Syöpäsolulinjojen avulla saadaan tietoa ihmissolujen toiminnasta

Kesäisenä maanantaina vuonna 1983 teini-ikäinen potilas makasi Husin vuodeosastolla Helsingin Meilahdessa. Hänellä oli laajalle levinnyt syöpä. Diagnoosina oli rabdomyosarkooma, selän poikkijuovaisesta lihaksesta lähtöisin oleva pahanlaatuinen kasvain. Diagnoosi osoittautui myöhemmin virheelliseksi, mutta sillä ei ollut merkitystä potilaan kannalta. Potilaan kylkiluiden välistä tuli ulos keuhkopussiin ohjattu letku, jonka kautta keuhkopussiin kerääntynyt ylimääräinen neste valui ulos. Letku helpotti hengenahdistusta.

Keuhkopussin nesteestä lähetettiin näyte Helsingin yliopiston Haartman-instituutin patologian osastolle solututkimusta varten. Koeputki päätyi Leif Anderssonin käteen, joka työskenteli sivutoimisesti diagnostiikan osastolla. Presidentti Kekkonen oli kaksi vuotta aiemmin nimittänyt Anderssonin patologian professoriksi.

Andersson asetti pisaran näytettä lasilevylle mikroskoopin alle. Yksi vilkaisu riitti kertomaan, että nesteessä olevat solut olivat pahanlaatuisia ja että syöpä oli levinnyt myös keuhkopussiin. Sitä, mistä solukosta ne olivat peräisin, oli vaikea sanoa. Solut näyttivät mielenkiintoisilta ja kasvattivat pieniä ulokkeita. Andersson lähetti lausunnon soluista takaisin osastolle ja asetti osan niistä petrimaljalle soluviljelykaappiin.

 

Anderssonilla oli jo muutamia vuosia ollut tapana laittaa lupaavanoloiset ja mielenkiintoiset solunäytteet kasvuun. Viisi vuotta aiemmin hän oli eristänyt ensimmäisen solulinjansa, Jo-Ki-karvasoluleukemialinjan. Solulinjalla tarkoitetaan koko ajan jakautuvaa solupopulaatiota, jonka elinikä on rajaton. Useimmiten solulinjat saadaan kasvaimesta tai kasvaimen etäpesäkkeestä.

Andersson nimeää solulinjat siten, että ne pystyy sanomaan ääneen erotuksena esimerkiksi keuhosyöpäsolulinjasta RERF-LC-A tai mahasyöpälinjasta GT3TKB.

Toki Anderson oli ehtinyt käynnistää linjoja myös omista soluistaan. Hän oli tehnyt verisoluistaan kuolemattomia infektoimalla ne Epstein-Barr-viruksella, joka tunnetaan paremmin pusutaudin aiheuttajana.

Anderssonilla on edelleen tapana pelotella tutkimusosastoa itsensä kloonaamisella.

 

Kun tavallinen ihmissolu jakaantuu, kromosomin päässä olevat dna-jaksot, telomeerit, lyhenevät jokaisella jakautumiskerralla. Kun telomeerit ovat kuluneet loppuun, solu kuolee.

Normaali ihmissolu jakaantuu noin 40–60 kertaa. Lukua kutsutaan Hayflickin rajaksi (Hayflick limit) aiheesta artikkelin 1961 kirjoittaneen Leonard Hayflickin mukaan. Syöpäsoluissa aktiivisena oleva telomeraasi-entsyymi jälleenrakentaa joka jakautumisessa lyhenevät telomeerit, ja solu voi näin jakautua periaatteessa ikuisesti.

Andersson huomauttaa, että syöpäsolujen toimintamekanismi on evolutiivisesti paljon vanhempi kuin ihminen monisoluisena yksilönä. Kaikki yksisoluiset ovat kuolemattomia, sillä ne eivät tarvitse ulkoista säätelijää, joka rajoittaisi niiden jakautumista. Monisoluisuus tuli mahdolliseksi vasta, kun kehittyi keino hillitä solujen kasvua ja erilaistumista yksittäisen solun ulkopuolelta.

