ARPA-H tukee elinten tulostamista tarpeen mukaan 176 miljoonalla dollarilla

Elinpula ja tarpeen mukaan tehtävän biotulostuksen tarve

Elinluovutukset ovat keskeinen hoitokeino, joka pitää miljoonia ihmisiä hengissä. Pelkästään Yhdysvalloissa tehdään vuosittain lähes 50 000 elinsiirtoa. Elimiä ei silti ole tarpeeksi: Yhdysvalloissa kuolee päivittäin 13 ihmistä elinsiirtoa odottaessaan, ja valtakunnallisella odotuslistalla on yli 103 000 ihmistä.

Pulaa voidaan lievittää osittain lisäämällä elinluovutuksia, joiden edistäminen on edelleen tärkeä terveyspoliittinen tavoite. Sopivan luovuttajan löytäminen on kuitenkin usein yhtä suuri haaste kuin luovuttajien yleinen vähyys.

Ihannetapauksessa mahdollisuus ”tuottaa” mikä tahansa elin tarpeen mukaan olisi parempi ratkaisu. Sekään ei kuitenkaan yksin poistaisi yhteensopivuusongelmaa tai tarvetta käyttää immuunijärjestelmää heikentäviä hyljinnänestolääkkeitä. Siirretyt elimet myös toimivat yleensä lyhyemmän aikaa kuin alkuperäiset.

”Vaikka potilas saisi elinsiirron, elin toimii yleensä vain 15–23 vuotta. Hyljinnän estämiseksi tarvitaan koko loppuelämän ajan lääkkeitä, jotka ovat kalliita ja voivat aiheuttaa vakavia terveysongelmia.”

Nykytilanne johtaa myös huomattavaan eriarvoisuuteen hoitotuloksissa. Esimerkiksi pitkät etäisyydet ja veriryhmien yhteensopivuuden tarve vaikeuttavat hoitoon pääsyä erityisesti maaseudun asukkaille ja vähemmistöille. Tilastot osoittavat erot selvästi:

• Osuus odotuslistasta: Mustat amerikkalaiset muodostavat noin 28 % elinsiirtojen odotuslistasta, mutta heille tehtiin vuonna 2024 vain noin 23 % elinsiirroista.
• Erot elinsiirtojen saamisessa: Valkoiset amerikkalaiset muodostivat puolestaan noin 39 % odotuslistasta, mutta heille tehtiin lähes 49 % kaikista elinsiirroista.
• Luovuttajien saatavuus: Biologinen yhteensopivuus edellyttää usein etniseltä taustaltaan samankaltaisia luovuttajia, mutta luovutusmäärät vaihtelevat suuresti. Vuonna 2024 valkoisten osuus kaikista luovuttajista oli noin 67 %, mustien noin 13 % ja latinalaisamerikkalaistaustaisten noin 15 %.

Tarpeen mukaan valmistettavat elimet, jotka voitaisiin siirtää kenelle tahansa potilaalle taustasta riippumatta, tasaisivat näitä eroja merkittävästi.

Juuri tähän tähtää joukko rahoituspäätöksiä, jotka on tehnyt terveydenhuollon edistyneitä tutkimushankkeita rahoittava Advanced Research Projects Agency for Health (ARPA-H). Virasto kuuluu Yhdysvaltain terveysministeriöön (HHS). Se perustettiin vuonna 2022 kongressin myöntämällä miljardin dollarin määrärahalla, ja presidentti Joe Biden allekirjoitti sitä koskevan lain.

”Kaikille potilaille yhteensopivia elimiä ei ole koskaan aiemmin kehitetty elinsiirtojen historiassa. Tarkasti yhteensopivan ja toimivan ihmiselimen tulostaminen muuttaa perusteellisesti elinsiirtolääketieteen mahdollisuuksia ja pelastaa lukemattomia ihmishenkiä.”

– Alicia Jackson, tohtori, ARPA-H:n johtaja

Viraston yksilöllisiin, uudistaviin ja immuunijärjestelmän kanssa yhteensopiviin nanoteknologisiin kudoksiin keskittyvä PRINT-ohjelma pyrkii edistämään elinten tulostustekniikoita, jotka eivät edellytä immuunivastetta heikentäviä lääkkeitä.

