Virus on päässyt potilaan elimistöön ja suuntaa kulkunsa suoraan haimaan.
Siellä se tarttuu soluihin ja laskee niihin oman perintöaineksensa. Osa soluista ei reagoi virustulehdukseen mitenkään, osan se taas saa muuttamaan toimintaansa.
Vielä samalla viikolla jotkin solut alkavat tuottaa proteiinia, jota erittyy haimasta verenkiertoon monta kertaa vuorokaudessa. Proteiini vaikuttaa tehokkaasti, ja potilas tuntee vaikutuksen: hän paranee.
Normaalisti virustulehdusta ei pidetä toivottavana, mutta kuvattu infektio on vakavan terveysongelman ratkaisu. Tehokas proteiini on insuliinia, ja sairaus, jonka virus parantaa, on tyypin 1 diabetes.
Tähän mennessä virusmenetelmää on testattu vain hiirillä.
Siinä tapauksessa, että se sopii myös ihmisille, on astuttu pitkä askel eteenpäin tutkimuksessa, joka tähtää miljoonien insuliinipistoksilla terveyttään ylläpitävien, mutta korvaushoidosta huolimatta yleisesti myös sivusairauksista kärsivien ykköstyypin diabeetikkojen auttamiseen.
Virushoito ei ole edes potilaiden ainoa toivo. Lisäksi kehitetään mikroskooppisia insuliinitehtaita, muuntogeenisiä bakteereja ja rokotteita diabeteksen hoitoon.
Verisuonien vahingoittumisella on vakavat seuraukset
Diabeetikon on vaikea estää verensä glukoosi- ja rasva-ainemääriä kasvamasta liian suureksi. Haitoista seuraavat ennen pitkää verisuonien vaurioituminen ja lisäsairaudet, jotka lyhentävät diabeetikkojen elämää yleensä 10–20 vuotta.
Näkö heikentyy tai häviää kokonaan
Verkkokalvon pienet verisuonet voivat kärsiä niin, että niistä kuolee solukerroksia. Silloin verisuonet alkavat vuotaa. Kun verkkokalvolle pääsee punasoluja ja plasmaa, se vaurioituu. Näkökenttään ilmestyy tummia alueita.
Veritulpat uhkaavat sydäntä ja aivoja
Diabeetikoilla on 2–4-kertainen riski saada sydän- tai aivoinfarkti. Pienien suonien seinämät paksunevat ja jäykistyvät, joten ne eivät voi enää laajentua. Lisäksi sokeri ja rasva ahtauttavat suonia aina vain enemmän.
Munuaiset vioittuvat tai pettävät
20–40 prosentilla diabeetikoista munuaisiin syntyy vikoja, jotka voivat estää niitä toimimasta. Kun veressä on liikaa sokeria, munuaiset voivat päästää sitä ja proteiinia virtsaan. Munuaiset kärsivät ja saattavat lopulta pettää.
Haavat ja kuoliot vaativat amputaation
Noin joka seitsemäs diabeetikko saa huonosti parantuvia tai parantumattomia haavoja jalkoihin. Neljäsosa tapauksista johtaa amputaatioon. Kun happea hermoille tuovat verisuonet ahtautuvat, kipuaistin toiminta häiriintyy.
Hoitamattomana diabetes tappaa
Diabeteksesta, josta on käytetty myös nimitystä sokeritauti, erotetaan kaksi eri tyyppiä.
Kumpikin yleistyy maailmassa melkoista vauhtia. Suunnilleen yhdeksän diabeetikkoa kymmenestä sairastaa kakkostyyppiä, joka alkaa vaivata tavallisesti 40. ikävuoden jälkeen ja johtuu yleensä elämäntavoista, kuten epäterveellisesti syömisestä ja liian vähän liikkumisesta.
Näillä diabeetikoilla haima voi tuottaa hyvin insuliinia, mutta kudoksissa solujen kyky reagoida veren glukoosipitoisuutta säätelevään hormoniin on huono.
Siksi potilaiden pitää vakauttaa verensokeria ruokavaliolla ja liikunnalla.
Ykköstyyppiä sairastavien osuus diabeetikoista on siis kymmenesosa. Heillä haima ei tuota insuliinia. Tätä tautimuotoa kutsutaan myös nuoruusiän diabetekseksi, koska se puhkeaa usein 4–14 vuoden iässä. Siihen voi kuitenkin sairastua vasta aikuisena.
Ykköstyypin diabeetikot tarvitsevat insuliinikorvaushoitoa elämänsä loppuun asti. Ilman hoitoa ykköstyypin diabeetikko vajoaa ennen pitkää koomaan ja on vaarassa menettää henkensä.
Ennen kuin vajaat 100 vuotta sitten keksittiin insuliinikorvaushoito, tyypin 1 diabeteksen puhkeaminen oli kuolemantuomio, jota oli mahdollista lykätä vain hyvin tiukalla ruokavaliolla.
