Hyppää pääsisältöön

Ukrainan sodan vaikutukset yliopistoon

Lähikuva mikrofonista studioympäristössä.

Akateeminen vartti: 50 vuotta nivelten terveyden tutkimusta

Tämä on Akateeminen vartti -podcastin tekstivastine. Linkki podcastin ääniversioon löytyy tekstivastineen alta. 

***

MARIANNE MUSTONEN:

Kuuntelet Akateemista varttia, ja minä olen Marianne Mustonen. Nivelten terveyttä on tutkittu yliopistossamme jo 50 vuoden ajan. Tällä hetkellä tutkijoitamme kiinnostaa muun muassa se, voisiko nivelrikon etenemistä ennustaa etukäteen. Entä millaista nivelrikon lääkehoito voisi olla tulevaisuudessa?

Muun muassa näistä asioista meille kertoo yliopistotutkija Petri Tanska sovelletun fysiikan laitokselta.

PETRI TANSKA:

Olen Petri Tanska ja toimin yliopiston tutkijana sovelletun fysiikan laitoksella Itä-Suomen yliopistossa. Minun tutkimusalue on laskennallinen mekanobiologia. Sen alan tarkoituksena on selvittää erinäisten laskennallisten keinojen avulla, mitenkä mekaaniset ärsykkeet johtavat esimerkiksi biologisiin reaktioihin ja sitä kautta kudoksen, esimerkiksi nivelruston rappeutumiseen taikka kasvuun.

MARIANNE MUSTONEN:

Miten sinä kiinnostuit alun perin nivelten tutkimuksesta?

PETRI TANSKA:

No, meikäläisellä varmaan samanlainen tarina kuin aika monella, että tulin aikanani opiskelemaan tänne Kuopioon. Ehkä silloin nuorena oli ajatuksena, että lääketiedettä olisi mielenkiintoista lukea. Kun lukiosta tulleena, vaikka fysiikka silloin innostikin kovasti, niin ehkä oli se ajatus, että sitä pystyis soveltamaan tällaiseen elävään ihmiseen ja siitä vois olla ehkä hyötyä joillekin. Fysiikka ehkä sellaisena abstraktina tutkimusaiheena voi hirveän monelle jäädä käsitys, että se on jotain tällaista hiukkaskiihdytinpuolta.

Mutta sitten aika nopeasti täällä opiskelut sovelletulla fysiikalla, kun tuli alotettua, niin huomasi, että täällähän on aika paljon näitä sovelluskohteita sitten tänne lääketieteen puolelle. Sitä kautta sitten tutkimusryhmissä kesätöitä tehneenä nuorena opiskelijana sitten tuli jäätyä tutkijaksi. Aika varmaan tällainen hyvin perinteinen tarina monelle fyysikolle täällä Kuopiossa.

MARIANNE MUSTONEN:

Mitä sulla on tällä hetkellä työn alla?

PETRI TANSKA:

No, tällä hetkellä ollaan painotettu aika paljon tällaisiin erinäisiin laskennallisiin menetelmiin, jotka tähtää nivelrikon etenemisen ennustamiseksi. Sitä kautta sitten pyrittäis määrittämään sitä, että pystyisikö jollakin keinoilla sitten hidastamaan sitä sairauden etenemistä. Eli käytännössähän se vois mahdollistaa sen, että pystyttäisiin kehittämään uusia hoitomuotoja ja testaamaan niitä laskennallisesti ennen kuin sitten lähdetään tekemään kalliita pilottikokeita ihmisillä esimerkiksi.

Sitten paljon ollaan nyt suunniteltu näitä tällaisiin vammaperäisiin nivelrikkoon, kun on nyt esitetty muutamia lääkehoitomenetelmiä, niin niitten kehittämistä ollaan myös tässä tukemassa. Eli pyrittäis simuloimaan, kuinka ne lääkeaineet etenee siellä kudoksessa ja mahdollisesti sitten tulevaisuudessa myös niitten vaikutusta pitkäjänteisesti mallintamaan. Eli millä tavalla se kudos reagoi sitten siihen lääkeaineeseen.

MARIANNE MUSTONEN:

Hei, tarkennetaan vielä, eli nivelrikko voi syntyä vamman seurauksena tai sitten se voi kehittyä hitaasti. Niin kumpaa te tutkitte nyt enemmän tällä hetkellä?

PETRI TANSKA:

No, molempiin tietysti keskitytään. Ehkä itselläni painopiste on hiukan enemmän täällä vammaperäisessä nivelrikossa. Varsinkin sen takia, koska hyvin moni kohtuullisen nuori ihminen voi sairastua tähän vammaperäiseen nivelrikkoon ihan puhtaasti nivelvamman seurauksena. Että aika monella saattaa olla tuttu tämä perinteinen urheiluvamma eli ristisiteen katkeaminen. Sitä kautta sitten nykyisin käsitys on, että välttämättä aina se ristisiteen korjausleikkaus ei välttämättä olekaan kaikkein otollisin sen nivelrikon etenemisen kannalta. Eli se nivelrikko saattaa kuitenkin kehittyä, vaikka se ristiside ois korjattukin. Tietysti joillakin ihmisillä sitten se on pakko korjata, koska se polven liike on niin epäluonnollinen, että se ei edes tunnu ihmisestä mukavalle.