”Tavoitteena on käyttää joko potilaan omia soluja tai biopankin soluja ja tuottaa nopeasti, muutamassa tunnissa, immuunijärjestelmän kanssa yhteensopivia korvaavia elimiä, kuten munuaisia, sydämiä ja maksoja.”

Mitä 3D-biotulostus on ja miksi elinten tulostaminen on vaikeaa?

3D-tulostus eli lisäävä valmistus on nykyään melko tuttu tekniikka. Se alkoi muovifilamenteista, ja nyt sitä voidaan käyttää yhä useampien materiaalien, myös metallien, kanssa. Seuraava kehitysaskel on elävien kudosten tulostaminen.

Kun soluja lisätään yksitellen monimutkaisiin kolmiulotteisiin rakenteisiin ja useisiin kerroksiin, 3D-biotulostuksella voidaan jäljitellä elinten tarvitsemaa tarkkaa muotoa ja rakennetta. Yksi ensimmäisistä onnistuneista periaatteen osoituksista tehtiin Wake Forestin yliopistossa vuonna 2016: toimiva ja elinkelpoinen 3D-tulostettu korva. (Biotulostuksesta voi lukea lisää tältä ARPA-H-rahoitusta saavan Wake Forestin yliopiston sivulta.)

Biotulostuksen markkinoiden arvo oli jo 2,91 miljardia dollaria vuonna 2025, vaikka käyttö painottuu toistaiseksi erikoissovelluksiin ja akateemiseen tutkimukseen. Markkinoiden ennustetaan kasvavan keskimäärin 12,54 prosenttia vuodessa vuoteen 2034 asti.

Ajatuksena on valmistaa elimiä joko potilaan omista soluista, jolloin immuunireaktion riski poistuu, tai biopankin soluista, joita on muokattu saman tuloksen saavuttamiseksi. Tekniikka on edistynyt viime aikoina muun muassa ultraääniohjatussa biotulostuksessa, haimasaarekkeiden biotulostuksessa diabeteksen hoitoon sekä ihon 3D-tulostuksessa laboratoriokokeisiin ja ihosiirteiksi.

Miten ARPA-H:n PRINT-ohjelma toimii?

Yleiskatsaus

Ohjelman tavoitteena on saavuttaa tähän asti toteutumatta jäänyt päämäärä: tulostaa ihmisen elimen kokoinen elin, jossa ovat kaikki solut, verisuonet ja kudosmateriaalit, joita tarvitaan sydämen toimintaan, veren suodattamiseen ja virtsan tuottamiseen munuaisen tavoin tai aineenvaihdunnan ylläpitämiseen maksan tavoin.

Ohjelma keskittyy nyt näihin kolmeen keskeiseen elimeen, mutta onnistumisia voitaisiin myöhemmin soveltaa myös haimaan ja keuhkoihin. PRINT-ohjelman kokonaisrahoitus on enintään 176,8 miljoonaa dollaria viiden vuoden aikana. Maksuerien tarkat määrät ja ajankohdat riippuvat siitä, saavuttavatko valitut tutkimusryhmät kunnianhimoiset välitavoitteensa nopeutetussa aikataulussa.

Ohjelma käynnistettiin vuonna 2024, ja tutkijoilta pyydettiin ehdotuksia kolmelle tekniselle osa-alueelle:

• Kaikkien tarvittavien elinsolutyyppien tuottaminen parhaasta solulähteestä tai parhaista solulähteistä.
• Elinten solutyyppien laajamittainen valmistus.
• Elinten biovalmistus ja elävissä organismeissa tehtävät kokeet, jotka mahdollistavat uuden tutkimuslääkkeen IND-hakemuksen.

Ohjelmaan valitut tutkimusryhmät julkistettiin tammikuussa 2026.

ARPA-H:n PRINT-rahoituksen saajat

Carnegie Mellon -yliopisto

Pittsburghissa sijaitseva yliopisto pyrkii kehittämään kustannustehokkaan biotulostetun maksan, joka ei herätä immuunivastetta ja on valmis ensimmäisiin ihmiskokeisiin viidessä vuodessa. Hanke on nimeltään LIVE eli Liver Immunocompetent Volumetric Engineering, ja se keskittyy immuunijärjestelmän kanssa yhteensopivan maksan tilavuuspohjaiseen valmistukseen.