Elimistö tarvitsee insuliinia vuorokauden ympäri, mutta sen tarve vaihtelee muun muassa sen mukaan, mitä syödään ja kuinka paljon kehoa rasitetaan.
Siksi ykköstyypin diabeetikon täytyy mitata verensokerinsa useita kertoja vuorokaudessa ja tuloksen perusteella annostella sopiva määrä insuliinia pistämällä ihon alle.
Ympäristötekijä saa taudinsiemenen itämään
Sikiö: Riski syntyy
Alttius ykköstyypin diabetekseen voi juontua sikiökaudelta, jolloin äidin terveydellä ja elintavoilla on suuri merkitys. Jos äiti on iäkäs synnyttäjä tai hänellä itsellään on tyypin 1 diabetes tai molemmat ehdot täyttyvät, lapsen riski sairastua diabetekseen elämänsä aikana kohoaa.
Vauva: Riski vahvistuu
Ensimmäisinä elinvuosina altistutaan monille tekijöille, joilla voi olla osuus ykköstyypin diabeteksen puhkeamisessa. Riskitekijöitä ovat muun muassa liikapaino ja varhain vilja- ja maitotuotteita sisältävä ravinto.
Lapsi ja nuori: Riski toteutuu
Siinä tapauksessa, että taipumus on kehittynyt sikiökaudella ja varhaislapsuudessa, diabeteksen puhkeaminen ja sairastumisikä riippuvat aikuisuutta edeltävistä vuosista. Laukaisevia tekijöitä voivat olla esimerkiksi liikapaino tai psyykkinen stressi.
Lääketeollisuus on kehittänyt käteviä verensokerimittareita ja insuliinin annostelulaitteita, kuten niin sanottuja insuliinikyniä. Nykyisillä apuvälineillä on helppo ja nopea selvittää insuliinin tarve ja annostella oikea määrä insuliinia kehoon.
Kaikesta huolimatta tyypin 1 diabetes on yhä sairaus, joka vaikuttaa voimakkaasti potilaan arkeen ja pakottaa hänet sitoutumaan hoitoon.
Insuliini säätelee verensokeria ja pyrkii pitämään sen vakaana, jotta elimistön soluilla on aina käytettävissään sopiva määrä energiaa. Ruoansulatusjärjestelmä muuttaa ripeästi niin tärkkelystä ja ruokosokeria kuin muitakin ruoan ravintoaineita rypälesokeriksi eli glukoosiksi, joka imeytyy heti vereen.
Verensokerin taso nousee siten jyrkästi pian sen jälkeen, kun on syöty annos pastaa jauhelihakastikkeen kanssa tai nautittu kakkukahvit. Solut eivät kuitenkaan tarvitse koko glukoosimäärää siinä samassa.
Veri sopii huonosti ylimääräisen energian varastoksi. Koska pitkään liian suuri glukoosipitoisuus vahingoittaa verisuonia, kudoksia ja elimiä, tarpeettoman glukoosin pitäisi poistua verestä ja varastoitua turvallisesti.
Tätä tehtävää hoitavat haiman pitkälle erikoistuneet beetasolut.
Beetasoluilla on kaksi erityiskykyä: ne osaavat määrittää verensokerin tason ja todeta sen nousun aterian jälkeen. Muutokseen beetasolut reagoivat toisella kyvyllään: ne pystyvät erittämään insuliinia vereen.
Diabetes on maailmanlaajuinen ongelma
Tyypin 1 diabetes yleistyy, ja potilasmäärät ovat kasvussa kaikkialla, vaikka maiden välillä on eroja. Ykköstyypin diabetesta esiintyy Suomessa eniten maailmassa: 43 uutta tapausta 100 000:ta asukasta kohti.
0-4,99 uutta tapausta 1000:ta ihmistä kohti
5-9,99 uutta tapausta 1000:ta ihmistä kohti
10-19,99 uutta tapausta 1000:ta ihmistä kohti
20 tai yli 20 uutta tapausta 1000:ta ihmistä kohti
Insuliini huolehtii siitä, että maksa, lihakset ja rasvakudos varastoivat veren ylimääräistä glukoosia, ja laskee tällä tavalla verensokerin normaalille tasolle.
Toisin sanoen tarkkailemalla glukoosia ja tuottamalla juuri oikean määrän insuliinia beetasolut pitävät verensokerin jatkuvasti vakaana.
Insuliinista tulee vihollinen
Tyypin 1 diabetes puhkeaa, kun immuunijärjestelmä yhtäkkiä alkaa pitää beetasoluja vieraina, jotka täytyy tuhota. Insuliinia tuottavat solut kuolevat ja häviävät lopulta kokonaan haimasta.
