vähentämiseen tähtäävän luonnollisenkokoisen sikanuken hankintaan. Sikamallin avulla tulevat eläinlääkärit voivat harjoitella kliinisen tutkimuksen tekemistä ja verinäytteen ottoa ennen elävien eläinten tutkimuksia. Vaikka lainsäädäntö kieltää eläinkokeiden tekemisen, jos korvaava menetelmä on olemassa, ei ole itsestään selvää, että oppilaitoksilla ja yliopistoilla olisi riittävät varat opetusmateriaalin hankintaan. Heinosen tavoitteena on kerätä yliopiston ulkopuolinen rahoitus yli 30 000 euron hintaiseen sikamalliin. Malli on kestävä ja sitä voidaan hyödyntää opetuksessa pitkälle tulevaisuuteen. Sikamallin hankintaa tuettiin 2 000 eurolla ja epilepsiamallia 13 000 eurolla.

Juliana von Wendtin säätiö myönsi vuoden 2016 apurahan Marika Mannerströmille ihmissolupohjaisen testimenetelmän kehittämiseen. FL Marika Mannerström työskentelee Tampereen yliopiston FICAM –keskuksessa, jossa kehitetään vaihtoehtoisia tutkimusmenetelmiä eläinkokeille.

Suun kautta kehoon tulevat aineet kuten lääkkeet, ruoan lisäaineet ja torjunta-ainejäämät prosessoidaan maksassa ennen niiden jakautumista elimistöön. Maksan hajotustyön seurauksena turvallinenkin aine voi muuntua ihmiselle vaaralliseen muotoon. Tällaiset hajoamistuotteet ovat tärkein syy lääkkeiden aiheuttamiin haittavaikutuksiin, ja sen vuoksi ne on syytä tuntea.

Maksametaboliatestin puute on merkittävä este in vitro toksisuustestien laajemmalle hyväksynnälle. Viranomaiset vaativat edelleen eläinkokeita lääkemetaboliittien selvittämiseksi, vaikka maksan toiminta eroaa ihmisen ja eläinten välillä. Tutkimuksen tavoitteena on kehittää ihmisen soluihin perustuva testi, jonka avulla maksan toiminnan vaikutus kyetään ennakoimaan.

Hankkeen lopullisena tavoitteena on saada validoitu ja viranomaisten hyväksymä testimenetelmä osaksi in vitro testimenetelmäpatteristoa, jolla kemikaalien ja niiden metaboliittien toksisuus voitaisiin selvittää riittävästi jo varhaisessa tuotekehitysvaiheessa ja ilman eläinkokeita. Valittu lähestymistapa ei edellytä hajoamistuotteiden tunnistamista, jotta niiden myrkyllisyyttä voidaan selvittää.

Tutkimus suoritetaan Suomen vaihtoehtomenetelmä keskuksessa FICAMissä, Tampereella. FICAM kehittää, optimoi ja validoi ihmissolujen käyttöön perustuvia kudos- ja elinmalleja. Mannerströmille myönnetty apuraha on suuruudeltaan 13 000 euroa.

Keskushermoston sairaudet, kuten MS-tauti, ovat yleisimpiä invalidisoivia sairauksia aikuisissa. Taudin kehittyessä myeliinin tuhoutuminen johtaa tiedonkulun pysähtymiseen aivoista ja selkäytimestä muualle kehoon. Myeliini on hermosolujen viejähaarakkeita ympäröivä rakenne, joka toimii eristekerroksena ja parantaa sähköistä tiedonkulkua.

MS-taudissa immuunijärjestelmä vaurioittaa myeliiniä. Nykyiset hoitomuodot vaikuttavat pääasiassa tulehdusta hillitsevästi ja sitä kautta estävä hermoston rappeutumista. Tämänhetkinen tieto myeliinin vauriomekanismeista on vajavaista. Samoin lisää tutkimusta tarvitaan liittyen kantasoluhoitojen mahdollisuuksiin. In vitro solumallit ovat merkittävä työkalu myelinisaation ja siihen liittyvien sairauksien tutkimisessa.

Koe-eläinten käytön eettisten ongelmien lisäksi MS‐taudin tutkimisessa käytettävät eläinmallit eivät vastaa riittävästi ihmisen sairautta. Lisäksi eläinkokeiden tekeminen neurotieteissä on varsin kallista ja suhteellisen hidasta toimintaa. Lääkekehityksen puolella on myös pula in vitro malleista, joilla voidaan suorittaa lakisääteiset testaukset eläinkokeiden määrää vähentäen.

Menestyksekäs tutkimusryhmä Tampereen yliopistolla on kehittänyt usean vuodenajan ihmissolupohjaista in vitro mallia, jossa myelinisaation tapahtuminen olisi helppo todentaa. Kyseinen malli edustaa uudenlaista lähestymistapaa myelinisaation mallintamiseen ja siihen liittyvien sairausmallien kehittämiseen.

Tutkimuksen tavoitteena on parantaa myelinisaatiomallia, jotta se soveltuisi MS-taudin tutkimiseen. Säätiön nyt rahoittama tutkimus tähtää siihen, että myelinisaation ja MS‐taudin tutkimisessa sekä lääkekehityksessä käytettäviä eläinkokeita voitaisiin korvata kehitettävän solumallin avulla. Lisäksi ihmissolujen käytöllä mallissa pyritään saamaan tutkimustietoa, jota voidaan paremmin soveltaa nimenomaan ihmisen sairauden mekanismeihin.

Tutkimus on innovatiivinen ja poikkitieteellinen yhdistäen tekniikoita eri tieteen aloilta. Tutkimuksen odotetaan tuottavan uudenlaisen, moneen käyttötarkoitukseen soveltuvan in vitro myelinisaatiomallin. Mervi Ristolalle myönnetty apuraha on suuruudeltaan 10 000 euroa. Tutkimus tehdään Dos. Susanna Narkilahden Neuroryhmässä Tampereen yliopistossa, Biolääketieteellisen teknologian instituutissa (BioMediTech).