Hanke saa ARPA-H:lta 28,5 miljoonaa dollaria.

Valmistettuja maksoja käytetään aluksi akuutin maksan vajaatoiminnan hoitoon. Pitkän aikavälin tavoitteena on hoitaa kaikkia maksan vajaatoiminnan muotoja.

”Valmistamamme maksa toimisi noin kahdesta neljään viikkoa. Se antaisi potilaan omalle maksalle aikaa uudistua, jolloin maksansiirtoa ei enää tarvittaisi ja luovutetut maksat vapautuisivat muiden potilaiden käyttöön.”

– Adam Feinberg, biolääketieteen tekniikan professori, Carnegie Mellon -yliopisto

Wake Forestin yliopisto

Pohjois-Carolinan Winston-Salemissa sijaitseva yliopisto pyrkii tuottamaan kliiniseen käyttöön soveltuvaa verisuonitettua munuaiskudosta, joka vahvistaa munuaissairauksista kärsivien potilaiden munuaistoimintaa.

Hankkeessa tehdään rinnakkain prekliinisiä kokeita ja laaditaan kaupallistamissuunnitelmaa. Näin tekniikan pitäisi toimia hyvin lääketieteellisesti ja olla myös taloudellisesti toteuttamiskelpoinen, tarjoten ”kustannustehokkaan ratkaisun maan kasvavaan luovutuselinpulaan”.

Wyss-instituutti

Bostonissa sijaitseva Harvardin tutkimusinstituutti kehittää aikuisten kantasoluista kliiniseen mittakaavaan soveltuvaa maksakudosta, joka sopii eri potilaille.

Lewisin laboratorio on kehittänyt myös SWIFT-menetelmän, jossa toimivaan kudokseen kirjoitetaan myöhemmin poistettavan materiaalin avulla. Sadattuhannet kantasoluista johdetut solurykelmät tiivistetään elinten rakennuspalikoista (OBB) koostuvaksi eläväksi matriksiksi, jossa on noin 200 miljoonaa solua millilitrassa.

Tutkimusryhmä keskittyy riittävän verisuonituksen muodostamiseen ja toivoo tekniikkansa auttavan monenlaisia maksan toimintahäiriöistä kärsiviä potilaita.

Kalifornian yliopisto San Diegossa

Yliopisto tulostaa maksoja paikallisen Allele Biotechnology -yrityksen tuottamista kantasoluista. Se saa tehtävään ARPA-H:lta noin 25 miljoonaa dollaria.

Maksa räätälöidään potilaan yksilöllisen anatomian ja fysiologian mukaan ilman luovuttajan kudosta tai immuunivastetta heikentäviä lääkkeitä. Ihannetapauksessa tämä varmistaa 3D-tulostettujen elinten pitkäaikaisen toiminnan ja liittymisen osaksi elimistöä.

”Meidän ja pursotustulostusta käyttävien ero on siinä, että tulostamme koko sivun kerralla. Se on todella 10 000 kertaa nopeampaa kuin heidän menetelmänsä.”

– Shaochen Chen, professori yliopiston Jacobs School of Engineering -yksikössä

Ihmiskokeiden odotetaan alkavan viiden vuoden kuluttua, jos kaikki etenee suunnitellusti.

Texasin yliopiston Southwestern Medical Center

Dallasissa sijaitseva yliopisto saa lähes 25 miljoonaa dollaria siirtovalmiin maksan kehittämiseen. Sen on tarkoitus hoitaa kaikki maksan tehtävät maksan vajaatoiminnasta kärsivillä potilailla. Ohjelman nimi on VITAL eli Vascularized Immunocompetent Tissue as an Alternative Liver: verisuonitettu, immuunijärjestelmän kanssa yhteensopiva kudos korvaavana maksana.