”Monisoluisuuden hinta on se, että elinaikamme on rajoitettu. Ja jos yksittäinen solu monisoluisessa yksilössä omaksuu alkuperäisen ilmiasun eli kasvun ilman säätelyä, kutsumme sitä syöväksi.”

 

Vuonna 1983 Andersson vilkaisi teini-ikäiseltä syöpäpotilaalta peräisin olevaa solunäytettä ainakin pari kertaa viikossa, vaihtoi elatusnestettä ja tarvittaessa jakoi solut eri alustoille.

Useimmat syöpäsolut kasvavat soluviljelykaapissa vain pari viikkoa ennen kuin kuolevat. Parhaiten kasvavat solut, jotka ovat alun perin kasvaneet nesteessä, esimerkiksi keuhkopussissa. Soluviljelyssä solut altistuvat erityisen kurjille olosuhteille verrattuna siihen, että ne kasvaisivat kudoksessa. Solut altistuvat etenkin happistressille. Kun syöpäsoluista puhutaan kuolemattomina, tarkoitetaan sitä, että ne eivät vanhene. Kuolla ne voivat monesta syystä; esimerkiksi elatusnesteen happamoituessa tai kun petrimaljalta loppuu tila.

Anderssonin tutkimat solut jakaantuivat päivä toisensa jälkeen. Andersson lisäsi elatusnesteen joukkoon TPA:ta, joka on lyhenne forboliesteriasetaatista. TPA edistää solujen erilaistumista. Tutkitut solut alkoivat kasvattaa eri suuntiin lähteviä pitkiä ja ohuita ulokkeita, aivan kuten hermosolut. Anderson alkoi kutsua näitä ulokkeita myöhemmin tuttavallisesti ”tassuiksi”.

Kaksi kuukautta näytteenoton jälkeen oli selvää, etteivät solut olleet peräisin poikkijuovaisesta lihaksesta vaan hermopienasta. Oikea diagnoosi oli primitiivinen neuroektoderminaalinen tuumori, hermostopienan kantasoluista lähtöisin oleva kasvain. Potilas oli ehtinyt menehtyä puolitoista kuukautta aikaisemmin, mutta osa hänen soluistaan jatkoi elämäänsä soluviljelykaapissa.

 

Kului vuosi, ja solut olivat edelleen hengissä. Ne käyttäytyivät kuin yksisoluinen eliö. Oli syntynyt uusi syöpäsolulinja.

Andersson pakasti useita säilytysampulleja soluja ja nimesi solulinjan Pa-Juksi. Kirjainyhdistelmät Anderssonin solulinjojen nimissä ovat peräisin potilaiden etu- ja sukunimien kirjaimista. Pa-Ju-soluja säilytetään edelleen Helsingissä Haartman-instituutissa, –135 asteen pakkasessa.

Pa-Ju-ampullien vieressä on HeLa-soluja, jotka ovat peräisin amerikkalaisen, vuonna 1951 kuolleen Henrietta Lacksin kohdunkaulansyövästä.

HeLa on ensimmäinen syöpäsolulinja, jota on kasvatettu laboratorioissa ympäri maailmaa. Haartman-instituutissa HeLaa pidetään pakkasessa, vaikka se jakautuu nopeasti ja kestää kovia olosuhteita.

Tiedekirjailija Rebecca Skloot kirjoittaa kirjassaan The Immortal Life of Henrietta Lacks, suomeksi Henrietta Lacksin kuolematon elämä, että 1960-luvulla amerikkalaiset tiedemiehet vitsailivat HeLa-solujen voivan kasvaa vaikka ovenkahvoissa ja lavuaareissa.

Scientific American neuvoi ”Tee se itse” -artikkelissaan, miten soluja saattoi kasvattaa myös kotona. Venäläiset lähettivät HeLa-soluja satelliitin matkaan vuonna 1960, ja myöhemmin myös NASA pakkasi soluja mukaan avaruuslennoille. Solut palasivat maahan entistä ehompina.

 

Henrietta Lacksin kohdunkaulansyövän solujen elinvoimaisuudella on kuitenkin nurja puolensa, joka selvisi monelle tutkijalle liian myöhään.

