Monet sellaiset aivomuutokset, jotka nykyisin on mahdollista havaita vain aivokudosnäytteistä, voidaan tulevaisuudessa nähdä magneettikuvista, sanoo professori Alejandra Sierra Lopez.
Tavanomainen magneettikuvantaminen ei pysty havaitsemaan hienovaraisimpia biologisia muutoksia, joita aivosairauksiin liittyy. Yleensä diagnostiikkaa tai hoidon suunnittelua varten ei kuitenkaan ole mahdollista ottaa aivokudosnäytettä. Sierra Lopezin tutkimusryhmän kehittämillä moniskaalaisilla kuvantamismenetelmillä voidaan kuroa umpeen kuvantamislöydösten ja mikroskooppisten löydösten välistä kuilua.
– Yksi keskeisistä tutkimuskysymyksistämme on, miten solu- ja kudostasolla tapahtuvia biologisia muutoksia voitaisiin havaita kajoamattomasti magneettikuvauksen avulla.
Sierra Lopez väitteli tohtoriksi Madridissa vuonna 2006 ja aloitti samana vuonna tutkimustyönsä Kuopiossa. Kahdenkymmenen vuoden aikana hän on rakentanut ainutlaatuisen tutkimusryhmän, jossa yhdistyy edistyneen magneettikuvauksen, korkean erotuskyvyn mikroskopian ja laskennallisen analyysin osaaminen. – Pystymme yhdistämään kuvantamissignaalit niiden taustalla oleviin aivojen rakenteisiin, solujen järjestäytymiseen ja kudosten koostumukseen. Perimmäinen tavoite on kehittää entistä herkempiä ja tarkempia kuvantamistyökaluja aivosairauksien varhaiseen havaitsemiseen, taudinmääritykseen ja seurantaan.
– Teemme tutkimusta kaksisuuntaisella otteella. Yhtäältä suunta on solutasolta magneettikuvaan, eli pyrimme ymmärtämään, miten biologiset prosessit, kuten tulehdus, hermoston rappeutuminen tai aivojen muovautuminen muokkaavat kuvantamissignaalia. Tähän liittyen kehitämme uusia magneettikuvausmenetelmiä, kudosmalleja ja laskennallisia työkaluja, joilla aivokudoksesta voidaan saada tarkempaa tietoa.
– Toisaalta suunta on magneettikuvauksesta solutasolle. Rakennamme ennustemalleja, joiden avulla solujen ja kudosten ominaisuuksia voidaan päätellä suoraan magneettikuvasta. Pitkän aikavälin tavoitteena on tehdä magneettikuvauksesta biologisesti informatiivisempaa – eräänlaista kajoamatonta histologiaa, Sierra Lopez selittää.
Kuvantamismenetelmiä epilepsiaan ja aivosyöpään
Yhteishankkeessa Kuopion yliopistollisen sairaalan kanssa Sierra Lopezin tutkimusryhmä on hiljattain tutkinut magneettikuvia ja aivokudosnäytteitä paikallisalkuista epilepsiaa sairastavilta potilailta, joilla lääkehoito ei riitä estämään kohtauksia. Näille potilaille usein ainoa mahdollinen hoito on kohtauksia aiheuttavan epilepsiapesäkkeen poistaminen leikkauksella. Leikkauksessa poistettua aivokudosta voidaan hyödyntää myös tutkimuksessa.
– Tämän yhteistyön ansiosta olemme päässeet tutkimaan, miten aivokudos muuttuu epileptiseksi, ja kehittämään magneettikuvausmenetelmiä kohtauksia aiheuttavan epileptogeenisen kudoksen tunnistamiseksi. Näin magneettikuvaus voisi myös ohjata leikkaushoitoa tai mahdollisia edistyneempiä hoitomuotoja. Itse asiassa olemme lähiaikoina julkaisemassa lupaavia tuloksia hankkeesta.
– Epilepsian lisäksi keskitymme tällä hetkellä syöpäpotilaisiin ja pyrimme kehittämään menetelmiä aivosyöpäleikkausten tueksi. Tavoitteena on pystyä erottamaan kasvaimen läheisyydessä oleva terve aivokudos kudoksesta, johon syöpäsolut ovat levinneet.
Magneettikuvauksen lisäksi ryhmä kehittää muitakin diagnostisia työkaluja, kuten histologisten kuvien automatisoitua analyysia, jonka avulla neuropatologit voivat tehdä aivosairauksista entistä tarkempia arvioita.
Sierra Lopez tähdentää, että potilaiden hoitoon liittyviä yhteistyöhankkeita on edeltänyt vuosien prekliininen tutkimustyö eläinmalleilla. – Viime vuosina meillä on ollut tiivistyvää sairaalayhteistyötä, mikä on ollut todella innostavaa. Menetelmiemme rutiininomaiseen käyttöön sairaaloissa on vielä pitkä matka, mutta tavoite on askeleen lähempänä, kun pääsemme testaamaan niitä sairaalaympäristössä ja saamme palautetta potilastyötä tekeviltä lääkäreiltä.
Kuopio osoittautui täysosumaksi
– Urani on edennyt yhtä matkaa Kuopion kuvantamistutkimuksen yhteisön kanssa. Tämä on loistava paikka tehdä tutkimusta, Sierra Lopez sanoo.
Hänen tutkimuksensa perustuu vuosien mittaan rakentuneelle visiolle, jota ei hänen mukaansa voisi toteuttaa kokonaisuudessaan missään muualla.
– Kuopion biolääketieteellisen kuvantamisen yksikössä on nykyisin kaikkiin mahdollisiin tutkimusasetelmiin soveltuvat magneettikuvauslaitteet ja tarvittava asiantuntemus, ja Kuopion yliopistollinen sairaala sijaitsee aivan lähellä. Yhtä tärkeitä ovat kuitenkin ihmiset, jotka ovat aina olleet avoimia ideoilleni ja auttaneet niiden toteuttamisessa.
Sierra Lopez on koonnut myös visiotaan vastaavan tutkimusryhmän, jonka monitieteinen asiantuntemus ulottuu neurotieteistä fysiikkaan, tekniikkaan, kuvantamisteknologiaan ja datatieteeseen. – Yhteisen kielen löytäminen eri tieteenalojen välille on ollut jo saavutus sinänsä. Nyt ryhmämme on magneettikuvauksen ymmärtämisen ja sen kehittämisen eturintamassa ja nostamassa alaa aivan uudelle tasolle.
Tästä osoituksena ovat useat arvostetut tutkimusrahoitukset, joita Sierra Lopez on saanut Jane ja Aatos Erkon säätiöltä, Suomen Akatemialta sekä Yhdysvaltain terveysvirastolta NIH:lta. Hän osallistuu aktiivisesti myös alan maailmanlaajuisen tutkimusyhteisön kehittämiseen toimimalla Gordon Research Conference on Tissue Microstructure Imaging -konferenssin varapuheenjohtajana.
