Onko tässä laboratorion tulevaisuus?

Julkaistu 14.09.2017
Teksti Virpi Ekholm
Kuvat Emil Bobyrev ja Mikko Mäkelä
Tämä pikkuruinen, kehoon asennettava anturi voi kertoa, jos leikkaushaava tulehtuu ja aiheuttaa painetta kudokseen. Professori Jukka Lekkala Tampereen teknillisestä yliopistosta uskoo, että puettava tai jopa ihon alle asennettava teknologia yleistyy tulevaisuudessa.
Tämä pikkuruinen, kehoon asennettava anturi voi kertoa, jos leikkaushaava tulehtuu ja aiheuttaa painetta kudokseen. Professori Jukka Lekkala Tampereen teknillisestä yliopistosta uskoo, että puettava tai jopa ihon alle asennettava teknologia yleistyy tulevaisuudessa.

Villeimmissä visioissa perinteisiä laboratorioita ei tarvita enää lainkaan, kun mittaaminen siirtyy kotiin puettaville, kannettaville tai jopa ihon alle asennettaville laitteille. Tarvitaan kuitenkin vielä paljon tutkimusta ja tuotekehitystä, ennen kuin uusi tekniikka uhkaa nykyistä laboratoriotoimintaa.

Pyöreä, lähes läpinäkyvä anturi on noin kymmensenttisen kokoinen. Tämä pieni laite voidaan asentaa yhdessä kudosimplantin kanssa kehoon, jossa se mittaa implantin toimintaa tai painetta ja seuraa esimerkiksi leikkaushaavan paranemista. Tulokset luetaan elimistön ulkopuolelta, muutaman senttimetrin päästä. Anturi on lisäksi biohajoava, eli se hajoaa elimistöön, kun sitä ei enää tarvita.

Professori Jukka Lekkala esittelee biohajoavaa paineanturia Tampereen teknillisen yliopiston systeemitekniikan laitoksella. Lekkala on erikoistunut sensoriteknologiaan ja biomittaamiseen: siihen, miten ihmisten terveyttä voisi seurata pienten nykyaikaisten mittalaitteiden, kuten tämän anturin avulla. Jo nyt moni meistä kantaa ranteessaan aktiivisuusmittaria, joka kertoo, nukummekotai liikummeko riittävästi. Tiedot välittyvät verkkosovellukseen, jota käyttäjä voi tarkastella esimerkiksi tietokoneella tai älypuhelimella.

Tapahtuuko sama vallankumous seuraavaksi laboratoriokokeissa? Tarvitaanko perinteisiä kliinisiä laboratorioita tulevaisuudessa enää lainkaan, kun mittaaminen siirtyy kotiin puettaville, kannettaville tai jopa ihon alle asennettaville laitteille?

Näen, että laboratorio säilyy, koska toiminta on niin laadukasta ja kontrolloitua näytteenotosta lopulliseen analyysiin, Lekkala aloittaa.

Mutta kuka tietää? Tarvitaan vain, että joku tekee todella hyvän keksinnön ja pystyy yksinkertaisesti ilmaisemaan näytteen molekyylirakenteen. Teknologinen kehitys on niin arvaamatonta, että seuraavaa suurta edistysaskelta on mahdoton ennustaa, hän pohtii.

Dosentti Markus Metsälän mukaan hengitystestejä kehitetään perinteisen laboratorion rinnalle, nopeuttamaan ja helpottamaan diagnostiikkaa
Dosentti Markus Metsälän mukaan hengitystestejä kehitetään perinteisen laboratorion rinnalle, nopeuttamaan ja helpottamaan diagnostiikkaa

Erittäin haastava tehtävä

Ennen kuin ihon alle asennettu mikrosiru voisi seurata terveyttämme jatkuvasti, tutkijoilla on vielä monta ongelmaa ratkottavana. Puettavat sykemittarit, aktiivisuusrannekkeet ja unta seuraavat anturit toimivat, koska ne perustuvat yksinkertaisiin fysikaalisiin mittauksiin: paineeseen, kiihtyvyyteen ja nopeuteen.