Mutta tää on hyvin monisyinen kysymys, että sen takiahan näitä etenemismekanismia tutkitaan. Niitähän ei edes kunnolla vielä tarkkaan tunneta, että mikä sen nivelrikon varsinaisesti laukasee. On vaan havaittu, että esimerkiksi näillä nivelvammapotilailla esiintyy nivelrikkoa huomattavasti enemmän kuin terveillä ihmisillä. Joitakin niitä etenemismekanismeja tunnetaan, mutta mikä sen varsinaisesti laukaisee, niin se on vielä täysin tuntematon.

MARIANNE MUSTONEN:

Miten nivelen toimintaa mallinnetaan mekaanisesti?

PETRI TANSKA:

No, lähtökohtana yleensä tässä mekaanisessa mallinnuksessa on se, että pystytään kuvantamaan se nivel jollakin tavalla. Eli saataisiin sieltä esimerkiksi sen magneettikuvauksen avulla, mikä varmaan on tällä hetkellä se yleisin ja käyttökelpoisin menetelmä. Niin saadaan sieltä ne luitten ja muitten pehmytkudosten geometriat. Sitten ne sieltä segmentoidaan eli suomeksi sanottuna niin eritellään sieltä kuvasta.

Niitten avulla sitten muodostetaan sellainen kolmiulotteinen geometria siitä polvesta, jonka avulla sitten pystytään erinäisten laskennallisten menetelmien, muun muassa elementtimenetelmä on yksi tällainen laskennallinen menetelmä, niin sitten muuttamaan se sellaiseen muotoon, että siihen pystytään sitten soveltamaan tällaisia erilaisia materiaalimallinnusteorioita, joita esimerkiks käytetään paljon näissä insinööritiedepuolella. Esimerkiksi varmaan osa on saattanut nähdäkin tällaisia laskennallisia malleja, miten esimerkiksi tuulimylly tuulivoimalla pyörii ja minkälaisia jännitysjakaumia se aiheuttaa sitten tiettyihin koneen osiin, tukirakenteisiin. Vastaavia menetelmiä sitten käytetään ihan polvenkin mekaanisen toiminnan mallin ottamiseksi.

Mutta että polven mekaanista toimintaa pystytään sitten hyvin mallintamaan, niin sitten siinä on tärkeänä osana se, että siihen malliin pitää tuoda myös liikeanalyysi. Eli moni on varmaan nähnyt elokuvia tehdessä tällaisia ihmisiä mustat sukkahousut päällä ja sukkahousut on täynnä tällaisia heijastavia palloja, jotka yleensä hyvin heijastaa infrapunavaloa. Niitten avulla sitten pysytään hyvin luotettavasti kameroiden avulla ottamaan se liike talteen ja laskemaan sieltä sitten esimerkiksi niveleen kohdistuvia voimia. Näissäkin on sitten myöskin omanlaisensa laskennalliset mallit sitten taustalla. Sieltä esimerkiksi nyt saadaan talteen reisiluun aiheuttama voima nivelessä tai reisiluun lihasten. Eli puhutaan tällaisesta nivelvoimasta, mikä on siellä reisi- ja sääriluun nivelrustojen välillä oleva voima. Sitten se pystytään viemään sinne laskennalliseen polvinivelen malliin, jonka avulla sitten saadaan sen henkilön lihaksiston aiheuttamat voimat sinne polven laskennalliseen malliin.

Eli pystytään melko tarkasti personoituja malleja myös luomaan. Eli ei tarvitse käyttää sellaisia yleisiä olettamuksia, että minkälainen se nivelen liike on, vaan se pystytään ottamaan ihan jokaiselle henkilölle oma liike, mutta se vaatii sen liikeanalyysin. Se liikeanalyysi on vielä kohtuullisen hankalasti toteutettavissa. Se vaatii omanlaisensa laboratorion. Mitä nyt yksinkertaisimmillaan sellainen iso huone, jossa on kamerat asetettu huoneen nurkkiin. Mutta se ei kuitenkaan oo sellainen ihan joka sairaalasta esimerkiksi löytyvä huone vielä. Että enemmänkin tutkimuskäytössä toistaiseksi.

Tässähän on paljon myös tuolla biomekaniikan tutkimuspuolella kehitetty tällaisia syväoppimismalleja, joiden avulla pystyttäisiin tulevaisuudessa ihan perinteisin, vaikka kännykän kameran avulla, saamaan kohtuullinen arvio, minkälainen se nivelen liike voisi olla. Joka sitten tietysti meidän laskennallisia polvimalleja auttais hyvin paljon.

MARIANNE MUSTONEN:

No, mitäs se biologisen toiminnan mallintaminen sitten on?

