Biotulostin Tampereen yliopiston laboratoriossa on ahkerassa käytössä, kun tutkijat testaavat tulostamista elävillä soluilla. Ihmisten varaosien printtaamisesta on tulossa kuuma aihe sekä Suomessa että maailmalla.
Suomessa on viime keväästä lähtien rakennettu verkostoa lääketieteellisen 3D-tulostamisen ympärille. Tarkoituksena on yhdistää tutkimusryhmien ja yritysten voimia teknologian kehittämiseksi ja bioprinttauksen viemiseksi potilaiden hoitotyöhön asti.
Biotulostamisessa ihmisille voidaan valmistaa eläviä soluja sisältäviä varaosia ja niiden tukimateriaaleja. Eri arvioiden mukaan liikkeelle lähdetään ihon, ruston ja sarveiskalvojen tulostamisesta, mutta tulevaisuudessa varaosat voivat olla kokonaisia elimiä.
Tampereen yliopiston lääketiedettä, biologiaa ja tekniikkaa yhdistävässä BioMediTech-instituutissa on jo printattu kokonainen leukaluun malli yhteistyössä norjalaisen Bergenin yliopiston kanssa. Tampereella on tulostettu myös ensimmäisenä maailmassa osia ihmisen sarveiskalvosta.
Biotulostus on kuuma aihe, summaa solu- ja kudosteknologian professori Susanna Miettinen Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnasta.
– Meillä Tampereen yliopistossakin on jo useita tutkimusryhmiä, jotka tarkastelevat esimerkiksi sitä, miten sydänlihas- ja hermosoluja saadaan tulostettua.
Miettinen itse johtaa aikuisen kantasolujen ryhmää, joka keskittyy muun muassa luukudosteknologiaan sekä verisuonten muodostamiseen.
Lue myös: Hammaskalustoa korjaillaan yhä useammin 3D-tulostimen avulla
Verkosto kasvaa
Lääketieteellistä 3D-tulostusta voi käyttää paitsi ihmisen synteettisten tai eläviä soluja sisältävien varaosien printtaamiseen, myös esimerkiksi solu- ja kudosmallien valmistamiseen tutkimusta ja hoidon suunnittelua sekä lääkekehitystä varten.
Rakenteilla oleva yhteistyöverkosto kerää lääketieteelliseen 3D-tulostukseen liittyviä toimijoita kuten korkeakouluja, tutkimuslaitoksia ja yrityksiä. Mukana on jo satakunta osallistujaa. Alan yhteistyötä on tarkoitus laajentaa kansainväliseksi, kerrotaan verkostoa Tampereen yliopiston kanssa rakentavasta innovaatioyhtiöstä Ideascoutista. Yliopisto on saanut hankkeelle rahoitusta Suomen Akatemialta.
Tutkijat toivovat verkoston yrityksiltä esimerkiksi uusia ratkaisuja bioprinttauksen tukimateriaaleihin ja tulostusteknologiaan aivan printtereiden suuttimista alkaen.
– Tarvitsemme optimaaliset puitteet solujen tulostukseen. Solut ovat välillä vähän herkkähipiäisiä, eivätkä niille kelpaa mitkä tahansa olosuhteet, Miettinen sanoo.
Lue myös: Ratkaisu jopa miljoonille sokeille? Tiedemiehet onnistuivat 3D-tulostamaan silmän sarveiskalvon
Implantteja printataan jo
Biotulostamisen näkymät ovat huikeat, sillä ihmisten varaosien tarve lisääntyy väestöjen ikääntyessä. Esimerkiksi sarveiskalvoista on kova pula, sillä luovuttajia ei ole riittävästi.
– Tieteiselokuvassa Fifth Element naispäähenkilö Leeloo printattiin eläväksi. Bioprinttaus ei nykyisin tällaiseen yllä, mutta kudosten tulostaminen alkaa olla jo olla tätä päivää, kertoo tutkija Miina Björninen BioMediTechistä.
Eri biomateriaalien printtaus siis onnistuu laboratorioissa jo nyt, mutta niiden käyttöä hoitotyössä pitää vielä odotella. Esimerkiksi ihoa on printattu tiettävästi vain eläinmallien avulla, mutta jotkut ulkomaiset yritykset ovat etenemässä kliinisiin ihmisellä tehtäviin kokeisiin asti. Tulostettua ihoa voitaisiin käyttää muun muassa palovammojen ja haavojen hoidossa.
Miettisen arvion mukaan biosiirrännäisten saaminen hoitotyöhön voi silti viedä hyvinkin vuosikymmenen. Vielä tarvitaan tutkimusta ja teknologian kehittämistä. Lisäksi testivaiheet ja myyntilupien saaminen ottavat aikaa.
Hoitotyössä käytetään kuitenkin jo 3D-printattuja elottomia rakenteita, kuten titaanisia implantteja. Sen sijaan bioprinttauksessa on mukana myös eläviä soluja ja solujen tukimateriaaleja kuten hyytelömäisiä hydrogeelejä. Biosiirre voidaan printata suoraan tarvittavaan muotoon.
– Siirteeseen voidaan myös lisätä soluja myöhemmin tai sijoittaa se sellaisenaan kehoon, minkä jälkeen paikalle vaeltaa soluja rakentamaan esimerkiksi uutta luuta.
Lue myös: Harvinainen 12-tuntinen operaatio: 5-vuotiaalle luusyöpäpotilaalle tehtiin uusi leuka pohjeluusta – "Kasvain poistettiin samalla, kun minä olin jalan kimpussa"
Metallimuottia ei tarvita
Biotulostuksessa käytetään luuytimen kantasoluja tai esimerkiksi rasvakudoksesta erilaistettuja kantasoluja. Solumassaa kasvatetaan maljassa ja yhdistetään tukimateriaaliin.
– Tietokoneelle annetaan ohje printata kolmiulotteinen kappale, joka tulostuu kerros kerrokselta. Kun teknologia kehittyy, mukaan voidaan printata myös verisuonitusta.
Biotulostuksella voidaan yksinkertaistaa aiemmin kehitettyjä luupuutosten hoitomenetelmiä, joissa on käytetty metallisia istutteita elävien solujen kanssa. Niitä on valmistettu kasvattamalla ensin soluja, yhdistämällä ne sitten biomateriaaliin ja laittamalla seos titaanimuottiin, millä annetaan siirteelle oikea muoto.
Siirrettä on voitu kypsyttää kuukausikaupalla potilaan vatsalihaksessa, kunnes se on ollut valmis laitettavaksi esimerkiksi puuttuvan leukaluun paikalle. Titaaniverkot ovat jääneet potilaan sisälle.
– Bioprinttauksen avulla voidaan tuottaa rakenteeltaan valmiimpi siirrännäinen potilaan mittojen mukaan. Siirrännäisen voi kiinnittää vaurioalueelle elimistössä ja yhdistää siihen verisuonia, Miettinen kertoo.
Björninen maalaa myös kiehtovaa tulevaisuudenkuvaa, jossa kirurgi printtaa leikkauksen yhteydessä biokynällä soluja ja tukiainetta suoraan vauriokohtaan.
Lue myös: Vanhus tarvitsi uuden leuan, joten se printattiin hänelle
2:03
Terveysteknologia on Suomen kasvualoja. Alan tuotekehitystä vauhdittavat tiivis yhteistyö yliopistojen ja sairaaloiden kanssa sekä isot panostukset tuotekehitykseen.