Ihmisen fysiologinen mittaaminen, kuten sydämen sähköisen toiminnan EKG-mittaus, on jo astetta haastavampaa. Esimerkiksi juostessa anturiin kohdistuu niin paljon häiriöitä, että laitteen algoritmit eivät välttämättä osaa niitä korjata.

Biokemialliset mittaukset ovat Jukka Lekkalan mukaan vielä huomattavasti hankalampia.

Pienen anturin pitäisi ensin tunnistaa mitattava molekyyli veren sadoista muista yhdisteistä. Sen pitäisi kertoa, kuinka paljon kyseisiä molekyyleja on ja suhteuttaa se näytteen tilavuuteen, jotta saadaan selville aineen pitoisuus, hän luettelee.

Useimmat laboratoriomittaukset perustuvat pitoisuuksien viitearvoihin, joiden ylittyminen kertoo sairaudesta tai sen riskistä. Ei siis riitä, että anturi löytää tietyt molekyylit, vaan myös näytemäärä tulee tunnistaa tarkasti. Se ei olekaan aivan helppo tehtävä, jos anturi asennetaan ihon alle.

Diplomi-insinööri Teemu Tomberg (vas), dosentti Markku Vainio, professori Lauri Halonen ja dosentti Markus Metsälä tutkivat hengitysilman molekyyleja Helsingin yliopiston fysikaalisen kemian laboratoriossa.
Diplomi-insinööri Teemu Tomberg (vas), dosentti Markku Vainio, professori Lauri Halonen ja dosentti Markus Metsälä tutkivat hengitysilman molekyyleja Helsingin yliopiston fysikaalisen kemian laboratoriossa.

Vieras esine – se pitää tuhota!

Jukka Lekkalan mukaan tutkijat ovat yrittäneet kehittää ihon alle asennettavaa mikrofluidistista sirua, jonka sisällä nestemäinen näyte kiertäisi ja mikroskooppiset anturit mittaisivat molekyylien pitoisuutta. Tutkimukset ovat kuitenkin törmänneet kahteen isoon ongelmaan: mistä näytettä kierrättävä pumppu saa virtansa ja miten estetään mikrosirun tukkeutuminen elimistössä.

Kehomme näkee laitteen vieraana esineenä, joka pitää tuhota. Se ympäröi laitteen sidekapselilla ja yrittää kaikin keinoin poistaa sen.

Lekkala huomauttaa, että nykyiset kotona tehtävät laboratoriotestit – esimerkiksi raskaustestit ja verensokerimittaukset – sisältävät aina jonkin kertakäyttöisen osan. Kun näyte on kerran imeytynyt raskaustestin tikkuun tai verensokerimittarin liuskaan, sitä ei saa sieltä enää pois. Ihon alle tällaisia kertakäyttöisiä osia olisi mahdoton asentaa, ja siksi näytteen tulisi kiertää paitsi sisälle mikrosiruun, myös sieltä pois. Ongelmana on myös mittausten laadun varmistaminen. Ihmisen sisällä olisi mahdoton ajaa kontrollinäytteitä.

Ainoa mahdollisuus kontrolloida tuloksia on ottaa silloin tällöin verinäytteitä ja tutkia niitä jollain muulla menetelmällä. Verinäytteiden tarve ei siis varmasti poistu koskaan, Lekkala povaa.

Koska biokemiallisten testien vieminen ihmiskehoon on niin vaikeaa, Lekkala odottaa enemmän optisilta, molekyylien spektriä mittaavilta laitteilta. Sellaista on yritetty kehittää esimerkiksi verensokerin mittaamiseen silmänpohjan verisuonista.

Tulos voitaisiin lukea kehon ulkopuolelta älypuhelimella samalla tekniikalla, jota käytetään esimerkiksi kauppojen lähimaksamisessa, hän visioi.

