Mikä on solunulkoisten vesikkelien merkitys syöpäsairauksissa? Entä miten niitä voitaisiin hyödyntää syövän diagnostiikassa ja hoidossa? Kuopion kampuksella järjestetty tutkijoiden kesäkoulu pureutui ajankohtaisiin tutkimusaiheisiin.
Monitieteinen syöpätutkimusyhteisö CANCER RC järjesti kesäkuun alussa Kuopion kampuksella erityisesti nuorille tutkijoille suunnatun kesäkoulun solunulkoisista vesikkeleistä ja syövästä. Solunulkoiset vesikkelit ovat solujen erittämiä pieniä kalvorakkuloita, joiden välityksellä solut viestivät toisilleen. Niiden merkitystä elimistön normaalissa toiminnassa mutta myös esimerkiksi syöpäsairauksissa on alettu ymmärtää vasta melko hiljattain. Syöpäsolujen erittämät vesikkelit voivat vaikuttaa muihin soluihin niin, että solujen toiminta muuttuu syövän kasvua ja leviämistä edistäväksi. Toisaalta esimerkiksi verestä eristettyjä solunulkoisia vesikkeleitä voidaan hyödyntää syövän diagnostiikassa.
Solunulkoisten vesikkelien tutkimus työllistää kasvavaa määrää tutkijoita ja niihin liittyvien tieteellisten julkaisujen määrä on kasvanut viimeisen vuosikymmenen aikana räjähdysmäisesti. Yliopistonlehtori Sanna Pasonen-Seppäsen mukaan kesäkoulussa haluttiinkin nyt tarttua ajankohtaiseen aiheeseen. Cancer and Extracellular vesicles -kesäkoulussa kuultiin sekä kutsuttujen asiantuntijoiden että nuorten tutkijoiden esityksiä solunulkoisten vesikkelien roolista syöpäsairauksissa ja niiden hyödyntämismahdollisuuksista diagnostiikassa ja hoidossa. – Pyrimme valottamaan myös vesikkelitutkimukseen liittyvää metodologiaa, sillä vesikkelien eristämiseen ja analysointiin liittyvät menetelmät ovat haasteellisia.
Vesikkelit ovat solujen välisiä multimediaviestejä
– Solunulkoisia vesikkeleitä voidaan pitää solujen välisinä multimediaviesteinä, koska ne sisältävät kaikkia eri biomolekyylipäätyyppejä: proteiineja, nukleiinihappoja, metaboliitteja, lipidejä ja sokereita, totesi dosentti Pia Siljander Helsingin yliopistosta kesäkoulun avausluennossaan.
Sekä solunulkoisen vesikkelien määrää että niiden molekyylisisältöä voidaan hyödyntää biomarkkereina esimerkiksi syöpädiagnostiikassa tai hoitovasteen seuraamisessa.
Siljanderin mukaan solunulkoisten vesikkelien välittämillä multimediaviesteillä on todennäköisesti merkitystä kaikissa syöpäsairauksille tunnusomaisissa toiminnoissa. Kuuma tutkimusaihe on esimerkiksi syövän metastasoituminen, jossa solunulkoisilla vesikkeleillä on todettu olevan merkittävä rooli kohdekudoksen valmistelussa otolliseksi etäpesäkkeen kehittymiselle.
Solunulkoisista vesikkeleistä on tunnistettu jo monia erilaisia alatyyppejä. – Vaikka solunulkoisten vesikkelien analytiikassa ja niiden tutkimiseen tarvittavissa menetelmissä on yhä kehitystarpeita, voidaan eri alatyyppien suhteen rikastuneista näytteistä löytää biomarkkereita ja tutkia vesikkelien eri toimintoja.
– Alan standardoimis- ja menetelmäkehitystyötä olemme tehneet maailman ensimmäisessä EV Core -tutkimuspalveluyksikössä.
Siljander kertoi esimerkkejä tutkimusryhmänsä löytämistä solunulkoisten vesikkelien syöpäbiomarkkerisisällöistä. Uusia biomarkkereita hän arvioi löytyvän lähitulevaisuudessa muun muassa ryhmän kehittämällä FastEV-teknologialla ja EVE-konsortiossa, jossa ryhmä tutkii vesikkelien metabolista syöpäsormenjälkeä biopankkinäytteistä yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston professori Arto Mannermaan kanssa.
Siljanderin ryhmä on tutkinut pitkään verihiutaleiden muodostamien vesikkelien monimuotoisuutta, lukuisia alatyyppejä ja niiden muokattavuutta. Ryhmä on myös havainnut verihiutaleiden tuottamien erilaisten vesikkelien kiihdyttävän syövän kasvua ja syöpäsolujen vesikkelituotantoa metastaattisen melanooman 3D-soluviljelmässä.
– Oli upeaa olla tämän erinomaisesti järjestetyn ja sisällöltään monipuolisen kesäkoulun avausluennoitsija ja saada tavata vesikkelitutkijakollegoita koronaeristyksen jälkeen. Iloitsen aina suuresti mahdollisuudesta oppia muilta uutta, kuten nyt vesikkeleistä ja syövästä ja tilaisuudesta solmia uusia yhteistyökontakteja, Siljander sanoi.
