Sydänlihassolun syövereissä

Tutkija, tohtorikoulutettava Risto-Pekka Pölönen tekee tutkimustaan laboratorio-olosuhteissa iPS-soluista (engl. Induced pluripotent stem cells) erilaistetuilla sydänlihassoluilla. Itse iPS-solu on kantasolu ja esiaste, josta saadaan erilaistettua eri solutyyppejä, kuten hermo- tai sydänsoluja.

Pölösen tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten erilaiset geenivirheet vaikuttavat CPVT-taudin eli katekoliaminergisen monimuotoisen kammiotakykardian hoitoon. Se on harvinainen ja vakava tauti, joka ilmenee fyysisessä rasituksessa kammiolisälyönteinä ja voi aiheuttaa äkkikuolemia. Tautiin sairastumisalttiuteen vaikuttaa merkittävästi perintötekijät. Pölönen tutkii suomalaisia CPVT-geenivirheiden kantajia professori Katriina Aalto-Setälän johtamassa tutkimusryhmässä Tampereen yliopistossa.

Tutkimuksessa käytetään useita CPVT-potilaiden soluista iPS-teknologialla valmistettuja sydänsoluja, joissa on sama geenivirhe kuin tautia sairastavilla potilailla. Tutkimuslaboratoriossa Pölönen testaa ja vertaa kahta toisistaan eroavaa rytmihäiriölääkettä CPVT-sydänsoluilla. Etukäteentutkimuksessa odotettiin merkittävämpää eroa näiden lääkkeiden tehossa solujen hoitoon, mutta sitä ei ole vielä havaittu.

Tutkittavat kantasolulinjat kestävät hyvin säilytystä pakkasessa. Yleensä tutkimusryhmä valmistaa useamman solulinjan potilaasta, koska iPS-solun muokkaaminen sydänsoluksi ei aina täysin onnistu. Jos odottamattomia haasteita ilmenee, niin varalla on tutkittavan potilaan toinen solulinja. Lisäksi mukana on terveiden potilaiden kontrollisolulinja.

Haasteita esiintyy jokaisessa soluviljelylaboratoriossa. Solulinjat ja -viljelmät eivät aina odottamattomista syistä kasva odotusten mukaisesti. Solut saattavat välillä oikutella monista erilaisista syistä: Käytettävien reagenssien laatu voi vaihdella, soluviljelykaapit voivat vuotaa taipäästä kuivumaan, jolloin kasvuolosuhteet muuttuvat. Edellä mainituista syistä johtuen voi aiheutua jopa solukuolemaa. Kun solujen viabiliteetti eli solujen elinkyky vaihtelee, niin ne toimivat eri tavalla kuin niiden pitäisi.

Kestää noin kaksi viikkoa ennen kuin iPS-soluista saadaan erilaistettua sykkiviä sydänsoluja. Jos itse iPS-solulinjoissa havaitaan virheitä, niin näiden solulinjojen uudelleen valmistamiseen kuluu vähintään pari kuukautta. Joskus käy niin, että jokin tutkimuslaitteisto voi hajota, laite ei ole kunnossa tai sen kalibrointi on virheellinen kun pitäisi tehdä mittauksia tutkittavista soluista. Nämä asiat voivat aiheuttaa suunnitelmiin muutoksia ja viivästyttää tutkimuksen aikataulua.

Solulinjojen perusteellinen tutkiminen vie paljon aikaa. Tulosten saamiseksi Pölösen pitää käytännössä aina tutkia suurempi määrä soluja kuin mitä lopullisissa tutkimustuloksissa esitetään, sillä solut eivät aina toimi todellisuudessa oletusten mukaisesti. Nollatulos tai epäonnistunut nauhoitus ovat osa Pölösen tiiviin tutkimustyön arkea.

Nykyään on olemassa hyvin tarkkoja kameroita ja tekniikkaa, joilla voidaan havainnoida yksittäisiä soluja kasvatusalustalta ja tallentaa niistä kuvia ja videoita. Mikroskopiaa käytetään paljon solujen visualisoimisessa, tutkimisessa ja havainnoinnissa. Päämenetelmänä Pölösen työssä on kalsiumkuvantaminen, joka on yksi mikroskopiamenetelmä. CPVT-potilaista tuotetut sydänsolut käsitellään kalsium-merkkiaineella, jolloin mikroskoopilla nähdään merkkiaineen ja solujen kalsiumaineenvaihdunnan vuorovaikutus. Kalsiumindikaattori, kalsiumväriaine lähettää valoa solun sykinnän mukaan ja sen välähtely tallentuu videolle.

Mikroskoopin läpi kuvatusta aineistosta data siirretään sähköiseen muotoon ja näitä erilaisia nauhoituksia Pölönen vertailee keskenään ja analysoi mm. millainen solujen rytmi on. Hän myös tutkii sitä, miten voimakasta tai pitkäkestoista kalsiumin signaalin heilahtelu soluissa on. Mitä kirkkaampi solu on, sitä enemmän solussa on sillä hetkellä kalsiumia.

Tallennetun videon avulla valoisuuden vaihtelu voidaan muuntaa käyräksi, josta nähdään solun rytmin muutos. Solussa on rytmihäiriö, kun käyrän muodot alkavat nääyttää hyvin vuoristoratamaisilta. CPVT:tä kantavassa solussa esiintyy monenmuotoisia häiriöitä, jotka Pölönen näkee mikroskoopin kautta tehdyssä nauhoituksessa.

Mitä enemmän käytettävistä solulinjoista saadaan dataa, sitä parempia jatkotutkimuksia sen pohjalta on mahdollista suunnitella. Lisäksi saadaan arvokasta tietoa, miten Pölösen testaamat rytmihäiriölääkkeet vaikuttavat näihin soluihin.

Pölösen väitöskirja on edennyt aikataulussaan ja se on noin puolessa välissä. Hän ohjaa oman väitöskirjatyönsä ohessa maisterivaiheen opiskelijoita, päivittää omaa tietämystään ja seuraa uusimpia tutkimusjulkaisuja. Lisäksi hän suorittaa väitöskirjaan vaadittavia lisäopintoja.

Tohtorikoulutettava, filosofian maisteri (FM) Risto-Pekka Pölönen on valmistunut bioteknologian koulutusohjelmasta Tampereen yliopistosta vuonna 2014. Hän on tehnyt yli kaksi vuotta väitöskirjatutkimustaan, yksi julkaisu on tehty ja tästä tutkimuksesta tulee toinen. Väitöskirjaan vaadittava kolmas ja viimeinen julkaisu käsittelee myös CPVT:tä.

Maarit Ojanen