Hengitysilma voi paljastaa sairauden

Helsingin yliopiston kemian laitoksella on perjantaisena iltapäivänä hiljaista. Fysikaalisen kemian laboratoriossa on kuitenkin tutkimustyö käynnissä: täällä testataan, millä tavoin hengitysilmasta voidaan mitata erilaisia molekyylejä mahdollisimman luotettavasti. Erityisesti tutkimusryhmää kiinnostavat hengityksen ammoniakki, jota voidaan käyttää dialyysihoidon seurannassa, sekä vetysyanidi, joka voi kertoa vaarallisesta Pseudomonas aeruginosa -sairaalainfektiosta. Miksi tällaisia testejä tarvitaan, dosentti Markus Metsälä?

Hengitystestit ovat mukavampia ja vaivattomampia kuin verikokeet, ja tulokset saadaan yleensä reaaliaikaisesti tai hyvin nopeasti. Ne mahdollistavat myös pitkäaikaisen seurannan, sillä hengitysnäytteitä voidaan tuottaa jatkuvasti, Metsälä kuvailee.

Metsälän ryhmä käyttää tutkimuksissaan laserspektroskopiaa, jossa käytetään hyväksi kaasumaisten molekyylien vuorovaikutusta lasersäteilyn kanssa. Se on hyvin herkkä ja tarkka menetelmä havaitsemaan pienetkin molekyylimäärät hengitysilmasta. Maailmalla tutkitaan myös monia muita hengitysilmaa analysoivia menetelmiä, kuten puolijohdetekniikkaa. Näitä menetelmiä on mahdollista kehittää varsin pieniinkin laitteisiin, mutta ne eivät yleensä tunnista molekyylejä yhtä tarkasti kuin lasersäde.

Anton Kontunen (vas.) ja Ville Nieminen kehittävät keinotekoista hajuaistia TTY:n systeemitekniikan laitoksella. Niemisen kädessä oleva ”keinonenä” voi haistaa esimerkiksi eturauhassyövän tai bakteeritulehduksen virtsanäytteestä.

Tuoksut voivat pian kantautua maailman ääriin

Tampereen teknillisen yliopiston systeemitekniikan laitoksella on viime aikoina tuoksunut jasmiini. Syynä on Suomen Akatemian rahoittama Digital Scents -tutkimushanke, jossa kehitetään keinotekoista hajuaistia ja muunnetaan tuoksuja digitaaliseen muotoon. Tämän jälkeen ne voidaan tuottaa uudelleen tarkoin hallittavalla itseoppivalla tuoksusyntetisaattorilla.

Meillä on tarkoitus lähettää tämän vuoden loppuun mennessä tuoksu Hervannasta Tampereen yliopistoon. Täksi tuoksuksi on valittu jasmiini, koska se voidaan tuottaa synteettisesti muutamasta komponentista, professori Jukka Lekkala paljastaa.

Tulevaisuudessa keinonenän j tuoksusyntetisaattorin voisi liittää esimerkiksi älypuhelimeen. Näin kännykällä voisi välittää paitsi kuvaa ja ääntä, myös tuoksuja.

Toiselle puolelle maailmaa voisi välittää vaikka kotona paistetun pullan tai piparin tuoksun, Lekkala tunnelmoi.

Digital Scents -hankkeen vastuullinen johtaja on professori Veikko Surakka Tampereen yliopiston informaatiotieteiden yksiköstä. TTY:ltä mukana on myös professori Pasi Kallion ryhmä, joka kehittää syntetisaattoria. Lisäksi yhteistyökumppaneita ovat suomalaisyritykset Environics ja Kenzen.

Lekkala on mukana myös Olfactomics-yrityksessä, joka kehittää keinotekoista hajuaistia lääketieteen tarpeisiin. Tutkimuksissa on jo havaittu, että tekniikalla on mahdollista tunnistaa eturauhassyöpä tai bakteeritulehdus virtsanäytteestä.