Ykköstyypin diabetes on siis niin sanottu autoimmuunisairaus, jossa elimistö kääntyy itseään vastaan, mutta se, miksi immuunijärjestelmä tekee kohtalokkaan virheen, on yhä hämärän peitossa.
Vielä ei myöskään ole onnistuttu kehittämään keinoa, jolla solutuhoja voitaisiin ehkäistä.
Vuonna 2018 lääkäri Xiangwei Xiao yhdysvaltalaisesta Pittsburghin yliopistosta keksi, että immuunijärjestelmää voidaan harhauttaa viruksen avulla. Tarkoituksena on saada haima jälleen mittaamaan verensokeria ja erittämään tarpeeksi insuliinia.
Immuunijärjestelmää ei ärsytä beetasolujen kyky säädellä verensokeria, vaan niiden ulkonäkö – tai tarkemmin sanottuna niiden pinnan proteiinit ja hiilihydraatit.
Siksi ongelmaan on kaksi ratkaisuvaihtoehtoa: beetasolujen ulkonäön muuttaminen tai muiden solujen muuntaminen beetasoluiksi.
Geenihoito opettaa toisia soluja
Terve hiiri saa beeta-soluilta insuliinia
Terveen hiiren haima sisältää sekä alfa- että beetasoluja. Alfasolut tuottavat glukagonia, joka lisää sokeria vereen. Beetasolujen erittämä insuliini on sen vasta-vaikuttaja, eli se puolestaan pienentää verensokerin määrää.
Immuunijärjestelmä tuhoaa beetasoluja
Tyypin 1 diabeteksessa immuunijärjestelmä hävittää beetasoluja sillä seurauksella, että insuliinia erittyy liian vähän jos lainkaan. Geenihoitokokeessa käytettiin vain ykköstyypin diabetesta sairastavia laboratoriohiiriä.
Virus kuljettaa kaksi keskeistä geeniä
Tutkijat siirsivät vaarattomaan virukseen kaksi geeniä, jotka ohjaavat hiiren haiman beetasoluissa Pdx1- ja MafA-proteiinien tuotantoa. Nämä määräävät, mitkä perintötekijät toimivat aktiivisesti solussa.
Geenit käynnistävät insuliinintuotannon
Hiiren haimassa virus tarttui alfasoluihin ja luovutti niihin Pdx1- ja MafA-proteiinien ohjausgeenit. Tällaisella muutoksella alfasolut saatiin sijaistamaan beetasoluja eli tuottamaan insuliinia verensokeria säätelevällä tavalla.
Verensokeri pysyy matalalla tasolla
Hoidettujen hiirien (punainen käyrä) verensokeritaso alkoi laskea pian muuntogeenisten virusten antamisen jälkeen. Vasta 18 viikon kuluttua tapahtui käänne ylöspäin. Verrokeilla verensokeri jatkoi nousuaan, ja ne kuolivat.
Yksinkertaisempaa olisi muuttaa solujen ulkonäköä, mutta kuvaa siitä, mitkä beetasolujen pinnan yksityiskohdat aiheuttavat immuunijärjestelmän hyökkäyksen, ei ole pystytty vielä tarkentamaan riittävästi.
Siksi Xiangwei Xiao paneutui toiseen tapaan.
Hän otti lähtökohdaksi niin ikään haimassa esiintyvät alfasolut, jotka säästyvät silloin, kun tyypin 1 diabetes puhkeaa. Alfasolut ovat beetasolujen vastavaikuttajia, sillä ne reagoivat matalaan verensokerin tasoon ja erittävät glukagonihormonia.
Tämä nostaa verensokerin tasoa vapauttamalla vereen varastoitunutta glukoosia.
Muista tutkimuksista Xiangwei Xiao oli saanut tietää, että laboratoriossa viljeltyjä alfasoluja oli onnistuttu muuntamaan kahdella niin sanotulla transkriptiotekijällä. Ne ovat proteiineja, jotka määräävät, mitkä geenit ovat aktiivisia solussa.
Alfasoluista oli mahdollista tehdä insuliinia tuottavia beetasoluja – ulkonäköä lukuun ottamatta.
Virus käynnistää tuotannon
Uudelleen ohjelmoidut alfasolut tarjoavat ratkaisun ongelmaan, joka syntyy, kun immuunijärjestelmä tuhoaa beetasoluja.
Jotta strategia toimisi käytännössä, solujen pitäisi muuntua haimassa eikä petrimaljassa. Tähän tarkoitukseen Xiangwei Xiao sovelsi geenihoitomenetelmää.
Tutkija etsi ne geenit, jotka ohjaavat kahden keskeisen transkriptiotekijän – Pdx1:n ja MafA:n – muodostumista ja siirsi ne harmittomaan virukseen.
Kun virus tarttuu soluun, se laskee siihen geenit aiheuttamatta haittaa.
