Hyppää pääsisältöön

Ukrainan sodan vaikutukset yliopistoon

Mies pitelee kipeää polvea.

Väitös FM Simo Ojanen 17.6.2022:  Nivelrikon ensimmäiset merkittävät muutokset ilmenevät nivelnastojen ja polvilumpion nivelrustoissa

Lääketieteellisen fysiikan alan väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa Kuopion kampuksella ja verkossa.

Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?

Nivelrikko on yleisin nivelsairaus ja artroosin muoto koskettaen noin seitsemää prosenttia maapallon ihmisistä. Nivelrikosta kärsii enemmän kuin 500 miljoonaa ihmistä maailmanlaajuisesti ja enemmän kuin 40 miljoonaa ihmistä Euroopassa. Nivelrikko rajoittaa potilaan liikettä, työkykyä sekä heikentää elämänlaatua, ja se esiintyy tyypillisesti polvi- ja lonkkanivelissä, käsissä sekä selkärangassa.

Post-traumaattinen nivelrikko aiheuttaa noin 12 prosenttia kaikista nivelrikkotapauksista. Polven nivelrikossa eturistisiteen vamma on merkittävä tekijä. Kondrosyytit, eli rustosolut ovat ainoa rustokudoksen solutyyppi. Rustosolut ovat ohuen ja kuorimaisen perisellulaarimatriisin eli solulähiympäristön ympäröimiä. Solulähiympäristöllä on merkittävä rooli rustosolun ja kudoksen välisessä signaloinnissa, se välittää solun ja kudoksen välisiä voimia ja se suojaa solua. Rustosolut ovat vastuussa nivelruston ylläpidosta sekä sen uusiutumisesta. Rustosolujen aktiivisuus ja ruston ylläpito ovat vahvasti riippuvaisia ruston kemiallisesta ympäristöstä sekä mekaanisista stimulaatioista. Nivelrikko aiheuttaa muutoksia nivelruston rakenteeseen, koostumukseen, sekä kondrosyyttien ympäristöön ja käyttäytymiseen, aiheuttaen häiriöitä ruston uusiutumiseen ja ruokkien nivelrikon etenemistä.

Kondrosyyttien muuttuneet biomekaaniset vasteet nivelrikossa ja niiden lähiympäristön rakenteelliset muutokset eivät kuitenkaan ole hyvin tunnettuja. Nivelruston rakennetta ja koostumusta tutkitaan tyypillisesti kaksiulotteisilla histologisilla menetelmillä, jotka vaativat kudoksen leikkaamisen todella ohuiksi näytteiksi. Tämä johtaa rajoitettuun tietomäärään. Tämän johdosta tarvitaan uusia kolmiulotteisia työkaluja näytteiden laajempaan tarkasteluun niin nivelruston kuin yleisesti muidenkin pehmytkudosten rakenteelliseen sekä patologiseen tarkasteluun.

Tämä väitöskirja pyrkii selventämään rustosolujen sekä rustokudoksen toiminnallisia ja rakenteellisia muutoksia polven eri nivelrustopinnoilla kanin post-traumaattisessa nivelrikkomallissa, joka aiheutetaan eturistisiteen vammalla. Lisäksi post-traumaattisen nivelrikon aiheuttamia muutoksia nivelruston rakenteessa sekä biomekaanisissa ominaisuuksissa tutkitaan aikariippuvasti. Väitöskirjassa tutkitaan myös varjoainevapaan mikrotietokonetomografiakuvantamisen soveltuvuutta nivelruston kolmiulotteisen rakenteen tarkasteluun.

Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?