Sovellus on mahdollista saada kliiniseen käyttöön

Ei laboratorion tilalle, vaan rinnalle

Kliinisessä käytössä on Markus Metsälän mukaan jo noin kymmenen hengitystestiä. Suomessa käytössäon ainakin testit helikobakteerindiagnosointiin ja astman hoitotasapainon seurantaan. Kehitteillä on hengitystestejä esimerkiksi keuhkosyövän toteamiseen tai veren sokeripitoisuuden seuraamiseen. Montaa muutakin sovellusta tutkitaan, mutta niiden saamista kliiniseen käyttöön on vaikea ennustaa.

Ongelmana ei ole niinkään itse mittaustekniikan kehittäminen vaan se, että tekniikoita tulisi tutkia riittävän suurilla potilasryhmillä, Metsälä toteaa.

On myös tärkeää tutkia niitä mekanismeja, joilla molekyylit hengitysilmaan välittyvät. Metsälän oma ryhmä on esimerkiksi havainnut, että hengitysilman ammoniakki on peräisin syljestä, ei suoraan keuhkoista. Siksi potilaan suun yksilölliset ominaisuudet voivat vaikuttaa mittaustuloksiin. Metsälä ei usko, että hengitystesteistä tulisi koskaan yleispätevää testiä, joka syrjäyttäisi perinteiset laboratoriokokeet. Sen sijaan niitä kehitetään perinteisen laboratorion rinnalle, nopeuttamaan ja helpottamaan diagnostiikkaa.

Ehkä suurin markkina voisi olla elämäntapoihin liittyvillä hengitystesteillä, joissa tuloksen ei tarvitse olla niin lääketieteellisen tarkka. Esimerkiksi kuntoilijoille on kehitteillä sovellus, jolla voi seurata liikunnan tehoa rasvanpoltossa, Metsälä kertoo.

Alkaako teknologia hallita meitä?

Entä tarvitsemmeko kaikkea tätä uutta tekniikkaa, joka mittaa terveyttämme reaaliaikaisesti? Onko vaarana, että se alkaa hallita liikaakin elämäämme? Jukka Lekkala suhtautuu itsensä jatkuvaan mittaamiseen kriittisesti.

Kun nyt katselet kännykästä, mitä kaverisi ovat puuhailleet, seuraatko tulevaisuudessa vain sitä, miten itse voit? Ihminen on vuosisatoja pärjännyt ilman näitä laitteita ja pysynyt terveenä sen aikaa, kun pysyy. Parasta ennen -päivä tulee ennen pitkää vastaan jokaisella, hän pohtii.

Markus Metsälä näkee, että muodikas itsensä mittaaminen ja ”biohakkerointi” voivat kertoa laajemmasta ilmiöstä, jossa ihmiset kyseenalaistavat virallista, koululääketieteen tarjoamaa tietoa ja ruokavaliostakin on tullut monelle lähes uskonto.

Itselleni riittää, että käyn lääkärissä silloin tällöin. Jatkuva mittaaminen voisi tuoda vain stressiä, Metsälä huomauttaa.

Pitkäaikaisten sairauksien seurannassa uudesta teknologiasta voi kuitenkin olla paljon apua. Esimerkiksi diabeetikkojen hoidon seurantaan on jo tullut iholle kiinnitettäviä antureita, jotka mittaavat jatkuvasti glukoosiarvoja ihonalaisesta rasvakudoksesta, ilman ikäviä verikokeita.

Valtava määrä dataa

Jos lähes jokainen meistä seuraa tulevaisuudessa itseään erilaisilla mittareilla ja antureilla, siitä syntyy valtava määrä dataa, joka tulee säilöä ja käsitellä. Jukka Lekkalan mukaan nykyiset verkot pystyvät kyllä välittämään suuren datamäärän ja pilvipalveluista löytyy sille riittävästi tallennustilaa. Tiedot pitäisi kuitenkin suojata niin, että ulkopuoliset eivät pääse hakkeroimaan niitä. Raakadata tulisi myös käsitellä ja yksilöidä, jotta käyttäjä saa siitä irti tarvittavan informaation.