Syyskuuhun 1966 mennessä kansainväliset tutkijat olivat eristäneet useita syöpäsolulinjoja ja käyttäneet vuosia niiden tutkimiseen. Soluja oli kasvatettu eri ympäristöissä ja altistettu kemikaaleille ja lääkeaineille. Pennsylvaniassa Yhdysvalloissa pidettyyn soluviljelyä käsittelevään konferenssiin kokoontui yli seitsemänsataa kansainvälistä tutkijaa ja tieteilijää. Elettiin aikaa, jolloin tieteilijät uskoivat pian pystyvänsä parantamaan syövän ja kloonaavansa ihmisen.

Puheenvuoron konferenssissa piti ennestään tuntematon tutkija Stanley Gartler, joka kertoi tutkineensa 18 kaikkein käytetyintä ihmissolulinjaa ja löytäneensä niistä jotain yhteistä. Niissä kaikissa oli sama geneettinen tunnusmerkki. Lisäksi tämä tunnusmerkki oli harvinainen ja esiintyi melkein poikkeuksetta vain tummaihoisilla. Gartler ei ollut pystynyt varmistamaan kaikkien solulinjojen alkuperää, mutta hän tiesi, että Henrietta Lacks oli tummaihoinen ja että yhden solulinjoista piti olla peräisin valkoihoiselta.

”Minusta yksinkertaisin selitys on se, että kaikki linjat ovat HeLa-linjan saastuttamia”, Gartler totesi.

Toisin sanoen, että ne olisivat kaikki HeLa-soluja.

 

Gartlerin epäilys osoittautui oikeaksi. Riittää, että soluviljelmään päätyy yksikin HeLa-solu, ja se ottaa vallan soluviljemässä. HeLa-solut voivat leijailla nestepisaroiden mukana, levitä pesemättömien käsien ja pipettien kautta, matkustaa tutkijoiden kenkien ja takkien matkassa.

Nykyäänkin, vielä 50 vuotta myöhemmin, HeLaa kutsutaan laboratorion rikkaruohoksi. Lisäksi solut ovat niin tavanomaisen näköisiä, että ne on helppo silmämääräisesti sekoittaa toisiin soluihin.

HeLa ei ole kuitenkaan ainoa potentiaalinen muiden solulinjojen tartuttaja.

Vuonna 2011 Leif Andersson teki tutkimusryhmänsä kanssa 11 kuukautta tutkimusta, jossa käytettiin kanadalaiselta tutkijalta saatua solulinjaa. Artikkeli oli viittä vaille valmis, kun Anderssonille tuli mieleen tarkistaa, oliko solulinja sitä mitä kanadalainen tutkija oli ilmoittanut sen olevan. Solujen piti olla peräisin kohdun limakalvolta, mutta ne paljastuivat hyvin yleiseksi rintasyöpäsolulinjaksi nimeltä MCF-7. Kävi ilmi, että solulinja oli saastunut jo Kanadassa ja että sen lähettänyt tutkija oli tiennyt asiasta jo toista vuotta, muttei ollut ilmoittanut siitä. Anderson kuvailee häntä sanalla ”nilkki”.

 

Pa-Ju-solut olivat olleet 1990-luvun alussa pakkasessa kymmenkunta vuotta. Andersson oli koettanut aina silloin tällöin vihjata jatko-opiskelijoille, että joku voisi tutkia niitä.

Heti solulinjan syntymisen jälkeen sen avulla oli tutkittu retrovirusten – joihin esimerkiksi hi-virus kuuluu – toimintaa, mutta sen jälkeen ketään ei kiinnostanut.

Kunnes vuonna 1993 Anderssonin huoneeseen asteli 23-vuotias kiinalainen Ke-zhou Zhang.

Zhang oli Shanghain yliopistosta vastavalmistunut lääkäri, joka oli tullut Helsinkiin osallistuakseen muutamalle biokemian kurssille, sillä genetiikantutkimus oli ottanut valtavia harppauksia vuosikymmenen alussa. Ilmassa oli lupaus, että pian ymmärrettäisiin, miten ihminen toimii. Muutamaa vuotta myöhemmin kloonattaisiin Dolly-lammas.

