Parempia menetelmiä kasvojen ja leukojen alueen luupuutosten korjaamiseen

Väitöskirja tarkastettiin 19.11.2021 Helsingin yliopistossa.

Insights of bone-remodeling – limitations and alternatives in bone tissue engineering

Vastaväittäjä

Mustafa Kamal, professori

Bergenin yliopisto, Norja

Kustos

Riitta Seppänen-Kaijansinkko, professori

Helsingin yliopisto

Esitarkastajat

Terhi Heino, dosentti

Turun yliopisto

Arja Kullaa, professori emerita

Itä-Suomen yliopisto

Ohjaajat

Bettina Mannerström, dosentti

Helsingin yliopisto

Sippy Kaur, dosentti

Helsingin yliopisto

Verkkojulkaisun osoite: https://helda.helsinki.fi/handle/10138/335584

Kasvojen ja leukojen alueen luupuutoksia esiintyy miljoonilla ihmisillä maailmassa. Näiden puutosten korjaamisessa nykyisin käytettävät menetelmät eivät aina tarjoa toiminnallisesti ja esteettisesti tyydyttäviä tuloksia, minkä vuoksi kaivataan uusia menetelmiä.

Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että solujen erittämät ekstrasellulaarivesikkelit (EV:t) soveltuvat biomimeettisiksi työkaluiksi ja solujen erilaistumisen ohjaamiseen. EV:t vapautuvat solukalvosta ja sisältävät mRNA:ta, miRNA:ta ja muita kudostekijöitä, jotka vaikuttavat monin eri tavoin niitä vastaanottavissa soluissa. Koska EV:t voivat käynnistää solujen erilaistumisen, niiden käyttö edellyttää ymmärrystä mekanismeista, jotka ovat esimerkiksi luun muodostumisen taustalla.

Soluviljelykokeissa käytettävässä kasvatusliuoksessa hyödynnetään usein lisäravinteena naudan seerumia. Naudan seerumi sisältää suuria määriä naudan EV:itä, jotka estävät varsinaisesta tutkittavasta solutyypistä erittyvien EV:iden tunnistamisen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi nautaperäiset EV:t onkin ensin poistettava viljelmistä. Tässä väitöskirjassa kehitettiin EV:iden eristämiseen uusi kustannustehokas ja helposti standardoitava menetelmä, joka perustuu seerumin ultrasuodatukseen ja toimii merkittävästi paremmin kuin nykyiset menetelmät.

Lisäksi väitöstyössä tutkittiin EV:iden merkitystä pahanlaatuisen kasvaimen, osteosarkooman (OS), kehittymisessä. Tutkimus toteutettiin altistamalla kudosperäisiä kantasoluja ja pre-osteoblasteja OS-soluista peräisin oleville EV:eille (OS-EV). Osoittautui, että OS-EV:t vaikuttivat muokkaamalla sekä kudosperäisten kantasolujen epigeneettistä tilaa että luun mikroympäristön uudistumiseen liittyvien geenien ilmentymistä. Näin ollen epigeneettinen säätely saattaa olla varhaisimpia vaiheita OS:n syntymiseen liittyvässä kudosperäisten kantasolujen transformaatiossa.

Väitöstyössä pyrittiin myös tuottamaan luukudosta uudella kudosteknologisella menetelmällä. Tutkimus tehtiin in vivo minisialla. Korjasimme alaleuan suuren kontinuiteettipuutoksen yhdistelmämateriaalilla, joka koostui polytrimetyleenikarbonaatista ja kalsiumfosfaatista. Tätä bioimplanttimateriaalia on testattu aikaisemminkin in vivo luupuutosten korjaamisessa mutta ei mekaanisesti kuormitetulla alueella. Jokainen bioimplantti valmistettiin yksilöllisesti minisian leukaan sopivaksi CAD-CAM-menetelmällä. Alaleuka tuettiin yksilöidyillä, mittatilaustyönä tehdyillä 3D-tulostetuilla titaanirekonstruktiolevyillä, koska bioimplantti ei yksinään olisi kestänyt pureskelusta ja muusta purentaelimen toiminnasta syntyviä voimia.

Tämän väitöskirjatyön tulokset osoittivat, että EV:t vaikuttavat niin solujen immuunijärjestelmään ja mikroympäristöön kuin luun uudistumiseen ja luusyövän muodostumiseenkin. Lisätutkimukset ovat kuitenkin välttämättömiä, jotta uusia luupuutosten korjausmenetelmiä voitaisiin hyödyntää potilashoidoissa.