Nanoteknologia ja sen mahdollisuudet ovat puhuttaneet laajalti vuosituhannen vaihteesta saakka. Onkin nanoteknologian ansiota, että laboratorioissa kasvatetusta lihasta, 3D-tulostetuista elimistä ja eläinkokeettomasta kosmetiikasta on tullut jo todellisuutta.
3D-soluviljely tuskin on ensimmäinen asia, joka tulee mieleen selluloosan mahdollisia loppukäyttökohteita ajatellessa. UPM:n viimeisen vuosikymmenen aikana kehittämä GrowDex®, koivukuiduista ilman eläinperäisiä komponentteja valmistettu hydrogeeli, on kuitenkin juuri tämän alueen innovaatio. Valmistusprosessissa raaka koivupuu jalostetaan ensin selluloosaksi, jonka jälkeen selluloosakuiduista valmistetaan nanoselluloosageeliä.
Uudentyyppinen materiaali
EU:ssa on säädetty eläinten käytön mahdollisimman kattavasta lopettamisesta uusien lääkkeiden valmistuksessa sekä kosmetiikkatuotteiden testaamisessa. UPM:n teknologian strategiasta ja uuden liiketoiminnan kehityksestä vastaava johtaja Pekka Hurskainen arvioikin, että UPM:llä uskotaan ”tämän tyyppiselle, puupohjaisesta materiaalista kehitetylle hydrogeelille olevan kysyntää”.
”Kilpailijoidemme kehittämät vaihtoehdot ovat joko synteettisiä tai eläinperäisiä, joten meidän tuotteemme eroaa niistä huomattavasti”, hän selittää. ”Lisäksi puumme on peräisin kestävistä ja vastuullisesti hoidetuista metsistä, ja yksi valteistamme asiakkaiden keskuudessa onkin ollut se, että raaka-aineellamme on sekä FSC- että PEFCTM -sertifikaatit.”
Vaikka UPM käynnisti nanoselluloosan ja sen sovellusten kehittämiseen kohdistuvat tutkimukset varhaisessa vaiheessa, materiaalin todellinen potentiaali paljastui vasta paljon myöhemmin.
Innovaation vaiheet
UPM aloitti nanoselluloosan tutkimisen perustettuaan kumppaneidensa VTT:n ja Aalto-yliopiston kanssa Suomen nanoselluloosakeskuksen Espoon Otaniemeen vuonna 2008.
”Alun perin ajattelimme, että nanoselluloosaa voitaisiin käyttää joissakin paperituotteistamme joko vahvistamaan paperin laatua tai jonkinlaisena pinnoitteena”, Hurskainen kertoo.
Myöhemmin samana vuonna UPM suoritti ensimmäiset solukasvatuskokeet yhteistyössä Helsingin yliopiston kanssa, mikä toimi lähtölaukauksena GrowDexin biolääketieteellisille sovelluksille.
Ensimmäinen GrowDexia käsittelevä tieteellinen artikkeli julkaistiin vuonna 2012. Tutkimustyötä jatkettiin ja GrowDex-hydrogeeli lanseerattiin vuonna 2014.
3D-soluviljelyn vahva tuleminen
Solujen viljely on solujen kasvattamista niiden luonnollisen ympäristön ulkopuolella, tarkkaan säädellyissä laboratorio-olosuhteissa. Kasvatuksessa hyödynnetään sekä 2D- että 3D-menetelmiä.
”3D-menetelmien suosio on huomattavassa kasvussa, sillä niiden avulla solun luonnollista kasvuympäristöä voidaan jäljitellä paremmin kuin 2D-tekniikoilla. 3D-viljelyä pidetään yleisesti myös biologian näkökulmasta käyttökelpoisempana. Se edustaa uuden ajan soluviljelyä”, Hurskainen selittää. ”Kun selvitimme erilaisten sovellusten liiketoimintamahdollisuuksia ja markkinapotentiaalia, 3D-soluviljely osoittautui lupaavimmaksi.”
Näiden seikkojen valossa UPM päätyi viemään GrowDexin erityisesti biolääketieteellisille markkinoille.
”Soluviljelyn markkinat ovat suuret, arvoltaan 12 miljardin euron luokkaa, ja niiden kasvu on nopeaa. Myös 3D-viljelyn alue on varsin terveessä kasvussa: sen tämänhetkinen arvo on 3 miljoonaa euroa ja kasvuvauhdin arvioidaan olevan 20-30 % välimaastossa”, hän lisää.
Biolääketieteellisiä sovelluksia
GrowDex-hydrogeeli on bioyhteensopiva, ja sellaisena se tarjoaa otollisen kasvualustan soluille sekä hyvät edellytykset solujen kasvun ja muuntumisen tutkimukselle. Niin soluja, sferoideja (minikasvaimia) kuin koepalojakin voidaan viljellä GrowDex -matriiseissa ja hyödyntää esimerkiksi uusien lääkkeiden vasteiden tai räätälöidyn syöpälääkityksen tutkimuksessa.
GrowDexia voidaan käyttää myös 3D-tulostuksessa, ja yhdessä solujen kanssa se mahdollistaa kudosten ja muiden solurakenteiden viljelyn. Ihmisen kantasoluista kasvatetut kudosmallit tarjoavat paitsi vaihtoehdon eläinkokeille myös soveltuvampaa tutkimustietoa lääkkeiden, kemikaalien ja kosmetiikan testauksessa. GrowDexia on mahdollista tulevaisuudessa hyödyntää myös kudosteknologian alueella: hydrogeeliä ja soluja yhdistämällä on mahdollista valmistaa implantteja ja muita elimistön rakenteita, joita voitaisiin tulevaisuudessa käyttää vaurioituneiden kudosten korjaamiseen.
3D:ssä on tulevaisuus
3D-soluviljely soveltuu laajasti eri tarkoituksiin, eläinlääketiede mukaan lukien. Tällä hetkellä UPM kuitenkin keskittyy ihmisiin kohdistuvaan tutkimukseen, sillä luotto hydrogeelien lääketieteelliseen potentiaaliin on vahva.
”Soluviljelyä hyödyntävät lääkealan yritykset, bioteknologiayritykset, tutkimuslaitokset sekä sairaalat. Sitä käytetään pääasiassa solututkimukseen, tautimallien kehittämiseen, turvallisuustestaukseen, lääkkeiden luomiseen ja kehittämiseen sekä regeneratiivisen lääketieteen ja kudosteknologian tarpeisiin”, sanoo Hurskainen.
”Jo olemassa olevista sovellusaloista merkittävimpiä ovat syöpätutkimus, lääkeainetestaus, kantasolututkimus ja regeneratiivinen lääketiede”, hän lisää. ”Mutta jos ajattelemme pidemmän aikavälin mahdollisuuksia, hydrogeelien potentiaali ulottuu pitkälle kliinisten sovellusten alueelle, kuten haavanhoitoon, implanttien kasvatukseen ja diagnostiikkaan.”
Lue lisää: UPM Biomedicals
Lue lisää: UPM Pulp
Teksti: Saana Kallioinen