Hänen ryhmänsä on kehittänyt Itä-Suomen yliopiston dosentti Kirsi Rillan tutkimusryhmän ja UPM Biomedicalsin kanssa vesikkelitutkimukseen uutta 3D-menetelmää, jota kesäkoulussa esitteli nuorempi tutkija Heikki Kyykallio. – Perinteinen solunulkoisten vesikkelien tutkimus on tehty vesikkeleillä, jotka on kerätty muovialustalla kasvaneista soluviljelmistä. Muussa tutkimuksessa ovat jo yleistyneet kolmiulotteiset soluviljelmät, joissa solut kasvatetaan geelimäisessä väliaineessa ja näin tarjotaan soluille luonnollisemmat kasvuolosuhteet. Vesikkelitutkimuksessa ne ovat vielä harvinaisia, Kyykallio totesi.
– Kehitimme uuden menetelmän solunulkoisten vesikkelien eristämiseksi kolmiulotteisista syöpäsoluviljelmistä, joissa väliaineena käytimme puuperäistä nanokuituselluloosaa. Havaitsimme solujen kasvavan tehokkaasti ja tuottavan runsaasti vesikkeleitä nanokuituselluloosaviljelmissä. Kehittämämme malli on yksinkertainen mutta monipuolinen ja soveltuu käytettäväksi sekä vesikkeleiden perusbiologian että vesikkelipohjaisten sovellutuksien tutkimuksessa.
Monia näkökulmia vesikkeleihin syövässä
– Syöpäsolujen tuottamat vesikkelit tarjoavat mahdollisuuden kehittää hyvin varhaisia ja herkkiä menetelmiä syöpäsairauksien diagnostiikkaan, totesi professori Seppo Vainio Oulun yliopistosta. Yhtenä sovelluksena hän mainitsi tutkimusryhmänsä kehittämät uudenlaiset terveysrannekkeet, jotka seuraisivat solujen viestiliikennettä.
– Solunulkoisten vesikkelien avulla voidaan myös kohdistaa lääkkeitä syöpäsoluihin ja mitata lääkeaineiden määrää kehossa.
Solunulkoisten vesikkelien hyödyntämistä sairauksien hoidossa tutkitaan myös kansallisessa GeneCellNano-lippulaivassa, jossa kehitetään uusia biologisia lääkkeitä eli niin sanottuja ATMP-valmisteita, biomarkkereita ja diagnostiikkaa yleisten kroonisten sairauksien hoitoon. Lippulaivaa johtaa professori Seppo Ylä-Herttuala Itä-Suomen yliopistosta ja Vainio toimii varajohtajana.
Nuorempi tutkija Henna Tynjälä on tarkastellut väitöstutkimuksessaan sädehoidon vaikutusta syöpäsolujen solunulkoisten vesikkelien eritykseen ja sisältöön. Sädehoidon tiedetään muuttavan solunulkoisten vesikkelien eritystä syöpäsoluista. – Tässä tutkimuksessa huomattiin, että sädehoidettujen ja ei-sädehoidettujen solujen erittämien vesikkelien mikroRNA-sisällöt poikkeavat toisistaan. Tunnistimme muutaman mahdollisen biomarkkeri-miRNAn ja tutkimme seuraavaksi tarkemmin, miten ne liittyvät sädehoidon vasteeseen syöpäsoluissa.
Syöpäsolujen aineenvaihdunta poikkeaa normaalisoluista. Toisin kuin tavalliset solut, syöpäsolut tuottavat erityisesti glykolyysin kautta ATP:tä energianlähteekseen. Riittävän ATP:n tuotannon turvaamiseksi ne tarvitsevat paljon enemmän glukoosia kuin normaalit solut. Tähän liittyi projektitutkija Saket Ahujan esittelemä tutkimus. – Haluamme selvittää, millaisilla strategioilla syöpäsolut manipuloivat kasvaimen mikroympäristön solut käyttämään vähemmän glukoosia, niin että sitä jää enemmän syöpäsolujen käyttöön, ennen kuin ne alkavat saada ravintoa ja happea kasvaimen uudisverisuonituksen kautta. Tarkastelemme, mikä on solunulkoisten vesikkelien rooli näissä manipulointitaktiikoissa, ja pyrimme tunnistamaan uusia tähän prosessiin osallistuvia mikroRNAita.
Nuorempi tutkija Kirsi Kainulainen tarkasteli esityksessään immuunijärjestelmän solujen, makrofagien, ja melanoomasolujen välisiä vuorovaikutuksia. – Tutkimusryhmämme alustavat tutkimustulokset osoittavat, että tulehdusta edistävien M1-tyypin makrofagien erittämät solunulkoiset vesikkelit edistävät melanoomasolujen invaasiota.
Kesäkoulussa kuultiin kaikkiaan parikymmentä tieteellistä esitystä. Osallistujia oli yli sata eri puolilta Suomea sekä muutamia myös Suomen ulkopuolelta. – Kesäkoulu järjestettiin hybridikokouksena; noin puolet osallistui paikan päällä. Oli mukava päästä järjestämään pitkästä aikaa tutkimukseen liittyvää tapahtumaa paikan päällä, sillä viimevuotinen kesäkoulu järjestettiin pelkästään verkossa, Pasonen-Seppänen kertoo.
