Hyppää pääsisältöön

Koronavirustilanne Itä-Suomen yliopistossa

Polvinivelen mallinnuskuva tietokoneen näytöllä

Polven sidekudosten mekaniikan ja koostumuksen perustutkimus pohjustaa tulevaisuuden hoitojen kehittämistä

  • Terveys ja hyvinvointi
  • Teknologia ja innovaatiot

Polven sidekudokset (nivelsiteet) ovat narumaisia pehmytkudoksia, jotka yhdistävät luita toisiinsa. Ne pitävät polvea koossa sekä ohjaavat ja rajoittavat nivelen liikkeitä. Näiden sidekudosten mekaaniset ominaisuudet, kuten jäykkyys, ovat avainasemassa polven toiminnassa, ja ne ovat pitkälle mukautuneet fysiologiseen toimintaansa. Sidekudosten mekaaniset ominaisuudet kumpuavat niiden biokemiallisesta koostumuksesta ja mikrorakenteellisesta järjestäytymisestä. Vielä ei kuitenkaan täysin ymmärretä, miten biokemiallinen koostumus ja kudoksen mekaaniset ominaisuudet linkittyvät toisiinsa, esimerkiksi vaikuttaako kudoksessa oleva elastiini sen jäykkyyteen.

Diplomi-insinööri Aapo Ristaniemen väitöstutkimuksessa tutkittiin naudan polven sidekudosten mekaanisia ominaisuuksia, biokemiallista koostumusta sekä niiden välistä vuorovaikutusta. Lisäksi tutkimustyössä kehitettiin uudentyyppinen laskennallinen malli eturistisiteelle. Työssä havaittiin, että elastisia ominaisuuksia ennustaa parhaiten kudoksen proteoglykaanipitoisuus, vaikka sen suhteellinen osuus koostumuksesta on erittäin pieni ja vaikka kollageenisäikeet ovat näiden kudosten eniten kuormaa kantava komponentti. Elastiinin havaittiin olevan yhteydessä kudosten lisääntyneeseen jäykkyyteen. Työn tulosten perusteella kollageenin määrää tärkeämpi mekaanisen toiminnan vaihtelun selittäjä näyttää olevan kollageenin rinnalla toimivat muut ainesosat. Työssä kehitetty materiaalimalli soveltui erinomaisesti eturistisiteen mallintamiseen ja kuvasi aiemmin käytettyjä malleja tarkemmin kudoksen viskoelastisia ominaisuuksia.

Työssä saadut tulokset auttavat paremmin ymmärtämään sidekudosten normaalia toimintaa sekä arvioimaan eri ainesosien muutosten vaikutusta mekaanisiin ominaisuuksiin. Tämä on erittäin tärkeää esimerkiksi uusien kuvantamismenetelmien kehityksessä, sillä ne antavat tietoa pääasiassa koostumuksesta, kun taas nivelen toiminnan kannalta kudosten mekaaniset ominaisuudet ovat oleellisia. Tulevaisuudessa polvisairauksien hoidossa tullaan hyödyntämään aiempaa enemmän laskennallista mallinnusta, ja työssä kehitettyä uutta materiaalimallia voidaan hyödyntää koko nivelen toimintaa mallinnettaessa.

Diplomi-insinööri Aapo Ristaniemen sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Structure and function of knee ligaments and patellar tendon: Biomechanics, biochemistry and computational modeling tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa 3.7. (verkossa). Vastaväittäjänä toimii professori Hazel R. C. Screen, Queen Mary University of London, UK, ja kustoksena professori Rami Korhonen, Itä-Suomen yliopisto. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Linkki väitöstilaisuuteen

Väittelijän painolaatuinen kuva

Väitöskirja verkossa