Solututkijan uudet työkalut

Kiharaa kollageenia (vihreä ja magenta) rintakasvaimen läheisyydessä.

Solujen liikettä ja kiinnittymistä ymmärretään vielä heikosti, vaikka ilmiöllä on suuri merkitys esimerkiksi syöpien leviämisessä. Sitä tutkiakseen Guillaume Jacquemetin tutkimusryhmä on joutunut jopa kehittämään omia ohjelmistoja.

Moni 1980-luvulla lapsuuttaan elänyt saattaa muistaa animaatiosarjan Olipa kerran elämä. Siinä ihmisen elimistö näyttäytyi kuhisevana yhdyskuntana, jossa verisuonia pitkin vaelsivat niin uutterat, happea kantavat punasolut kuin pikkuiset verihiutaleet.

Tarinan sankareita olivat kuitenkin valkosolut, jotka valppaina saapuivat paikalle aina, kun elimistöön pääsi bakteerien, virusten tai syöpäsolujen kaltaisia tunkeilijoita.

Mutta miten valkosolut oikeastaan löytävät sinne, missä niitä tarvitaan?

Animaatiossa asia ohitetaan itsestään selvyytenä – tiedämmehän, että immuunijärjestelmämme osaa reagoida uhkiin. Mutta siihen varma tietomme loppuukin, kertoo biokuvantamisen apulaisprofessori Guillaume Jacquemet Åbo Akademista.

”Tiedämme, että valkosolut reagoivat ympäristöönsä, etsiytyvät sinne, missä niitä tarvitaan, ja kiinnittyvät paikoilleen proteiinien avulla. Mutta se, miten ne oikeastaan tekevät tämän kaiken, on vielä monella tapaa auki.”

Miten syöpäsolu liikkuu?

Jacquemet on tutkinut solujen liikettä jo pitkään, Manchesterin yliopistossa tekemästään väitöskirjatyöstä alkaen. Turkuun hän saapui väitöksensä jälkeen tekemään post doc -tutkimusta ja asettui aloilleen. Oman Cell Migration -tutkimusryhmän Jacquemet perusti vuonna 2019. Nykyisellään ryhmässä on 13 tutkijaa.

Suurin osa elimistömme soluista ei liiku minnekään. Poikkeuksia ovat alkionkehityksessä tapahtuva liike sekä immuunijärjestelmän solut – ja yksi sen vihollisista, syöpäsolut. Juuri syöpäsolujen vaeltaminen elimistössä on Jacquemetin ryhmän pääasiallinen tutkimuskohde.

”Syövät kehittyvät eri tavoin”, Jacquemet kertoo.

Osa muodostaa selkeän kasvaimen, joka voidaan usein leikata pois, jos se havaitaan ajoissa. Ikävämpiä ovat syövät, jotka alkavat nopeasti lähettää soluja muualle elimistöön muodostamaan etäpesäkkeitä. Näin levinneestä syövästä on usein vaikea päästä eroon.

Jacquemetin ryhmän erityinen kiinnostuksen kohde on haimasyöpä. Haimasyöpä on usein vaikea havaita, sillä sen alkuvaiheen oireet ovat epämääräisiä. Lisäksi se leviää usein aggressiivisesti. Niinpä ennuste on usein huono: alle 10 prosenttia potilaista selviää.

Jacquemet ryhmineen pyrkiikin ymmärtämään paremmin tapaa, jolla syöpäsolut valikoivat, minne kiinnittyä.

Oleellista roolia tässä näyttelevät filopodit, jotka ovat solujen seinämistä sojottavia karvamaisia ulokkeita. Filopodien avulla solut havainnoivat ympäristöään ja etsivät sopivia paikkoja.

”On selvää, että solujen filopodit käyttävät erilaisia proteiineja, joilla ne kiinnittyvät, mutta emme vielä ymmärrä koko kuviota.”

Havainnoista on silti hyötyä. Pitkään esimerkiksi ajateltiin, että haimasyövän solut kiinnittyisivät solun seinämään samalla mekanismilla kuin valkosolutkin. Tarkempi analyysi kuitenkin osoitti, että mekanismit ovat samankaltaisia mutta erilaisia. Syöpä käyttää hieman eri proteiineja kuin valkosolut.

Pienellä havainnolla voi olla iso merkitys esimerkiksi hoitojen kehittämiseen.

”Jos ajatellaan vaikka lääkettä, joka estäisi valkosolun käyttämän proteiinin toiminnan mutta ei vaikuttaisikaan syöpäsoluun, sellaisesta olisi enemmän haittaa kuin hyötyä.”

Yksin ja ryhmässä

Lääkehoidot ovat kuitenkin kaukana Jacquemetin tutkimuksesta. Cell Migration -ryhmä tekee ennen muuta perustutkimusta, jossa pyritään ymmärtämään solujen biologisia toimintoja.

Peruskysymyksiä riittää. Kaikki solut eivät esimerkiksi liiku yksin vaan ryppäinä. Tällaista liikettä ymmärretään vielä huonommin.

”Yksittäinen solu joutuu reagoimaan itse ympäristöönsä, mutta ryhmässä liikkuminen vaatii soluja ottamaan eri rooleja. Emme kuitenkaan vielä ymmärrä, miten ryppään solut viestivät keskenään – tai edes sitä, millainen rooli keskustan soluilla kokonaisuudessa on.”

