Kiitos kaloista

    Lääke- ja tautimekanismien tutkimuksessa tarvitaan vielä eläviä organismeja, kuten seeprakaloja. Vaihtoehtoisia koemalleja kehitetään kuitenkin kiivaasti. Paras malli tulee lopulta ihmisestä.

    Tutkimuksessa mukana olevat seeprakalat asustelevat omassa huoneessaan vesitankeissa, joissa on noin 10 kalaa vesilitrassa. Kalat ruokitaan päivittäin ja niiden elinoloja tarkkaillaan jatkuvasti. Tutkimustoimenpiteitä varten kalat nukutetaan hiilidioksidilla.

     

     

    Jos halutaan mallintaa ihmistä, kannattaa käyttää ihmistä.

    Näin kiteyttää professori Tuula Heinonen tärkeimmän syyn sille, miksi hänen vetämänsä Finnish Centre for Alternative Methods (FICAM) kehittää eläinkokeille vaihtoehtoisia, ihmissoluihin perustuvia koemalleja muun muassa lääkekehityksen käyttöön. Toki muitakin syitä on. Kuten se, että eläinkoelaitokset ovat kalliita pyöritettäviä. Jo yksin laitosten ylläpito maksaa Suomessa arviolta 11–12 miljoonaa euroa vuodessa. Myös eläimet maksavat, yleensä sitä enemmän, mitä isommista eläimistä on kyse.

    Samaan aikaan eläinkoelaitosten kapasiteetti on rajallinen. Prosessit ovat hitaita eikä niitä voi automatisoida. Ihmistyövoima maksaa.

    Sitten ovat tietysti vielä eettiset syyt. Niiden painoarvo on kasvanut verrattain nopeasti.

    – Vielä 70 vuotta sitten ajateltiin, että eläimet eivät edes tunne kipua. Nyt tiedetään paremmin. Eläimillä myös ajatellaan olevan oma arvonsa eläiminä, eikä niitä enää mielellään nähdä testiorganismeina, Heinonen sanoo.

    Tärkein syy vaihtoehtoisten menetelmien kehittämiseen on Heinosen mukaan kuitenkin se, että eläinbiologia on erilainen kuin ihmisbiologia.

    – Emme ole 70-kiloisia rottia. Siksi eläinkokeet yksinkertaisesti pelittävät huonosti. Eläinkoemallit eivät vastaa ihmistä, puhuttiinpa sitten kemikaalien turvallisuuden tai lääkkeiden tehon testaamisesta.

    Heinosen mukaan esimerkiksi lääkekehityksen onnistumisprosentti on huonontunut sitä mukaa, mitä enemmän eläintautimalleja on kehitetty ja käytetty tehon ennustamiseen ihmisessä.

    – Onnistumisprosentti on tällä hetkellä noin kahdeksan. Se tarkoittaa, että loput 92 prosenttia ovat parhaimmillaan mainioita rottalääkkeitä, mutta eivät sovellu ihmisille. Samalla yhtä onnistunutta lääkekehitystä kohden palaa noin 1,5 miljardia euroa rahaa.

    Heinosen mukaan ongelma on siinä, että vaikka eläimille saadaan annettua ihmisen tautigeeni ja ihmisen taudin näköinen tauti, taudin vaikutukset ja reitit voivat olla eläimillä erilaisia kuin ihmisillä. Ja koska useimmat lääkeaineet vaikuttavat nimenomaan näihin reitteihin, eläimillä toimivat lääkkeet eivät välttämättä toimi samoin ihmisillä.

    – Niinpä hiirikokeissa saadaan tietää, mitä tapahtuu hiirelle. Mutta tapahtuuko sama ihmiselle, se on kyseenalaista. On toki olemassa myös eläintautimalleja, jotka ennustavat hyvin vaikutuksia ihmisessä. Tämä edellyttää, että eläimessä aiheutettu tauti on karakterisoitu ja sitä on verrattu ihmisen tautia vastaan myös mekanismitasolla ja siten varmistettu yhteensopivuus.

