Yksinkertainen vastaus kysymykseen ”Onko munuaisen kasvattaminen mahdollista?” on ”Kyllä”, koska lääketieteen tohtori Marc Hammerman ja hänen kollegansa Sharon Rogers ovat tehneet sen – ja suuremmalla menestyksellä kuin yksikään muu tutkija maailmassa.
Monimutkaisempi vastaus alkaa sanalla ”Kyllä” ja jatkuu sitten kertomalla vuonna 1996 alkaneesta tutkimusmatkasta, jolloin Hammerman ja Rogers esittivät itselleen juuri saman kysymyksen. Hammerman on Washingtonin yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan ja Barnes-Jewishin sairaalan munuaisosaston johtaja. Rogers on osaston lääketieteen tutkimusopettaja.
”Thomas Edison määritteli nerouden yhdeksi prosentiksi inspiraatiota ja 99 prosentiksi hikeä”, Hammerman sanoo. ”Inspiraatiomme tuli, kun esitimme hypoteesin uusien elinten, munuaisten ja endokriinisen haiman kasvattamisesta käyttäen lähtömateriaalina siirrettyjä sian alkioperäisiä elinalkioita. Olemme olleet tutkimuksemme hikivaiheessa jo 17 vuotta, kun olemme työskennelleet todistaaksemme, että tämä on mahdollista.”
Hammerman on johtava toimija organogeneesin orastavalla alalla, joka keskittyy uusien elinten kasvattamiseen käyttämällä eläimistä, kuten sioista, peräisin olevia alkion soluryhmiä. Klusterit tunnetaan nimellä organ primordia. Toisin kuin kantasolut, elinprimordiat eivät voi kehittyä mihinkään solutyyppiin. Pikemminkin ne on lukittu tulemaan tietyksi solutyypiksi tai yhdeksi niistä solutyypeistä, jotka muodostavat elimen.
Kompleksinen elin kasvatettavaksi
”Munuaisen kasvattamisen haasteena on se, että se on hyvin monimutkainen elin; munuaisen toimimiseen tarvitaan satoja erityyppisiä soluja, ja niiden on tultava yhteen täsmälleen oikeassa kokoonpanossa”, Hammerman sanoo. ”Kukaan ei ole päässyt lähellekään tätä haastetta alkion kantasolujen avulla, koska kokoonpanoprosessi on niin vaikea, ettemme osaa ohjata sitä.”
Hammermanin ja Rogersin tekniikan nerokkuus piilee siinä, että sikojen alkion munuaisten alkuosat, jotka he siirtävät rotille, osaavat jo itse koota itsensä. Lisäksi tutkijat ovat havainneet, että kun primordiat on siirretty isäntään, ne vetävät puoleensa verisuonia, joita elin tarvitsee toimiakseen. Todella ainutlaatuiseksi heidän patentoidun lähestymistapansa tekee kuitenkin se, että he pystyvät tuottamaan täydellisen munuaisen, joka erittää virtsaa, mitä muut tutkijat eivät ole saaneet aikaan yhtä menestyksekkäästi.”
”Saavutamme tämän siirtämällä alkion munuaisen siirtämisen lisäksi myös virtsanjohdattimeksi erilaistuvan osan. Kun se on kehittynyt, yhdistämme kirurgisesti siirretyn virtsajohtimen isännän virtsajohtimeen”, Hammerman sanoo. ”Kaikki nämä toimenpiteet ovat erittäin työläitä, ja ne edellyttävät hienovaraista mikrokirurgiaa hädin tuskin näkyvissä olevissa elimissä.”
Muut tutkimusryhmät ovat toistaneet tätä prosessia ja saaneet samankaltaisia tuloksia, mutta eivät ole pyrkineet kehittämään tekniikkaa täydelliseksi. Hammerman uskoo, että syynä on yksinkertaisesti se, että se, mitä he tekevät, on valtavan vaikeaa.