Jos tämä valtava määrä dataa annetaan anonyymisti tutkijoiden käyttöön, se on huikea uusi tutkimusalue. Ensin tulee kuitenkin varmistaa, että data on varmasti luotettavaa, Lekkala huomauttaa.

Perinteisiä laboratorioita tarvitaan siis jatkossakin.

Artikkeli on julkaistu ensimmäisen kerran Mylab nyt-lehden numerossa 1 vuonna 2017

Mylab Nyt Näkökulma | 06.06.2019

HUSin uusi johtaja ei halua hidastaa

Juha Tuominen tuo Helsingin ja Uudenmaan sairaanhoitopiiriin oppeja yksityisestä... » Lue lisää
Mylab Nyt Mylab Palvelee | 22.05.2019

My+® mullisti HUSin verikeskusten työtavat

HUSLAB siirtyi My+® verikeskussovelluksen käyttöönmaaliskuun alussa. Se muutti merkittävästi... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 16.10.2018

Tietokonevirus tai tekninen vika voi saada sairaalan polvilleen

Terveydenhuollon tehokkuus on parantunut tuntuvasti tietojärjestelmien ansiosta. Kun järjestelmä... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 28.09.2018

Lohkoketju kiinnostaa, mutta hyödyt ovat vielä pimennossa

Nykyisten terveydenhuollon tietojärjestelmien korvaaminen lohkoketjuilla ei ole tutkijoiden mielestä... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 01.03.2018

Sote-valmistelun kriittinen veteraani

Professori Jussi Huttunen on ollut mukana sosiaali- ja terveyspalveluiden... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 19.02.2018

Stop diabetekselle?

Diabetes yleistyy valtavaa vauhtia kaikkialla maailmassa, ja tutkijat etsivät... » Lue lisää
Mylab Nyt Uutiset | 13.02.2018

Mylabin palvelut saavat uuden nimen

Mylabin palvelut ja ohjelmistotuotteet tunnistat nyt nimestä My+®. Tavoitteena... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 29.01.2018

Laboratorio polttavan auringon alla

Helsingin yliopistossa tutkitaan, suojaako uusi rokote matkailijoita ETEC-bakteerin aiheuttamalta... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 03.11.2017

Uuden raivaaja

Vuoden jonot neurologian poliklinikalle lyhenivät kolmen kuukauden mittaisiksi, kun... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 25.10.2017

Just siirsi asiakkaan keskiöön

Järvenpäässä valmistaudutaan sote-uudistukseen monella rintamalla. Tammikuussa avautui uusi sosiaali-... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 10.10.2017

Kanta kasvaa ja kehittyy

Sote-uudistuksen toteutuminen ei jää tietojärjestelmistä kiinni, uskoo sosiaali- ja... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 04.10.2017

Merkkiaine voi paljastaa ärhäkän syövän

Helsingin yliopistossa etsitään uusia keinoja tunnistaa, kenen eturauhassyöpä etenee... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 03.10.2017

Laboratorioseuranta siirtyy kotiin

Kun potilas mittaa laboratorioarvonsa vierilaitteella kotona, säästyy paljon sekä... » Lue lisää
Mylab Nyt Näkökulma | 28.09.2017

Käsityöstä robotteihin ja automaatioon

Miten kliinisten laboratorioiden arki on viime vuosina ja vuosikymmeninä... » Lue lisää
Mylab Nyt Mylab On Uutiset | 28.09.2017

Weblab etenee mikrobiologiaan

Mikrobiologian toimintojen kehittäminen on ollut haastava, mutta palkitseva projekti.... » Lue lisää