Laserbioprinttaus voi palauttaa näön potilaalle

Julkaistu 4.6.2018 - 15:14
Laura Koivusalo/ Kuva: Jonne Renvall
Laura Koivusalo käyttää tutkimuksessaan laseria hyödyntävää 3D-tulostusta mallintamaan silmän sarveiskalvon aluetta.

Biomateriaalien ja 3D-tulostuksen avulla luoduilla rakenteilla voidaan parantaa sarveiskalvon vaurioita

Teksti: Jaakko Kinnunen
Kuvat: Jonne Renvall

Tampereen yliopistossa on tehty maailmanlaajuisesti ainutlaatuinen tutkimus, jossa on hyödynnetty kantasolujen laserbioprinttausta sarveiskalvoa jäljittelevän rakenteen luomiseksi.

Laseria hyödyntävä 3D-tulostus sopii erinomaisesti juuri silmän sarveiskalvon alueen mallintamiseen.

– Menetelmässä on paljon hyötyjä. Saamme tehtyä tarkoin määriteltyjä rakenteita suurella resoluutiolla ja solutiheydellä. Menetelmä on myös hyvin hellävarainen herkille kantasoluille, väitöskirjatutkija Laura Koivusalo kertoo.

Tutkimuksessa bioprintattiin sarveiskalvon epiteeli- eli pintasolukerroksia, sarveiskalvon strooma- eli tukikerroksia sekä myös rakenteita, joissa oli mukana molemmat alueet.

Laserbioprinttauksessa käytetään biomusteita, eli eräänlaisia hydrogeelejä. Kun mustetta printataan pieni kerros kerrallaan, muste jähmettyy haluttuun muotoon. Kantasolut sekoitetaan musteeseen, ja valmis rakenne printataan musteesta tietokonemallin mukaan.

Sarveiskalvon vaurioituminen
voi johtaa sokeutumiseen

Sarveiskalvon vauriot aiheuttavat monenlaisia ongelmia, joista vakavin on sokeutuminen. Monesti taustalla on traumaperäisiä vaurioita, esimerkiksi kemikaalien tai palovammojen jäljiltä.  Lisäksi on olemassa geneettisiä sairauksia, joiden takia henkilöllä ei ole limbaalisia kantasoluja. Sarveiskalvon vaurioista johtuva sokeutuminen koskettaa vuosittain miljoonia ihmisiä maailmanlaajuisesti.

Sian sarveiskalvo/ Kuva: Jonne Renvall
Tietokoneen ruudulla näkyy värjätty kudosleike sian sarveiskalvosta, jossa 3D-printattua stroomarakennetta on viljelty viikon verran. Ruskeat ovat ihmisen soluja (rasvan kantasoluja), joiden kiinnittymistä sarveiskalvon stroomaan sormi osoittaa.

 

Perinteinen sarveiskalvon siirto luovuttajalta ei auta potilaita, joiden sarveiskalvo on kärsinyt pahoja vaurioita, koska limbaaliset kantasolut eivät selviä siirrosta hengissä. Limbuksen epiteelin kantasolut sijaitsevat sarveiskalvon reunoilla epiteelin tyvikalvossa. Jos tämä alue vaurioituu pahasti, kantasolutuotanto voi loppua kokonaan.

– Jos kantasoluja ei enää ole, verisuonisto tunkeutuu silmän päälle, joka aiheuttaa osittaisen tai täyden sokeutumisen. Monesti limbaalisten kantasolujen lisäksi tarvitaan kuitenkin myös stroomasiirre. On olemassa jo hoitomuoto, jossa potilaan omia limbaalisia kantasoluja voidaan siirtää vaurioituneelle sarveiskalvolle, mutta tällöin lisäksi tarvitaan usein luovuttajalta saatava sarveiskalvosiirre tukikudoksen korjaamiseksi, Koivusalo toteaa.

3D-mallin muoto ja
solutiheys ovat tärkeitä

Tutkimuksessa käytettiin kahdenlaisia kantasoluja. Limbaalisia kantasoluja saadaan tuotettua ihmisen erittäin monikykyisistä kantasoluista, esimerkiksi alkion kantasoluista. Menetelmä on kehitetty Tampereen yliopistossa. Nämä kantasolut uusivat sarveiskalvon epiteelikerrosta eli päällyskerrosta. Lisäksi tutkimuksessa hyödynnettiin rasvan kantasoluja, joita tarvitaan tapauksissa, joissa vaurio on levinnyt laajemmalla silmän tukikerroksen eli strooman alueelle. Rasvan kantasolut myös lievittävät kudoksen tulehdusta ja estävät verisuonten muodostumista sarveiskalvossa.

Jotta laserbioprinttauksella tuotettu malli olisi toimiva, sen täytyy vastata solutiheydeltään ja rakenteeltaan normaalia sarveiskalvoa.

Tutkimuksen aikana tuotetut 3D-mallit kiinnitettiin sian sarveiskalvolle, ja seitsemän päivää myöhemmin 3D-rakennelma osoitti merkkejä vuorovaikutuksesta isäntäkudoksen kanssa. Lisäksi ihmisestä peräisin olevia soluja löydettiin sian stroomakudoksesta, mikä näyttäisi osoittavan mahdollista solujen siirtymistä 3D-mallista elävään kudokseen.

Anni Sorkio, LotharKoch, Laura Koivusalo, Andrea Deiwick, Susanna Miettinen,  Boris Chichkov, Heli Skottman: Human stem cell based corneal tissue mimicking structures using laser-assisted 3D bioprinting and functional bioinks