Riku Klen ja Tiina Saanijoki kurkistavat PET-laitteen aukosta.

Kuvantamisella näkymätön muuttuu näkyväksi

31.10.2022

Turkua voi hyvällä syyllä kutsua Suomen ja koko Euroopan kuvantamisen pääkaupungiksi. Turussa sijaitsevat sekä eurooppalaisen biokuvantamisen Euro-BioImaging-tutkimusinfrastruktuurin pääkonttori että kansallinen PET-keskus, joka on yksi maanosan tärkeimmistä lääketieteellisen kuvantamisen keskuksista.

Kuvantamisella viitataan paitsi lääketieteellisen kuvantamisen tekniikoihin, kuten PET- ja magneettikuvaukseen, myös kehittyneisiin mikroskopiatekniikoihin, joilla modernin optiikan, lasereiden ja tietokoneohjelmistojen avulla voidaan esimerkiksi nähdä reaaliajassa, miten virus tunkeutuu soluun tai analysoida syöpäsolujen liikkeitä.

Turulla on pitkä historia kuvantamisen tekniikoiden kehittämisessä ja Turku on toiminut kansainvälisestikin esikuvana siinä, että kuvantaminen on kaikkien sitä tarvitsevien ulottuvilla.

– Euro-BioImaging on Euroopan laajuinen kuvantamisinfrastruktuuri, joka muodostuu eri maissa olevista noodeista, eli palvelukeskuksista, joihin tutkijat eri maista voivat tulla tekemään omaa tutkimustaan. Jos tutkija ei löydä tarvittavaa teknologiaa omasta yliopistostaan tai yrityksestään, hän voi hakeutua mihin tahansa Euro-BioImagingin palvelukeskuksista, kertoo Turku BioImagingin lääketieteellisen kuvantamisen tutkimuspäällikkö Tiina Saanijoki.

Riku Klen ja Tiina Saanijoki kurkistavat PET-laitteen aukosta.

Riku Klén ja Tiina Saanijoki ovat omassa tutkimuksessaan keskittyneet erityisesti PET-kuvantamiseen.

Saanijoki toimii Euro-BioImagingin Suomen biolääketieteellisen kuvantamisen noodin koordinaattorina. Omassa tutkimuksessaan hän on tarkastellut PET-kuvantamisella liikunnan aikaansaamaa mielihyvää aivoissa.

Suomessa Euro-BioImagingiin kuuluu kuusi yliopistoa ja kolme yliopistollista sairaalaa ja se on yksi Euroopan suosituimmista kuvantamisen palvelukeskittymistä. Kuvantamisen teknologiat maksavat paljon ja ne vaativat todella korkean tason osaamista. Euro-BioImagingin tavoitteena on tuoda teknologia saataville yhden luukun periaatteella.

– Laajan infrastruktuurin avulla tutkimuskysymyksen voi määritellä vapaammin, kun välineet vastausten löytämiseen ovat kaikkien saatavilla. Tämä taas mahdollistaa paremmat ja hyödyllisemmät tutkimustulokset, Saanijoki sanoo.

Biokuvantaminen mahdollistaa lääkekehityksen

Euro-BioImaging ja valtakunnallinen PET-keskus tarjoavat palveluita niin tutkijoille kuin esimerkiksi lääketeollisuudelle. Avoimesti saatavilla olevat kuvantamispalvelut parantavat myös pienempien yritystoimijoiden tutkimusedellytyksiä, kun kallista laitteistoa ja erityisosaamista ei tarvitse olla omasta takaa. Esimerkiksi PET-keskus on jo pitkään tehnyt yhteistyötä niin kansainvälisten lääkejättien kuin paikallisten startup-yritysten kanssa.

Biokuvantaminen on biolääketieteen alan yksi tärkeimmistä menetelmäkokonaisuuksista, johon lähes kaikki nykyaikainen lääkekehitys ja muu alan tutkimus nojautuu jossain vaiheessa kehitystyötä. Kuvantamisella voidaan tutkia sairauksien syntymekanismeja ja niiden taustatekijöitä. Sillä voidaan tunnistaa myös erilaisia lääkehoidon kohteita, kuten sitä, mihin soluihin lääkeaineilla halutaan vaikuttaa, miten erilaiset virukset vaikuttavat soluihin tai mikä proteiini saa soluissa aikaan halutun vaikutuksen.

"Kuvantamisella voidaan tutkia, sitoutuuko lääkeaine haluttuun kohteeseen ja kuinka voimakas vaikutus sillä on."

– Tiina Saanijoki

– Kun ollaan tunnistettu kohde, on lääkemolekyylikandidaatteja, joista tutkitaan, mikä niistä vaikuttaa halutulla tavalla. Kuvantamisella voidaan tutkia, sitoutuuko lääkeaine haluttuun kohteeseen ja kuinka voimakas vaikutus sillä on. Pystymme myös selvittämään, miten molekyyli jakautuu elimistössä ja löytääkö se tiensä sinne, minne pitää, vai jääkö se esimerkiksi verenkiertoon. Voisi sanoa, että kuvantamisella saadaan näkymätön näkyväksi, Saanijoki avaa.

