Geeniteknologiaan perustuva vasta-ainemuokkaus on bioteknologian professori, InFLAMES-ryhmänjohtaja Urpo Lamminmäen tutkimusryhmän keskeinen tutkimusalue. Siinä missä biologit tunnistavat ja tutkivat asioita, jotka ovat jo olemassa, Lamminmäen ryhmä luo sellaista, mitä ei vielä ole olemassa.

­– Teemme paljon soveltavaa tutkimusta. Kehitämme muun muassa uusia menetelmiä ja työkaluja vasta-aineiden valmistamista varten ja sovellamme niitä tiettyyn tarkoitukseen räätälöityjen vasta-aineiden tuottamiseen, Urpo Lamminmäki kertoo työhuoneessaan Medisiina D:ssä. Ollaan Turun yliopiston bioteknologian laitoksen tiloissa.

Lamminmäki sanoo, että hänen ryhmänsä työ poikkeaa melkoisesti perusbiologisesta tutkimuksesta.

– Jos biologiassa ollaan kuin tutkimusmatkailijoita ja etsitään jotain, mitä on jo olemassa, ja haetaan selitystä sille mikä löydetään. Me olemme ehkä lähempänä insinöörejä, koska pyrimme luomaan jotain, jota ei vielä ole olemassa.

Vasta-aineilla on pitkä historia

Lamminmäen ryhmän luomukset ovat vasta-aineita. Ne ovat proteiineja, jotka tunnistavat ja sitoutuvat elimistölle haitallisiin aineisiin, kuten viruksiin tai bakteereihin, ja auttavat kehoa taistelemaan niitä vastaan.

Vasta-aineiden historia on pitkä. Jo ennen kuin niiden biologiaa ymmärrettiin kunnolla, niitä käytettiin hyväksi sairauksien ehkäisyssä. Taannoisessa professoriluennossaan Lamminmäki kertoi, että 1880-luvulla tutkijat havaitsivat, että bakteerin tuottamilla toksiineilla rokotetun eläimen veren siirtäminen rokottamattomalle eläimelle suojasi sitä bakteeri-infektiolta. Tutkimuksen tulosten perusteella alettiin tuottaa lääkettä kurkkumätään menetelmällä, jossa kurkkumätäbakteerien toksiinilla rokotettujen hevosten verestä eristettiin tautia ehkäisevää seerumia.

Vasta-aineiden tarkka rakenne ja sitoutumismekanismi selvitettiin 1960-luvulla ja vasta seuraavan vuosikymmenen aikana opittiin ymmärtämään syvällisesti geneettiset mekanismit, jotka tuottavat vasta-aineiden monimuotoisuuden.

Vasta-ainekirjastossa voi olla miljardeja vaihtoehtoja

Luonnollisesti tuotettujen vasta-aineiden ominaisuuksia määrittäviä immunosysteemin toiminnot, mikä voi hankaloittaa tiettyyn biotekniseen tai lääketieteellisen käyttötarkoitukseen soveltuvan vasta-aineen kehitystä..  Lisäksi niihin liittyvät eläinkokeet, joista tiedemaailma pyrkii eroon. Modernin tieteen ratkaisu näihin ongelmiin ovat geeniteknologia ja sen avulla syntyvät keinotekoiset vasta-aineet. Niistä kootut vasta-ainekirjastot ovat kokoelmia erilaisia vasta-aineita tai niiden osia. Niitä on näissä kokoelmissa miljoonia tai jopa miljardeja.

– Me olemme jo pidemmän aikaa kehittäneet tällaisia vasta-ainekirjastoja ja parhaillamme pyrimme kehittämään jo luomiamme kirjastoja yhä paremmiksi. Siten niiden avulla voi löytyä aivan uuden tyyppisiä ratkaisuja, jotka toimivat esimerkiksi monimutkaisempien biologisten lääkkeiden kehitystyössä, Urpo Lamminmäki kertoo.

Vasta-ainekirjastoja käytetään myös diagnostiikkakehityksessä ja ne ovat ylipäätään tärkeitä ”työkalupakkeja” biologisille ja lääketieteelliselle tutkimukselle.

Biologiset lääkkeet ovat vasta-aineita

Biologiset vasta-ainelääkkeetovat mullistaneet monien sairauksien hoidon. Hyvänä esimerkkinä ovat reumataudit, joissa sairaus voidaan saada lääkityksellä jopa täyteen remissioon.

Biologisten lääkkeiden kehitys edellyttää vasta-aineen rakenteen kokonaisvaltaista suunnittelua ja muokkaamista halutunlaisten toiminallisuuksien ja ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Hyvän spesifisyyden ja voimakkaan sitoutumiskyvyn lisäksi lääkinnällisiltä vasta-aineilta vaaditaan monia muita ominaisuuksia.  

– Alallamme puhutaan paljon niin sanotusta developabilitystä eli kehitettävyyspotentiaalista, joka on arvio siitä, kuinka luotettavasti lääkemolekyylikandidaatti käyttäytyy, tai kuinka suurella todennäköisyydellä siitä voi tulla toimiva lääke. Tämä riippuu monista vasta-aineen kemiallisista ja fysikaalisista ominaisuuksista.

– Oletetaan, että meillä on vasta-ainemolekyyli, joka näyttää biologisesti kiinnostavalta eli se vaikuttaa haluamaamme biologiseen funktioon vaikkapa estävästi. Mutta tämä ei vielä välttämättä tee siitä lääkettä, vaan sen pitää olla molekyyli, joka ei esimerkiksi saostu helposti suurissakaan pitoisuuksissa. Sen pitää myös kestää säilytystä ja sitä pitää pystyä tuottamaan ja annostelemaan järkevästi. Näitä asioita voi jo pyrkiä ratkaisemaan siinä vaiheessa, kun rakentaa vasta-ainekirjastoa eli pyrimme varmistamaan, että siellä on molekyylejä, jotka mahdollisimman hyvin soveltuisivat lääkkeeksi.

Kuka sitten tarvitsee uusia vasta-aineita ja vasta-ainekirjastoja? Pitkäjänteistä tutkimustyötä tekevät tutkimusryhmät ja yritykset, joilla on meneillään tuotekehitysprosesseja, on vastaus. Lamminmäen Antibody Engineering Group tekeekin yhteistyötä sekä akatemian että yritysmaailman kanssa. Ryhmässä työskentelee 13 tutkijaa.

Liisa Koivula