PETRI TANSKA:

No, ytimekkäimmillään ehkä vois sanoa, että jos esimerkiksi niveleen aiheutuu jonkinlainen kuormitus, se puristuu, nivelrusto kuormituksen aikana, niin se nivelkudos puristuu ja sitä kautta tietysti ne solut puristuvat. Riippuen sitten, minkälainen se kuormitus tai puristuma on, niin se aiheuttaa tietynlaisen signaalikaskaadin, eli erinäisen biologisen signalointijonon siellä solussa. Sitä kautta sitten se solu esimerkiksi voi tuottaa kudosta kasvattavia aineita, esimerkiksi proteoglykaania. Mutta se melko usein se kuormitus voi olla myös haitallista. Silloin se solu alkaakin sitten singaloimaan sitä kudosta rappeuttavia tekijöitä.

Käytännössä ne rappeuttavat tekijäthän on entsyymejä, jotka sitten hajottaa sitä rustokudosta. Se on nivelrustossa hyvin herkkä se tasapaino, kun siellä rustossa on kohtuullisen vähän, ihmisen rustossa näitä soluja Niin aika useasti käy niin, että ne epäedulliset tapahtumat muuttuu siellä rustossa sitten dominoiviksi. Eli ne korjausmekanismit häiriintyy. Tähän korjausmekanismin häiriintymiseen luultavasti myös tämä nivelrikon eteneminen ja synty sitten, tai ne aiheutuu siitä.

MARIANNE MUSTONEN:

Kerro vielä lisää siitä lääkehoidon laskennallisesta mallintamisesta.

PETRI TANSKA:

No, meillä on tässä ollu jonkin aikaa yhteistyötä tonne Iowan yliopistoon Yhdysvaltoihin. Siellä on muutama alan pioneeri kovasti pyrkinyt näitä, yllättäinkin amerikkalaiseen jalkapalloon liittyviä urheiluvammoja ja näitä rustovaurioita hoitamaan. Sieltä on nyt erinäisiin yhteistyökuvioihin liittyen tulossa sitten vieraileva professori käymään tossa on ensi vuoden puolella. Siihen hankkeeseen liittyen nyt ollaan järjestämässä tällaista vähän suuntaa antavaa pientä hanketta. Eli pyrittäis heidän kehittämää tällaista ruston mitokondrioihin tai solun mitokondrioihin kohdentuvaa hoitomenetelmää simuloimaan, kuinka se vaikuttaa. Nyt lähetään alustavasti siitä, että pyritään ensiksi selvittämään, että mitenkä se lääkeaine menee sinne kudokseen ja millä tavalla se sitten siellä lähtee vaikuttamaan.

Toivon mukaan tästä lähtee sitten etenemään tällainen laajempikin tutkimuskuvio ja yhteistyö, joka voisi johtaa sitten noitten tietyntyyppisten vammaperäisten rustovaurioiden hoitamiseksi. Mikä tietysti on aika monella tutkijalla ja tutkimusryhmällä tavoitteena. Tällä hetkellähän nivelrikon tutkimuksessa tuntuu olevan kaksi suuntaa, eli on tämä ennaltaehkäisevä ajattelutapaa, että pyrittäis ennustamaan jo ennen kuin se sairaus on syntyny, sen nivelrikon kehittyminen. Sitä kautta sitten pystyttäis myös ennustamaan tai simuloimaan, että minkälaisilla toimenpiteillä pystyttäis sitten vaikuttamaan siihen, että se sairaus ei kehittyisi ollenkaan.

Sitten toinen hyvin voimakas tällainen suuntaus tutkimuksessa on sitten tämä, uusiutuva lääketiedekö se nyt suomeksi on. Eli pyrittäis sitten sitten muodostamaan uutta rustoa. Vaikka tietysti itse toivon, että se menetelmä toimisi hyvin, niin toistaiseksi vielä ei oo mitään varsinaista läpimurtoa sillä puolella tapahtunu. Eli luultavasti vielä puhutaan, että ennen kuin ois kunnollisesti toimivaa keinorustoa pystytään kasvattamaan, niin varmaan menee vielä 10, 20 vuotta.

Vaikka tosin tietysti nyt on pakko sanoo, että nyt viimeaikaiset löydökset on hyvin lupaavia, mutta hiukan ”pessimisti ei pety” -asenteella tässä voi itse olla. Positiivisia löydöksiä täällä keinorustopuolella on ollut jo aika monta, ja mikään näistä ei ole vielä edennyt sellaiseen tehokkaaseen kliiniseen ympäristöön, eli että se ois tehokas hoitomuoto. Mutta kyllä totuushan on se, että jossain vaiheessa se rusto pitää pystyä myös korjaamaan. Eli kaikillahan ei pystytä kuitenkaan sitä nivelrikkoa välttämättä ennaltaehkäisemään, niin olisi tietysti hyvä, että sitä tekonivel-leikkausta ei tarvis tehä, mikä on sitten kohtuullisen rankka operaatio. Se nivelen toimintahan ei välttämättä palaa koskaan sitten ennalleen, kun se on vaihettu tähän implanttiin.

MARIANNE MUSTONEN:

Kuuntelit juuri Akateemista varttia, ja äänessä oli Marianne Mustonen. Vieraana meillä oli Petri Tanska. Tästä aiheesta on myös juttu yliopistomme verkkosivuilla. Rauhaisaa joulun aikaa sinulle ja kiitos kun olit mukana.