Violetti pet-kuva.

Koe-eläintutkimukset tarjoavat tärkeää tietoa sairauksien syntymekanismeista ja ne ovat merkittävä osa myös alkuvaiheen lääkekehitystä. Kuvassa stereomikroskoopilla kuvattu hiiren alkio. Kuva: Ciarán Butler-Hallissey (Turun Biotiedekeskus).

Saanijoen mukaan Turussa tehdään maailmanluokan bio- ja lääketieteen sekä bioteknologian tutkimusta osittain siksi, että meillä on osattu panostaa huipputason tutkimuslaitteistoon ja osaamiseen, mutta myös loistavat kohorttiaineistot ja monialainen yliopisto sekä tärkeät kansainväliset kontaktit luovat mainiot edellytykset niin laadukkaalle perustutkimukselle kuin hoidolliselle tutkimukselle.

– PET-keskuksessa on lisäksi ainutlaatuinen radiolääkeaineiden tarjonta, mikä erottaa meidät muista tutkimuslaitoksista myös maailmanlaajuisesti. Turussa on lisäksi korkean tason osaamista esimerkiksi valomikroskopiassa, kuva-analyysissä ja matematiikan sekä tekoälyn saralla, mikä mahdollistaa todella monipuolisesti erilaisia tutkimuskysymyksiä.

Koko kehon PET-kamera avaa uusia mahdollisuuksia tutkimukseen ja hoitoon

Tuore esimerkki Turun poikkeuksellisista tutkimusinfrastruktuureista on koko kehon PET-kamera, joka otettiin käyttöön valtakunnallisessa PET-keskuksessa viime keväänä.

– Uusien laitteiden käyttöönotto vaatii aina myös uusien menetelmien kehittämistä. Tänä päivänä se edellyttää matematiikan ja ohjelmistokehittämisen osaamista, sanoo PET-keskuksen apulaisprofessori Riku Klén.

"Uusien laitteiden käyttöönotto vaatii aina myös uusien menetelmien kehittämistä."

– Riku Klén

Klén on taustaltaan matemaatikko ja nyt hänen tutkimusryhmänsä on keskittynyt ottamaan koko kehon PET-kamerasta kaiken hyödyn irti. Ryhmä kehittää uuden PET-kameran kuvantamismenetelmiä, kuvien mallinnusta ja erilaisia ohjelmistoja, jotka liittyvät laitteiden hyödyntämiseen. Kuvantamisesta syntyy niin paljon dataa, että sen jäsentämiseksi ja analysoimiseksi tarvitaan tekoälyä, eli algoritmista tiedonhallintaa ja koneoppimisen menetelmiä.

– Koko kehon PET-kameralla on valtava potentiaali tutkimus- ja potilaskäytössä. Vanhoilla PET-kameroilla saatiin kuvattua vain noin 20–25 senttimetrin siivuja kerrallaan. Nyt olemme murroksen äärellä, sillä koko kehon PET-kameralla voidaan kuvata esimerkiksi aivoja ja sydäntä samaan aikaan, mikä mahdollistaa uudenlaisia tutkimusasetelmia ja entistä paremman hoidon terveydenhuollossa. Jos potilas tulee sairaalaan rintakivun kanssa, kyseessä voi olla esimerkiksi sydäninfarkti, mutta ongelma voi olla myös aivoissa tai muualla kehossa. Uudella PET-kameralla näemme koko kuvan. Potilaille uusi laite merkitsee pienempää sädeannosta ja lyhempää kuvausaikaa.

Pet-kuva, jossa vihreän ja sinisen värisiä soluja.

Rintasyöpäsolujen leviämistä voidaan kuvantaa spinning disk -konfokaalimikroskoopilla. Kuva: Guillaume Jacquemet (Åbo Akademi)

Klén kertoo hänen ryhmänsä tekevän myös tiivistä yhteistyötä Tyksin lääkäritutkijoiden kanssa. Ryhmän tavoitteena on luoda kliinisiä apuvälineitä paremman diagnostiikan ja hoidon takaamiseksi.

– Olemme esimerkiksi kehittäneet PET-kuvantamiseen uudenlaisen kiihtyvyysanturiin perustuvan mittalaitteen, jolla pystytään seuraamaan sydämen ja keuhkojen liikettä ja kompensoimaan liikkeestä tulevaa epätarkkuutta kuvissa.

Teksti: Heikki Kettunen
Kuvat: Hanna Oksanen, Ciarán Butler-Hallissey & Guillaume Jacquemet

Artikkeli on julkaistu Aurora-lehdessä 2/2022.

Luotu 31.10.2022 | Muokattu 31.10.2022