Pioneeritutkimuksena alkanut sovelletun fysiikan luu- ja rustotutkimus on nykyään alansa maailman huippua.
- Teksti ja podcast Marianne Mustonen
- Kuvat Raija Törrönen, Mostphotos ja Petri Tanska
—Luu- ja rustotutkimuksella on yliopistossamme hieno ja pitkä perinne, kertoo luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnan dekaani, professori Jukka Jurvelin.
—Alan tutkimus sai alkunsa Kuopion yliopistollisessa sairaalassa jo 1970-luvulla ylifyysikko Paavo Karjalaisen ja professori Esko Alhavan aikana. Kuopion yliopistollisen sairaalan fyysikot ja ortopedit kehittivät yhdessä laitteita osteoporoosin tutkimukseen ja sovelsivat menetelmiä kliiniseen potilasdiagnostiikkaan.
1980-luvun alussa nuorelle fysiikan opiskelijalle avautui gradutyöntekijän paikka anatomian laitoksella professori Heikki Helmisen käynnistämään nivelruston tutkimushankkeeseen.
—Olin siellä ensimmäinen fyysikko kautta aikojen, hän kertoo.
—Siihen aikaan tutkittiin biomekaanisilla mittausmenetelmillä fyysisen kuormituksen vaikutusta nivelruston mekaanisiin ominaisuuksiin.
Jurvelin jatkoi opintojaan sairaalafyysikoksi ja väitteli vuonna 1991, aiheenaan nivelruston rakenteen ja koostumuksen yhteys kudoksen toiminnallisiin ominaisuuksiin.
—Teimme Kuopiossa täysin alan pioneeritutkimusta. Ensin piti kehittää osa tutkimusvälineistä, sitten vasta pääsi tekemään varsinaista tutkimusta. Lihakunnalta haettiin naudan polviniveliä tutkimusmateriaaliksi. Ne ovat isoja ja hyviä tutkimukseen, nivelruston rakenne samankaltainen kuin ihmisen polvinivelessä.
—Väitöskirjatutkimuksessani kehitimme tutkijakollegan kanssa kliinisen mittalaitteen, jolla voitiin tutkia leikkaussalissa ruston kuntoa mekaanisesti painelemalla. Nivelruston jäykkyysmittauslaite oli varmasti yliopistomme ensimmäisiä kaupallisia laitteita, jonka myötä alkoi myös kaupallistamisen kehittäminen laajenemaan.
Jos nivelrusto pehmenee, se voi huonosti.
Jukka Jurvelin
Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnan dekaani, professori
Jurvelinin tutkimusryhmän työ herätti kiinnostusta myös kansainvälisessä tutkimusyhteisössä. Sveitsissä vietetyt postdoc-vuodet toivat lisää kokemusta ja uutta näkökulmaa tutkimukseen.
—Alusta alkaen oli selvää, että tutkimusrahoitusta pitää itse hakea. Tämä periaate on edelleen voimissaan tutkimusryhmissämme. Nuorten tutkijoiden on tärkeää huomata, että omat ajatukset kantavat tieteellisesti.
—Tutkijoidemme ensimmäinen sukupolvi, professorit Juha Töyräs, Rami Korhonen ja Miika Nieminen olivat jo aikoinaan tosi lahjakkaita ja työtä pelkäämättömiä. Samoin toinen tutkijasukupolvemme, kuten esimerkiksi professori Simo Saarakkala, Jurvelin kiittelee.
Tällä hetkellä tutkimuksessa keskitytään yhä aikaiseen diagnoosiin, mutta entistä enemmän myös nivelongelmien ennustamiseen. Tietokonemallien avulla lasketaan todennäköisyyksiä nivelsairauksien kehittymiselle.
— Polven nivelrikon kehittymistä voidaan ennustaa matemaattisesti mallintamalla hyödyntäen kävelymatolla saatua kuormitustietoa ja magneettikuvausta. Ultraäänikuvaus sekä mikroskooppiset menetelmät tarjoavat myös tietoa mallinnuksen tueksi. Myös röntgenkuvaus on edelleen voimissaan, sitä on kehitetty hyvin paljon eteenpäin.
Röntgen-varjoaineita voidaan yhdistellä uusiksi, älykkäiksi cocktaileiksi.
Jukka Jurvelin
Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnan dekaani, professori
Tulevaisuudessa nivel- ja luudiagnostiikkaa pitäisi voida tehdä entistä pidemmälle perusterveydenhuollossa, jopa kotona.
—Jo perusterveydenhuollossa saataisiin parempi käsitys nivelen tilasta, voitaisiin silloin puuttua entistä tehokkaammin ja edullisemmin mahdollisiin syihin. Voisiko esimerkiksi nivelen mahdollisen virheasennon merkitystä arvioida paremmin, Jurvelin pohtii.
— Nivelrikko ei tule hetkessä. Jos rustovaurio etenee ja rustokudos kuluu kokonaan pois, ainoa hoitokeino on keinonivel. Vaikka se on tehokas hoito, on tärkeää ehkäistä nivelrikon kehittymistä jo ennalta.
Rustovaurio syntyy useimmiten ihmisen liikkuessa liiallisesta tai vääränlaisesta nivelen mekaanisesta kuormituksesta. Paikallinen rustovaurio on mahdollista korjata rustosolusiirreleikkauksen avulla.
Nivelrustosoluja otetaan ei-kuormitusta kantavalta rustoalueelta. Soluja viljellään ja monistetaan soluviljelmissä, ja syntynyt soluhyytelö istutetaan vaurioalueelle. Korjaus suojataan luukalvolla, jolloin uutta rustonkaltaista kudosta pitäisi kasvaa tilalle.
Rustosolusiirreleikkaukset eivät sovellu hitaasti kehittyvän nivelrikon hoitoon.
Kuvassa: Biomekaanisen polvinivelmallin luonnin vaiheet rustovauriosta johtuvan nivelruston rappeutumisen simuloimiseksi. Simulointituloksia verrataan kvantitatiivisiin magneettikuviin 3-vuotisen seurantajakson aikana. Simulaatiotulokset vastaavat hyvin magneettikuvaukseen pohjautuvia kokeellisia havaintoja.
Lisätietoja: Orozco, Eskelinen, Kosonen et al. 2021 Journal of Orthopaedic Research, DOI: 10.1002/jor.25177.