Zhang puhui välttävästi englantia, eikä hänellä ollut lainkaan laboratoriokokemusta. Hän oli myös ensimmäistä kertaa ulkomailla eikä ollut koskaan asunut yksin tai laittanut itse ruokaa.

Puolessa vuodessa Zhang oppi laajan valikoiman solu- ja molekyylibiologisia tutkimusmenetelmiä, kuten kloonaamaan. Hän oli laboratoriossa joka aamu, kun Andersson tuli kahdeksalta töihin, ja joka ilta, kun Andersson lähti kuudelta kotiin.

Kaksi kuukautta myöhemmin, juuri kun Andersson oli lähdössä kotiin, hänelle tuli mieleen kysyä Zhangilta, kuka tämän oleskelun rahoitti. Zhang kertoi saavansa tukea vanhemmiltaan. Ja muutamana iltana viikossa hän jakoi mainoksia Helsingin lähiöissä. Postin- jaon jälkeen yhdeltätoista illalla Zhangilla oli tapana keittää riisiä ja kanaa tai possua ja maustaa kaikki soijalla, sillä hän ei osannut muutakaan.

Kaksi päivää keskustelun jälkeen Andersson auttoi Zhangia hankkimaan tutkimusrahoituksen. Zhang alkoi syödä yliopiston kanttiinissa ja palasi laboratorioon lähes joka ilta myös illallisen jälkeen.

 

Zhang alkoi tutkia Pa-Ju-soluja. Hän löysi niistä hormoninkaltaista proteiinia, stanniokalsiinia, jota oli aiemmin löydetty lähinnä kaloista. Kukaan ei ollut aikaisemmin havainnut stanniokalsiinia ihmisen hermokudoksessa.

Sen jälkeen alkoi varsinainen työ, johon Zhang käytti seitsemän vuotta: mitä kalojen stressihormonina tunnettu aine tekee ihmisessä?

Syntyi väitöskirja. Stanniokalsiinia tarvitaan etenkin silloin, kun aivot ovat hapenpuutteessa, jolloin kalsiumpitoisuudet nousevat. Liiallinen kalsiumpitoisuus on soluille tappavaa. Ilman stanniokalsiinia esimerkiksi Veikka Gustafsson ei kiipeäisi Mount Everestin huipulle ilman happilaitteita.

Zhangin Pa-Ju-soluilla tekemä tutkimus avasi kokonaan uuden tutkimushaaran hermosolujen tutkimisessa. Pa-Ju-soluja pyydettiin muun muassa Sveitsiin, Unkariin, Latviaan ja Kiinaan. Sveitsiläiset tutkijat selvittivät niiden avulla hermosolujen kuolemisen mekanismeja, ja kiinalaiset käyttävät solulinjaa Alzheimer-tutkimuksessa.

Zhangista tuli haluttu tutkija, mutta hän itse oli ahdistunut. Hänestä tuntui, että mitä enemmän hän tutki, sitä monimutkaisemmaksi ihminen kokonaisuutena muodostui. Zhang etsi työtä, jossa hän voisi nähdä työnsä vaikutukset potilaiden elämässä omana elinaikanaan. Hänet palkkasi tanskalainen diabeteslääkitystä kehittävä Novo Nordisk -yritys.

 

Vuonna 2001 Henrietta Lacksin tytär Deborah Lacks kävi baltimorelaisessa laboratoriossa ihailemassa äitinsä soluja. ”Herranjumala, en voi uskoa, että kaikki tuo on äitiäni”, Deborah Lacks sanoi.

Tosin siitä, miten paljon solut ovat hänen äitiään, voi olla monta mieltä. Syöpäsolut ovat epävakaita, ne mutatoituvat herkemmin kuin tavalliset solut.

Kun tavallisissa ihmissoluissa on 46 kromosomia, syöpäsoluissa niitä voi olla yli sata.

Vuoteen 2013 mennessä Henrietta Lacksin kohdunkaulan syövästä peräisin oleviin soluihin liittyen oli julkaistu yli 75 000 tieteellistä artikkelia. Soluja on käytetty apuna muun muassa poliorokotteen kehittämisessä ja aids- ja syöpätutkimuksessa.