Terveessä ihmisessä solut liikkuvat joukkoina lähinnä osana alkionkehitystä. Syöpäsolut saattavat kuitenkin liikkua myös ryppäinä.

”Tätä ymmärrämme vielä kovin huonosti.”

Työkaluja kehittämässä

Aloittaessaan tutkijana Jacquemet teki runsaasti tutkimusta mikroskoopeilla. Nykyaikaiset mikroskoopit ottavat runsaasti kuvia. Seurattaessa solujen liikettä mikronestelaitteessa tyypillinen kuvaustiheys muistuttaa usein elokuvaa eli on noin 24 kuvaa sekunnissa. Näin saadaan sulavaa liikettä.

Suuret kuvamäärät yhdistettyinä solujen virtaan tekevät yksittäisten solujen havainnoinnista työlästä. Tietotekniikasta voisi olla apua seulonnassa, mutta valitettavasti sopivia ilmaisia työkaluja oli huonosti saatavilla.

Kun koronapandemia sulki laboratoriot, Jacquemet päätti käyttää aikansa omien analyysityökalujen rakentamiseen. Hän opetteli koodaamaan ja rakensi yhdessä kollegojensa kanssa ZeroCostDL4Mic-työkalun, joka auttaa tunnistamaan kiinnostavia tapahtumia solujen liikkeestä.

Vapaana lähdekoodina julkaistu työkalu oli menestys, ja sitä on sittemmin käytetty tuhansissa tutkimuksissa ympäri maailmaa.

Ohjelmistot osana tutkimusta

Nykyään Jacquemetin ryhmä kehittää ohjelmistoja rutiininomaisesti osana tutkimustaan. Tutkimusryhmästä kolme henkilöä koodaa lähes päätoimisesti.

”Kaikki tekemämme koodi lähtee tutkimuksemme tarpeista. Tämä mahdollistaa hyvin luontevan kehitystyön: mietimme, mitä tarvitsemme, ja sitten teemme sen.”

Ryhmä tarjoaa kaikki työkalut avoimesti saataville, samoin kuin aineistonsa, jotka se tallentaa julkisiin tietokantoihin, kuten Zenodoon, PRIDEen ja BioImage Archiveen. Näistä PRIDE ja BioImage Archive kuuluvat ELIXIR-verkoston Core Data Resource -resursseihin.

”Minusta työkalujen tarjoamista käyttöön ei oikeastaan voi erottaa datan avoimuudesta. Ilman ohjelmistoa muut eivät voi itse vahvistaa, miten dataa on analysoitu ja miten ohjelmisto vaikuttaa lopputulokseen.”

Vapaa lähdekoodi on myös ideologinen ratkaisu.

”Kun ohjelmisto syntyy osana julkisesti rahoitettua tutkimusta, sen tarjoaminen ilmaiseksi on minusta oikea ratkaisu.”

Sitä paitsi avoimelle koodille voi tulla sovelluksia, joita ei arvaisi ennalta.

”Olemme itsekin käyttäneet kehitystyön ohjana tähtitieteilijöiden kehittämiä ohjelmistoja, jotka on alun perin suunniteltu taivaankappaleiden liikkeiden seurantaan. Sama logiikka toimii kuitenkin niin planeettoihin kuin soluihin.”

Avoimista tietokannoistakin on apua myös kotiinpäin. Tutkijoiden ympäri maailmaa keräämää avointa dataa käytetään testimateriaalina uusia työkaluja kehitettäessä.

Ohjelmistot jäävät heitteille

Viime vuosina ohjelmistojen kehityksessä on korostunut tekoälyn merkitys. Oppiva tekoäly voi analysoida kuvista valtavia datamassoja ja tunnistaa niistä kiinnostavia tapahtumia.

Tämä helpottaa tutkijan työtä mutta vaatii toisaalta laskentatehoa.

”Vaikka suurin osa ohjelmistoistamme pyörii tavallisilla tietokoneilla, aika ajoin tarvitsemme myös supertietokoneita”, Jacquemet kertoo.

Sen suhteen kaikki sujuu kuitenkin mutkattomasti. Yhteistyö Tieteen tietotekniikan keskus CSC:n kanssa on ollut aina joustavaa, ja harvinaisempaakin asiakasta on palveltu hyvin.

Se, missä parantamisen varaa kuitenkin olisi, on ohjelmistotyön rahoitus – etenkin ylläpidossa.

”Käytännössä kaikki ohjelmistomme syntyvät tutkimushankkeiden oheistuotteina. Tämä malli toimii hyvin projektin aikana, mutta projektin päätyttyä moni ohjelmisto uhkaa jäädä tyhjän päälle”, Jacquemet huomauttaa.

”Jotta ohjelmisto pysyy käyttökelpoisena, sitä pitää myös ylläpitää. Minusta tähän pitäisi voida hakea helpommin rahoitusta. Nyt riskinä on, että hyvin toimiva ja käytetty ohjelmisto jää oman onnensa nojaan, kun kukaan ei ota vastuuta jatkuvuudesta.”

Teksti ja video: Juha Merimaa
Kuvat: Juha Merimaa ja CellMig Gallery, cellmig.org/gallery/
20.5.2026
Lue artikkeli PDF-muodossa.