Solulähiympäristö kärsi lievemmin proteiinien (proteoglykaanien) kadosta kuin rustokudos lateraalisessa reisiluun nivelnastassa eturistisiteen vamman jälkeen. Samalla rustopinnalla rustosolujen muoto oli muuttunut. Rustosolujen muoto ja puristuksen aiheuttamat muodonmuutokset kokivat muutoksia reisiluun nivelnastoissa ja polvilumpiossa. Tämän lisäksi reisiluun nivelnastat kokivat merkittäviä rakenteellisia sekä biomekaanisia kudostason muutoksia. Nämä muutokset voivat vaikuttaa rustokudoksen uusiutumiskykyyn ja näitä muutoksia ehkäisemällä, niin solulähiympäristössä kuin rustokudoksessa, nivelrikon etenemistä voidaan mahdollisesti pitkittää tai sen eteneminen jopa pysäyttää. Nivelrikon aikariippuvat muutokset olivat merkittävimmät reisiluun nivelnastoissa. Toisaalta reisiluun uran, sekä polvilumpion nivelrustopinnat osoittivat mahdollista osittaista proteiinien palautumista.

Tämän tutkimuksen pohjalta voidaan ehdottaa reisiluun nastojen sekä polvilumpion rustopintojen olevan herkimpiä post-traumaattisen nivelrikon alkuvaiheen muutoksille, ja että mahdolliset toimenpiteet rustosolujen sekä nivelruston palautumiselle tulisi kohdentaa juuri näille nivelpinnoille. Mikrotietokonetomografiakuvantamisesta ilman varjoaineita onnistuttiin tarkastelemaan nivelruston rakennetta kolmiulotteisesti. Tämän työkalu mahdollistaa monipuolisen nivelruston ja mahdollisesti myös muiden kudosten kolmiulotteisen tarkastelun.

Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?

Nivelruston ja rustosolujen tarkasteleminen erilaisilla kuvausmenetelmillä, niiden biomekaanisien vasteiden tutkiminen eri mittakaavoissa sekä ruston ja solujen välisen vuorovaikutuksen ymmärtäminen ovat tärkeitä nivelrikon tutkimusten kannalta taudin erityispiirteiden sekä etenemisen kannalta. Tämä väitöskirja tuottaa tietoa juuri näistä kriittisistä asioista ja väitöskirjan tuloksia voidaan hyödyntää myöhemmin niin perustutkimuksen kuin soveltavan tutkimuksen käyttöön. Tulevat tutkimukset voivat esimerkiksi keskittyä nivelrikon hoitoon nivelruston ja rustosolujen proteiinitasapainon sekä rustosolujen biomekaanisen ympäristön säilyttämiseksi.

Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot

Tässä väitöskirjassa käytettiin erilaisia kuvantamisenmenetelmiä, kuten konfokaali- ja polarisaatiomikroskopiaa, digitaalista densitometriaa sekä mikrotietokonetomografiakuvantamista, jotka mahdollistavat nivelruston ja rustosolujen kuvantamisen eri mittakaavoissa. Väitöskirjassa tutkittiin lisäksi polvinivelen eri rustopintoja sekä post-traumaattisen nivelrikon aiheuttamia aikariippuvia kudosmuutoksia.

Väitöskirja tehtiin Itä-Suomen yliopistossa osana Ruston ja Luun Biofysiikka-tutkimusryhmää (Biophysics of Bone and Cartilage) sekä Tuki- ja liikuntaelinten sairauksien tutkimusyhteisöä. Väitöskirja tehtiin yhteistyössä Oulu yliopiston ja Calgaryn yliopiston kanssa.

FM Simo Ojasen lääketieteellisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Multiscale imaging and biomechanics of articular cartilage in an animal model of osteoarthritis (Uusia solu- ja kudostason mekanismeja nivelrikon alkuvaiheen parempaan ymmärtämiseen) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 17.6. klo 12, SN200, Snellmania, Kuopion kampus. Vastaväittäjänä toimii PhD Himadri Gupta, Queen Mary, University of London, School of Engineering and Materials Science, Englanti, ja kustoksena professori Rami Korhonen, Itä-Suomen yliopisto. Väitöstilaisuuden kieli on englanti ja sitä voi seurata verkossa.

Lisätietoja:

Simo Ojanen, simo.ojanen@uef.fi, p. 050 439 9524

Avainsanat