”UTSW:llä on vahva kiinteiden elinten siirto-ohjelma, joka juhli hiljattain tuhannetta maksansiirtoaan. Hanke on rohkea askel kohti parempaa potilashoitoa biolääketieteellisen innovaation avulla. Se kokoaa insinöörit, lääkärit ja tutkijat muuttamaan löydökset käytännön ratkaisuiksi ja rakentamaan tulevaisuutta, jossa toimivien elinten tulostaminen on todellisuutta.”

– Tohtori Samuel Achilefu, biolääketieteen tekniikan osaston ensimmäinen johtaja

Tämä tarkoittaa paitsi aineenvaihdunnallisesti toimivaa elintä myös verisuonten yhdistämistä uudelleen verenkierron palauttamiseksi sekä sappitiehyiden muodostamista nesteiden kuljettamiseen.

Miksi ARPA-H voisi nopeuttaa elinten tulostuksen kehitystä?

Elinten 3D-tulostus on ollut paljon huomiota saanut ajatus, joka etenee käytännön kliinisiin sovelluksiin hitaasti. Satojen miljardien solujen ja lukuisten monimutkaisten solualatyyppien muodostamien elinten rakentaminen vaatii nimittäin sellaisten yksityiskohtien hallintaa, jotka tunnetaan usein vielä huonosti.

Elimen suunnittelu alusta lähtien muistuttaa suihkumoottorin kokoamista tunnetuista osista ymmärtämättä tarkasti sen toimintaa. Onneksi elävät solut, erityisesti kantasolut, pystyvät järjestäytymään itsenäisesti kokonaiseksi elimeksi, mikä auttaa tutkijoita.

ARPA-H:n äkillinen rahoituspanostus alaan todennäköisesti nopeuttaa tulostettavien elinten kehitystä. Ne saattavat jopa olla tavanomaisia luovutettuja elimiä parempia.

Sijoittaminen 3D-biotulostukseen ja regeneratiiviseen lääketieteeseen

United Therapeutics

United Therapeuticsilla (UTHR ) on pitkä historia biotulostuksen edelläkävijänä. Se solmi merkittävän yhteistyösopimuksen 3D Systems Corporationin (DDD ) kanssa jo vuonna 2017.

Yhtiö keskittyy harvinaissairauksiin, kuten interstitiaalisiin keuhkosairauksiin (ILD), keuhkovaltimoverenpainetautiin (PAH) ja neuroblastoomaan, sekä loppuvaiheen keuhkosairauksiin.

Vaikka 3D-biotulostus on tärkeää yhtiön tulevaisuudelle, se on samalla myös perinteinen bioteknologiayritys. Tämä tuottaa yhtiölle yli 1,6 miljardia dollaria liiketoiminnan kassavirtaa viimeisten 12 kuukauden aikana ja vahvan kassavarannon. Niiden avulla se voi jatkaa innovaatioiden rahoittamista vaarantamatta nykyisten osakkeenomistajien asemaa liiallisella omistuksen laimentumisella.

Yhtiön liikevaihto on kasvanut tasaisesti 2020-luvulla pitkälti Tyvason myynnin ansiosta. Se on Yhdysvaltojen eniten määrätty prostasykliinivalmiste keuhkovaltimoverenpainetaudin (PAH) hoitoon, ja sen myynti kasvoi edelleen 10 prosenttia vuodentakaisesta vuonna 2025.

Biotulostuksessa yhtiö on yhä tutkimus- ja kehitysvaiheessa. Pisimmälle edennyt tuote liittyy keuhkonsiirtoihin, ja kehitteillä on myös korvaavia munuaisia ja maksoja.

Elinten ulkopuolella yhtiön tutkimus- ja kehitystyö keskittyy pääasiassa Tyvason käyttöaiheiden laajentamiseen myynnin kasvattamiseksi.

Kun 3D-tulostus saa enemmän huomiota ja tutkimusrahoitusta, United Therapeuticsin kaltaisilla yrityksillä saattaa olla selvä etulyöntiasema tekniikan varhaisen version kaupallistamisessa. Niillä on jo etumatkaa alalla ja kliinisiä tutkimuksia käynnistymässä. Ensimmäisiä tuotteita voi seurata useiden vuosikymmenten kehitystyö sekä siihen liittyviä uudistettuja tai uusia patentteja.

United Therapeuticsin (UTHR) osakkeen uusimmat uutiset ja kehitys