HeLa-solujen tuotanto kaupallistettiin varhaisessa vaiheessa, ja solulinjaan liittyviä patentteja on yli 11 000.

Solunäytteen otolle tai käytölle ei 1950-luvulla vaadittu tai kysytty potilaan lupaa. Kyseenalaista on kuitenkin se, että Henrietta Lacksin nimi päätyi julkisuuteen 1976. Lisäksi hänen potilaskertomuksensa julkaistiin 1980 ilman sukulaisten suostumusta.

Kun saksalaistutkijat vuonna 2013 sekvensoivat eli selvittivät nukleiinihapon nukleotidijärjestyksen Henrietta Lacksin dna:sta ja tekivät tuloksista julkisia, Lacksin sukulaiset hermostuivat. Periaatteesta perimästä saa selville esimerkiksi sen, millaisille sairauksille Lacksin jälkeläiset ovat vaarassa altistua. Yhdysvaltain terveysvirasto (NIH) sopi lopulta Lacksin perheen kanssa, että he saavat sanavaltaa sellaisissa tutkimuksissa, jotka käyttävät suvun matriarkan koko sekvensoitua geeniperimää.

 

Kuka oli Pa-Ju-solulinjan lähde, yli kolmekymmentä vuotta sitten kuollut teini-ikäinen?

Sitä emme saa tietää. Siitä huolimatta, että solujen käytölle tutkimustarkoituksiin ei tarvinnut 1980-luvulla kysyä lupaa potilaalta, hänen henkilöllisyytensä pysyy potilassalaisuutena. Henkilöllisyyden tietää vain Andersson, ja tieto on salassapitovelvollisuuden alainen.

Nykyisin potilaalta tulee kysyä suostumus solujen käytölle. Lisäksi solulinjoilla tehtäviltä lääketieteellisiltä tutkimuksilta edellytetään eettisen toimikunnan myönteinen lausunto. Viime kädessä päätöksen solujen muuttuneesta käyttötarkoituksesta tekee Sosiaali- ja terveysalan lupa- ja valvontavirasto Valvira.

 

Pa-Ju-solujen löytäjä Leif Andersson jäi virallisesti eläkkeelle 2012. Tutkimuksen tekemistä tai opettamista hän ei ole lopettanut. Helsingin yliopiston lääketieteen opiskelijat valitsivat hänet viime vuonna vuoden luennoitsijaksi.

Anderssonin entinen suojatti Ke-zhou Zhang vastaa puhelimeen Pekingissä. Hän johtaa Novo Nordisk -lääkeyrityksen Kiinan-osaston kliinistä tutkimusryhmää, joka kehittää uutta diabeteslääkitystä. Zhang kertoo, että hänen läheisensä on sairastunut syöpään.

”Mitään ei ole tehtävissä, mitään hoitoa ei ole. Tutkin seitsemän vuotta elämästäni syöpäsoluja, mutta nyt ne ovat muuttuneet kummituksiksi. Mikä lopulta aktivoi sen muutoksen, joka sai Pa-Ju-solut kasvamaan ikuisesti ja tappamaan nuoren potilaan? Ymmärrämme niin vähän, ja vielä kauheampaa on se, että emme ehkä koskaan ymmärrä paljon enempää.”

Emeritusprofessori Andersson odottaa huoneessaan sitä jatko-opiskelijaa, jolta puuttuu aihe. Pa-Ju-solujen kanssa voisi tutkia vielä paljon ihmisen hermosolujen toimintaa.

”Solulinjat ovat solubiologisen tutkimuksen tärkein väline. Niiden avulla saadaan valtavasti perustietoa syöpäsolujen aineenvaihdunnasta, liikkumisesta ja geenimuutoksista. Lisäksi solulinjojen käyttäminen on edullista ja samalla vältytään useimmilta koe-eläintutkimuksilta”, Andersson sanoo.

Suomessa on laitettu liikkeelle ainakin 195 erilaisia syöpäsolulinjaa. Lähes kaikki niistä ovat peräisin potilailta, jotka ovat jo kuolleet mutta jatkavat ikuisesti olemassaoloaan laboratorioissa.