     

    FICAMin johtaja, professori Tuula Heinonen tarkistaa mikroskoopilla, miten solut ovat kasvaneet, ja joko ne ovat valmiita altistuskokeisiin.

     

     

    Heinosen vetämä FICAM etsii ratkaisua ihmissolu- ja kudosmalleista. Soluja saadaan sairaalasta esimerkiksi rasvaimujen sivutuotteena, ja niistä rikastetaan erilaisia solumalleja. Teknologiassa on päästy jo verrattain pitkälle. Aiemmin käytetyistä syöpäsolulinjoista ja yksisoluviljelmistä on edetty kolmiulotteisiin kudos- ja elinmalleihin, joissa on tarvittavia reittejä ja mekanismeja.

    Vaihtoehtoisia testimalleja on kehitetty muun muassa ihoallergiatestaukseen, jossa hiirikokeet on saatu korvattua kolmen kudostestin patterilla. FICAMin oma ensimmäinen rutiinitestituote mittaa verisuonen muodostumista ja sitä on käytetty muun muassa eräiden syöpä- ja silmälääkkeiden kehityksessä. Malli on saanut kiitettävästi huomiota.

    Määrällisesti malleja on kuitenkin vielä vähän. Heinonen on silti kehityksen suhteen optimistinen.

    – Kehitystyö on hidasta. Lisäksi se on luoteeltaan sellaista, että välivaiheista ei tule julkaisuja, vaan tutkimuksia julkaistaan vasta, kun ”talo” on valmis.  Osin tästä syystä rahoitus on ollut niukkaa, ja rahoittajat ovat tukeneet mieluummin varsinaisia mekanismitutkimuksia kuin keinoja mekanismien rakentamiseksi. Nyt tämä on kuitenkin muuttumassa. Viime aikoina solumallit ovat herättäneet yhä enemmän huomiota ja kiinnostusta.

    Eräänlainen kädenojennus tuli hiljattain, kun tasavallan presidentti Sauli Niinistö myönsi Heinoselle professorin arvonimen. Maa- ja metsätalousministeriö puolestaan on perustanut työryhmän, joka suunnittelee järjestelmällisen koulutuksen aloittamista vaihtoehtoisten mallien tutkimuskäytöstä. Koulutus on tarkoitus ainakin ensi vaiheessa toteuttaa Tampereella.

    Myös EU on linjannut, että eläinten käyttöä tulee vähentää tutkimuksessa ja opetuksessa, ja eläinkokeet tulee korvata eläinkokeettomilla menetelmillä heti, kun se on tieteellisin perustein mahdollista

    – Isoja tutkimusalueita kuitenkin puuttuu yhä. Esimerkiksi sikiövaarallisuustestaukset, joissa testataan, onko jokin kemikaali vaarallinen sikiölle, tehdään edelleen eläinkokein. Samoin systeemisen toksisuuden tutkimukset.

    Soluja kasvatetaan ravinneliuoksessa, jota vaihdetaan päivän, parin välein. FICAMissa sen perustamisesta saakka työskennellyt laborantti Paula Helpiölä vaihtaa liuoksen vuosien kokemuksella.

    Samaan aikaan kun Heinonen kumppaneineen kehittää vaihtoehtoisia koemalleja upouusissa laboratoriotiloissa Tampereen yliopiston uudessa Arvo-rakennuksessa, muutamaa kerrosta alempana uiskentelee tuhansia seeprakaloja. Niiden naapurissa asustaa vielä lukemattomampi määrä banaanikärpäsiä. Niillä tutkitaan geenien yhteyttä eri sairauksiin ja immunologiaan.

