Hyppää pääsisältöön

Ukrainan sodan vaikutukset yliopistoon

3D-silmämalli.

Lääkeaineen jakautuminen kanin silmässä lasiaispistoksen jälkeen.

FM, proviisori Marko Lamminsalo, väitös 26.8.2022: Yhä realistisempia 3D-malleja silmälääketutkimukseen

Farmasian alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa Kuopion kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.

Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?

Väitöstutkimuksessani käsitellään kolmiulotteista farmakokineettistä mallinnusta silmälääketutkimuksen ja -kehityksen uutena työkaluna. Aihe on tärkeä, sillä väestön ikääntyessä näköä heikentävät ja sokeuttavat sairaudet yleistyvät ja näihin sairauksiin tarvitaan uusia lääkkeitä. Lääkekehitys on tyypillisesti kallista, hidasta ja työlästä eläinkokeiden suuresta määrästä johtuen. Tietokoneiden kasvanutta laskentatehoa hyödyntämällä kolmiulotteisen mallinnuksen avulla voidaan ennustaa tarkasti lääkkeiden käyttäytymistä silmässä, mikä nopeuttaa silmälääkekehitystä ja vähentää eläinkokeiden tarvetta.

Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?

Väitöstutkimuksessa havaittiin, että tietokoneiden laskentanopeuden kasvaessa vaativakin mallinnus tulee realistiseksi lääketutkimuksessa ja -kehityksessä. Toistaiseksi kolmiulotteisten silmämallien validointi on ollut puutteellista, mikä heikentää mallien antamien ennusteiden luotettavuutta ja toistettavuutta. Väitöstutkimuksessani korjattiin näitä puutteita. Väitöstutkimuksen ensimmäisessä osatutkimuksessa julkaistu uusi kolmiulotteinen malli paransi selkeästi etukammiossa tapahtuvaa kammionesteen sekoittumista ja mallin avulla saadut lasiais- ja etukammiopitoisuudet olivat erittäin lähellä kirjallisuudessa julkaistuja lasiaisinjektioiden jälkeisiä lääkeainepitoisuuksia. Työssä havaittiin myös puhtaan diffuusion keskeinen rooli makromolekyylien kulkeutumisessa silmän takaosan rakenteiden läpi, ja tältä osin korjattiin aiempien tutkimusten puutteita. Toisessa osatutkimuksessa aiemmin julkaistun mallimme silmän takaosan hienomekaniikkaa päivitettiin, jolloin pystyttiin arvioimaan makromolekyylien kulkua veri-verkkokalvoesteen kerrosten läpi huomattavasti aiemmin kirjallisuudessa julkaistua tarkemmin. Julkaisu on ensimmäinen vaativa parametriestimointi kolmiulotteisella silmällä. Se osoittautui erittäin käyttökelpoiseksi ja auttaa muita tutkimusryhmiä hyödyntämään samaa menetelmää. Kolmannessa osatutkimuksessa luotiin kattava näkemys silmänpohjan sairauksien hoidossa käytettävien biologisten lääkkeiden farmakokinetiikan nykytietämyksestä, mikä auttoi paikantamaan tietämyksen aukkoja ja löytämään erilaisia tutkimustapoja niiden täyttämiseksi. Erityisesti havaittiin julkaistun kliinisen datan olevan harvaa ja sisältävän suurta vaihtelua, mikä korostaa kunnollisen tutkimusasetelman tärkeyttä.

Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?

Väitöstutkimuksessa rakennetun kanin silmän anatomiaa vastaavan kolmiulotteisen silmämallin avulla pystytään ennustamaan merkittävästi aiempaa tarkemmin silmän paikallisia lääkeainepitoisuuksia. Tarkemmat ennusteet lääkeaineen käyttäytymisestä silmässä lisäävät ymmärrystä, mikä vähentää eläinkokeiden tarvetta sekä nopeuttaa lääkekehitystä. Väitöstutkimuksen kolmannessa osajulkaisussa esitetyt vaatimukset kunnolliselle koeasetelmalle hyödyttävät lääketutkimusta tuottamalla käyttökelpoista dataa sekä vähentävät tarpeetonta kärsimystä. Lisäksi väitöstutkimuksessa rakennettu kaninsilmämalli luo pohjaa ihmissilmämallille, joka mahdollistaisi lääkeaineen tehon ja turvallisuuden arvioinnin lasiaisen paikallisten lääkeainepitoisuuksien avulla.

Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?

Tutkimusmenetelmä perustuu COMSOL Multiphysics -ohjelmistolla tehtävään kanin silmän tietokonemallinnukseen. Tarkemmin sanoen mallinnus toteutettiin elementtimenetelmään perustuvalla virtauslaskennalla (engl. computational fluid dynamics, CFD), joka mahdollistaa fysiikan ilmiöiden – konvektion, diffuusion ja lämmönsiirron – yhdistämisen lääkeaineen ja silmän ominaisuuksiin. Malli validoitiin kirjallisuudessa saatavilla olevan eläindatan avulla. Lisäksi tarkasteltiin lasiaisinjektiona annettujen biologisten lääkeaineiden poistumisreittejä kirjallisuudesta löytyvien ihmissilmän ja kaninsilmän tutkimusten avulla. Väitöstutkimukseni on osa suurempaa silmälääkintää tutkivaa hanketta, johon kuuluvat professori Arto Urtin tutkimusryhmät Itä-Suomen yliopistosta Kuopiosta ja Helsingin yliopistosta.

Filosofian maisteri, proviisori Marko Lamminsalon väitöskirja 3D pharmacokinetic modelling as a tool for ocular drug research and development (Kolmiulotteinen farmakokineettinen mallinnus silmälääkekehityksen työkaluna) tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii Dr. Antonello Caruso, F. Hoffmann-La Roche Ltd., ja kustoksena professori Arto Urtti Itä-Suomen yliopistosta.

Väitöstilaisuus

Väittelijän painolaatuinen kuva

Väitöskirja verkossa

Lisätietoja: FM, proviisori Marko Lamminsalo, marko.lamminsalo (a) uef.fi