”Keksiä ajatus alkion munuaisen siirtämisestä ja ajatella, että se voisi verisuonittua ja erilaistua täydelliseksi munuaiseksi – se on merkittävä ajatus”, hän sanoo. ”Mutta jossain vaiheessa mahdollisuuksien on muututtava todellisuudeksi. Ja se on vaikeaa. Jokainen tieteellisen prosessin vaihe, joka johtaa sovellukseen ihmisissä, on vaikea. Idean synty on vaikein vaihe, mutta se on enemmänkin luovaa työtä. Seuraaviin vaiheisiin liittyy paljon kovaa työtä: on ratkaistava suuri määrä ongelmia, joista osa on odotettuja ja osa yllättäviä ja jotka ovat välttämättömiä, jotta teknologia saadaan siihen pisteeseen, jossa siitä voisi olla hyötyä kliinisenä työkaluna.”
Vaikka sikojen munuaisten alkuosien siirtäminen ihmisiin uusien munuaisten kasvattamiseksi on vielä vuosien päässä, tekniikka on edennyt niin pitkälle, että rotilla kasvatetut uudet munuaiset ovat antaneet eläimille mahdollisuuden elää seitsemästä kahdeksaan päivää sen jälkeen, kun alkuperäiset munuaiset oli poistettu.
”Seuraava askel on sikojen alkuosien siirtäminen kädellisiin. Sitä emme kuitenkaan tee ennen kuin olemme keksineet immunosuppressio-ohjelman, joka mahdollistaa munuaisen kasvun ja erilaistumisen, ja tämän uuden munuaisen on pidettävä eläin hengissä pitkään”, Hammerman sanoo.
Haiman siirto
Siirto kädellisiin on jo toteutettu Hammermanin ja Rogersin työssä, jossa sian alkion haiman siirto on keino hoitaa tyypin 1 ja tyypin 2 diabetesta ihmisillä.
”Kun siirretään haiman alkuosia kädellisiin, ne erilaistuvat beetasoluiksi, jotka sitten moninkertaistuvat isännän elimistössä”
, Hammerman kertoo. ”Voimme parantaa diabeettisten rottien diabeteksen ja parantaa diabeettisen kädellisen glukoosi-intoleranssia melko paljon, vaikka emme olekaan pystyneet parantamaan diabetesta täysin pitkällä aikavälillä; kuukauden tai kahden kuluessa kädellinen tarvitsee insuliinia. Emme harkitse FDA:n hyväksynnän hakemista ihmiskokeisiin siirtymiseksi ennen kuin pystymme tekemään diabeettisesta kädellisestä insuliinittomaksi vähintään kuuden kuukauden ajan.”
Hammerman ei koskaan pitänyt itseään kärsivällisenä ihmisenä ennen kuin hän aloitti työnsä organogeneesin parissa, mutta tämä luonteenpiirre ja edelläkävijähenki ovat osoittautuneet välttämättömiksi ominaisuuksiksi työskenneltäessä alan parissa. ”Usein kun tekee tiedettä, on mahdollista mennä kirjallisuuteen ja löytää joku, joka on kohdannut samanlaisen ongelman kuin omasi ja keksinyt tavan ratkaista se”, Hammerman sanoo. ”Näin ei ole meidän tapauksessamme. Olemme uranuurtajia, mikä tarkoittaa, että kokeilemme ja erehdymme paljon. Itse kokeilut ovat aikaa vieviä. Sian munuaisen kasvattaminen rotalla kestää 120 päivää, koska niin kauan se kestää myös sialla. Kuluu siis neljä kuukautta, ennen kuin tiedämme, onko koe onnistunut vai ei.”
Onko munuaisten ja haiman kasvattaminen vaivan arvoista? Hammermanin vastaus on selvä ”Kyllä.”
”Joka vuosi noin 10 000 munuaista vapautuu siirrettäväksi potilaille, joilla on loppuvaiheen munuaissairaus”, hän sanoo. ”Mutta munuaisensiirtojen jonotuslistoilla voi olla jopa 100 000 ihmistä. Useimmat potilaat kuolevat tautiin ennen kuin elin saadaan käyttöön. Jos pystymme kehittämään molempiin diabetestyyppeihin parannuskeinon, siitä hyötyisivät kymmenet miljoonat ihmiset. Olen vakuuttunut siitä, että uusien elinten kasvattamiseen perustuvat hoitomuodot tulevat olemaan osa lääketieteen valtavirtaa 2000-luvun puoliväliin mennessä.”