    Seeprakalatutkimuksissa etsitään muun muassa geenejä, jotka muokkaavat tuberkuloosialttiutta. Vaikka Suomessa tuberkuloosi on käynyt harvinaiseksi, maailmalla se on edelleen yleinen tauti. Maailman terveysjärjestö (WHO) on arvioinut, että joka kolmannella maapallon asukkaalla on piilevä tuberkuloositartunta. Tautiin sairastuu vuosittain noin 9 miljoonaa ihmistä.

    Tautia tutkitaan seeprakaloilla, koska tuberkuloosin immunologiassa olennainen tekijä on nimenomaan hankittu immuniteetti. Sellainen voi olla vain selkärankaisilla.

    – Ja seeprakala on alin selkärankaislaji, sanoo kokeellisen immunologian professori Mika Rämet.

    Rämetin oma tutkimuseläinsuosikki on kuitenkin kalojen naapuri, banaanikärpänen.

    – Se lisääntyy nopeasti ja sillä voi tehdä geneettisesti vaikka mitä. Lisäksi se on eettisesti huomattavasti kestävämpi valinta kuin vaikkapa hiiri.

     

    Banaaninkärpäsillä tutkitaan erilaisia geenimutaatioita ja niiden vaikutusta puolustuskykyyn. Kärpänen on hyvä koe-eläin, sillä sen sukupolvisykli on nopea, joten mutaation vaikutukset perimässä ja esimerkiksi puolustuskyvyssä nähdään nopeasti. Lisäksi kärpäsen ja ihmisen genomit muistuttavat toisiaan.

    Banaanikärpäsellä on mallinnettu perinnöllisyyttä 1900-luvun alusta asti. Kärpänen sopii etenkin erilaisten mutaatioiden tutkimiseen. Sen sukupolvisykli on noin kaksi viikkoa, joten mutaation vaikutukset perimässä ja esimerkiksi puolustuskyvyssä nähdään nopeasti. Lisäksi kärpäsen ja ihmisen genomit muistuttavat toisiaan yllättävän paljon. Kärpäsellä ja ihmisellä on geenejä suunnilleen sama määrä, ja noin puolet geeneistä ovat molemmilla lajeilla samoja. Ihmisen tautigeenistä noin kolmeen neljästä löytyy vastingeeni kärpäseltä.

    kokeellisen immunologian professori Mika Rämet ei usko, että eläinmalleja pystyttäisiin ainakaan täysin korvaamaan vaihtoehtoisilla malleilla vielä lähivuosikymmeninä.

    Rämet ei usko, että eläinmalleja pystyttäisiin ainakaan täysin korvaamaan vaihtoehtoisilla malleilla vielä lähivuosikymmeninä. Toistaiseksi hän näkee vaihtoehtoiset koemallit käyttökelpoisimpina alustavissa kokeissa.

    – Siinä kehitytään koko ajan ja kokeet pystytään tekemään yhä paremmin. Mutta ainakaan lähiaikoina on hankalaa nähdä, että esimerkiksi lääkekehityksessä hypättäisiin suoraan solumallista antamaan lääkkeitä ihmisille. Lisäksi moniin kysymyksenasetteluihin tarvitaan kokonainen malliorganismi. Solu tai edes kudos ei riitä, vaan esimerkiksi infektioiden tutkimisessa olennaista on eri kudosten välinen viestintä. Sitä ei ainakaan vielä pystytä toteuttamaan soluviljelymallissa. Paljon saa siis vettä virrata ennen kuin solu- ja kudosmallit korvaavat täysin elävät organismit.

    Rämet ei kuitenkaan sano, etteikö tähän joskus voitaisi päästä.

    – Olen itsekin vähän puunhalaajatyyppiä, ja eläinten hyvinvointi on minulle tärkeää. En silti menetä yöuniani banaanikärpästen takia, vaikka ne ovatkin ihan vinhoja ja mielenkiintoisia eliöitä.