Kokeissa viruksia ruiskutettiin tyypin 1 diabetesta sairastavien hiirien haimaan sillä oletuksella, että ne tarttuvat alfasoluihin ja saavat ne tuottamaan niitä kahta transkriptiotekijää, jotka ovat välttämättömiä beetasoluiksi muuntumiselle.
Tapahtumasarja on mahdollinen ilman immuunijärjestelmän puuttumista asiaan.
Insuliinia tuottavat solut on onnistuttu keinottelemaan haimaan immuunijärjestelmän ohi kapseloituina hyytelömäiseen aineeseen, alginaattiin. Vaaleanvihreät läiskät kuvassa ovat insuliinia, jota siniset läiskät eli solut tuottavat.
Nuoret hiiret hyötyivät hoidosta
Xiangwei Xiao käytti kokeissa nuoria hiiriä, joiden ykköstyypin diabetes oli vasta puhkeamisvaiheessa.
Niiden veren glukoosipitoisuus oli suurentunut normaalista 150 milligrammasta desilitrassa 200 milligrammaan desilitrassa.
Vertailuryhmän viidelle hiirelle annettiin myös ruiske, mutta sen sisältämät virukset eivät kantaneet Pdx1:n ja MafA:n ohjausgeenejä. Verrokkien verensokeri jatkoi nousuaan, ja kun sen taso oli viiden viikon kuluttua yli 500 mg/dl, hiiret kuolivat. Hoitoa saaneille viidelle hiirelle ohjausgeenit olivat sen sijaan tehneet hyvää.
Hiirien verensokeri kääntyi laskuun, saavutti kahdessa viikossa normaalitason ja pysyi sillä heilahtelematta neljä kuukautta.
Sitten vaikutus lakkasi ja veren glukoosipitoisuus alkoi vähitellen suurentua. Toisin sanoen hiiret olivat tilapäisesti parantuneet tyypin 1 diabeteksesta.
Jos menetelmä toimii turvallisesti yhtä hyvin myös ihmisillä, diabeetikkojen ei ehkä tarvitse tulevaisuudessa enää annostella insuliinia joka päivä, vaan sairauden hoito perustuu neljän kuukauden välein annettaviin viruspistoksiin.
On epäselvää, miksi geenihoito tehoaa vain neljä kuukautta. Syyksi epäillään sitä, että immuunijärjestelmä hoksaa tulleensa harhautetuksi. Mahdollisesti se laajentaa tässä vaiheessa hyökkäyksensä koskemaan myös uudelleen ohjelmoituja alfasoluja.
Solut piilotetaan hyytelön sisään
Xiangwei Xiaon menetelmän ongelmat voidaan ehkä ratkaista, ennen kuin sitä testataan ihmisillä.
Onneksi siinä tapauksessa, että immuunijärjestelmän kyvystä tunnistaa insuliinia erittävät solut tulee ylitsepääsemätön este, tarjolla saattaa olla muissa tutkimushankkeissa kehitettyjä diabeteksen hoito- tai jopa parannuskeinoja.
Massachusettsin teknisen korkeakoulun (MIT) molekyylibiologi Daniel Anderson onnistui vuonna 2016 piilottamaan beetasoluja immuunijärjestelmältä kapseloimalla ne alginaattiin, joka on hyytelömäistä ainetta.
Tutkimuksessa pyrittiin parantamaan ykköstyypin diabetesta sairastavia hiiriä ihmisen kantasoluihin perustuvalla hoidolla. Ensin Anderson sai kantasolut kehittymään beetasoluiksi laboratoriossa. Sitten hän siirsi beetasolut sairaiden hiirien haimaan.
Jotta hiirien immuunijärjestelmä ei hyökkäisi ihmisen beetasolujen kimppuun, Anderson ympäröi ne alginaatilla.
Huokoisena aineena alginaatti päästää insuliinin kaltaiset pienet molekyylit kulkemaan läpi, mutta immuunijärjestelmän suuret solut ja vasta-aineet eivät pysty läpäisemään alginaattia. Asia tuli todistetuksi käytännössä.
Hiirien haima alkoi erittää insuliinia, ja niiden verensokeri asettui normaalille tasolle. Mikään ei viitannut siihen, että hiirien immuunijärjestelmä olisi havainnut vierasta alkuperää olevat insuliinitehtaat.
Ranskassa kehitetään immuunijärjestelmää vaimentavaa menetelmää, ja tutkimuskohteina ovat myös muuntogeeniset bakteerit, jotka hillitsevät suolistosta käsin haimaa tuhoavia puolustusreaktioita.
Useat vain potilaskokeiden aloittamista odottavat hankkeet enteilevät parempaa tulevaisuutta miljoonille ykköstyypin diabeetikoille.
Optimistisimpien arvioiden mukaan insuliinikynä voi joutaa romukoppaan 10–15 vuodessa.