    Hän pitääkin olennaisena ensi alkuun pyristellä eroon nisäkkäiden ja selkärankaisten käytöstä koe-eläiminä.

    – Eläinkokeiden periaatteena tulee olla, että tutkimuksessa käytetään aina neurologialtaan ja keskushermostoltaan mahdollisimman kehittymättömiä lajeja. Ei siis niin, että käytetään hiiriä, koska niitä on aina käytetty. Sen sijaan, että eläinkokeet ylipäätään nähtäisiin mustavalkoisena kyllä-ei -kysymyksenä, pitäisi koko ajan pyrkiä siihen, että kokeita tehtäisiin yhä vähemmän apinoilla, koirilla tai hiirillä, ja koe-eläinskaalaa saataisiin siirtymään vähemmän kehittyneisiin lajeihin, kuten sukkulamatoihin, joilla ei ole ollenkaan keskushermostoa.

    Ennen jokaista tutkimusta tulee myös harkita, tarvitaanko eläimiä ylipäätään.

    Ja jos tarvitaan, eläimiä tulee kohdella niin hyvin kuin mahdollista. Se tarkoittaa elinolosuhteiden optimointia sekä sitä, että kokeet tehdään mahdollisimman kivuttomasti. Kokeellisen immunologian tutkimuksissa sekä kalat että kärpäset nukutetaan silloin, kun niitä käsitellään. Muina aikoina huolehditaan oikeanlaisesta ravinnon saannista ja esimerkiksi sopivasta lämpötilasta.

    Banaaninkärpäsillä tutkitaan erilaisia geenimutaatioita ja niiden vaikutusta puolustuskykyyn. Ennen käsittelyä kärpäset nukutetaan kostealla hiilidioksidilla, jota erittyy alustasta.

    Iso osa tiedeyhteisöstä on Rämetin kanssa samoilla linjoilla siinä, että eläinkokeita tarvitaan yhä. Vaihtoehtoisiin malleihin suhtaudutaan arastellen.

    – Etenkin tautimallinnuksessa totuus on edelleen yhtä kuin eläinkokeet. Monet tiedejulkaisut vaativat tutkimukselta eläinkoevarmistuksen, Tuula Heinonen sanoo.

    Soluviljelykokeiden rooli nähdään lähinnä alustavana testauksena. Esimerkiksi tautimekanismit tutkitaan kyllä soluviljelmissä, mutta tämän jälkeen ne vielä varmistetaan eläinkokeissa. Useimmiten käytäntöä perustellaan juuri sillä, että toisin kuin solumalleissa, eläinkokeissa voidaan tarkastella koko organismia ja sen fysiologiaa.

    Heinosen mukaan koko organismin mallinnus on kuitenkin mahdollinen myös solumalleissa.

    – Kokeet voidaan tehdä elin-, mekanismi- ja kudoskohtaisesti. Tämän jälkeen nämä tulokset voidaan yhdistää matemaattisella mallinnuksella. Näin saadaan selville koko eliön vaikutukset. Tapa tutkia on muuttumassa biologis-fysiologisten muutosten havainnoinnista havaintoihin biokemiallisissa prosesseissa.

    Heinosen mukaan näin voidaan päästä käsiksi myös immunologian kannalta kriittisiin mekanismeihin.

    – Uskomme ja toivomme, että ainakin suurin osa eläinkokeista voidaan korvata. Myös tahtoa tähän on. Kuten sanottua, jos halutaan tutkia tautia ihmisessä, paras tapa on kuvata tautia nimenomaan ihmisessä.

    Mika Rämet on periaatteessa samaa mieltä.

    – On totta, että ihminen ei ole 70-kiloinen rotta eikä myöskään 70-kiloinen kärpänen. Eli suoraan eläintuloksia ei voi ihmisiin soveltaa. Paljon voi silti oppia kärpäsistäkin.

     

    Teksti Hanna Hyvärinen

    Kuvat Jonne Renvall