Filosofian maisterin Petteri Stenroosin väitöskirjassa tutkittiin eri nukutusaineiden vasteita aivojen toiminnallisiin yhteyksiin sekä kehitettiin hereillä oleville eläimille soveltuvia prekliinisiä magneettikuvantamismenetelmiä. Tulokset parantavat prekliinisen toiminnallisen magneettikuvantamisen luotettavuutta, ja tutkimuksessa kehitettyjen menetelmien käyttö voi johtaa uusiin löydöksiiin toiminnallisen magneettikuvantamisen saralla lähitulevaisuudessa. Väitöstilaisuutta voi seurata 23.10.2020 klo 12 alkaen verkossa.
Nukutusaineiden käyttö on arkipäivää prekliinisessä in vivo -tutkimustyössä. Nukutusaineita käytetään monien toimenpiteiden yhteydessä, kuten kirurgisissa toimenpiteissä tai kuvantamistutkimuksissa, joissa vaaditaan eläinten liikkumattomuutta. Eläinten nukutuksen pääasiallinen etu on kivunlievitys, koetun stressin väheneminen sekä eläinten paikallaanpysyminen lihasrelaksaation ansiosta. Tutkittaessa aivojen toiminnallisuutta nukutusaineiden käytöllä on kuitenkin selkeitä haitallisia seuraamuksia. Nukutusaineet moduloivat voimakkaasti aivojen tyypillisiä lepotilaverkostoja muuttaen tiedonsiirtoa eri aivoalueiden välillä. Usein tiedonsiirto heikentyy merkittävästi, ja perinteiset lepotilaverkostot muuttuvat tai lakkaavat toimimasta. Tästä seuraa tiedoton tila ja kyky reagoida ulkoisiin ärsykkeisiin häviää.
Hereillä olevilla eläimillä tehty toiminnallinen magneettikuvantaminen antaa tietoa aivojen sisäisistä ja spontaaneista toiminnoista, kuten ajattelusta ja muistista, jotka yleensä peittyvät nukutusaineen vaikutuksen alle. Näin eläinten spontaaneista lepotilaverkostoista saadaan luotettavampaa tietoa tai voidaan havaita kokonaan uusia verkostoja, joita ei pystytä nukutuksessa mittaamaan. Hereillä olevilla eläimillä saadut tulokset ovat myös vertailukelpoisempia ihmisillä tehtävän kliinisen tutkimuksen kanssa.
Väitöstutkimuksessa havaittiin, että nukutusaineet moduloivat aivojen normaaleja lepotilaverkostoja eri tavoin, pääasiassa heikentäen aivojen toiminnallisia yhteyksiä laaja-alaisesti. Tulokset osoittivat, että propofoli- ja uretaanianestesiassa mitattu verkosto muistutti eniten hereillä olevien eläinten verkostoa, kun taas isofluraani- ja medetomidiinianestesiassa mitattu verkosto muistutti sitä vähiten. Lisäksi havaittiin, että isofluraani-nukutusaineella on pitkäkestoisia vaikutuksia aivojen toiminnallisiin yhteyksiin. Todettiin, että kuukauden kuluttua isofluraanille altistumisesta rottien toiminnalliset yhteydet talamuksen ja aivokuoren sekä hippokampuksen ja aivokuoren välillä vahvistuivat.
Tutkimuksissa kehitettiin hereillä olevien rottien kuvantamista varten uudentyyppinen ja vapaasti saatavana oleva 3D-tulostettava kiinnitysteline. Magneettikuvausta edeltävästä rottien koulutusjaksosta pyrittiin kehittämään mahdollisimman stressivapaa eläimille. Mitatun kortikosteronitason, sykkeen ja liikkeen perusteella rotat sopeutuivat kuvantamisympäristöön neljän päivän kuluessa. Lisäksi tutkittiin toiminnallisessa kuvantamisessa tavanomaisesti käytetyn kaikukuvaustekniikan sekä äskettäin kehitetyn MB-SWIFT-tekniikan soveltuvuutta hereillä olevien eläinten kuvantamiseen. MB-SWIFTin osoitettiin soveltuvan paremmin hereillä olevien rottien kuvantamiseen, koska se oli vähemmän herkkä kehon liikkeestä aiheutuville kuvantamishäiriöille. Lisäksi tekniikka oli huomattavasti hiljaisempi ja aiheutti täten vähemmän eläinten liikettä.
Väitöstutkimuksen tulokset parantavat prekliinistä toiminnallista magneettikuvantamista tarjoamalla tietoa hereillä olevien tai nukutettujen eläinten kuvantamiseen parhaiten soveltuvista menetelmistä. Tulokset myös lisäävät prekliinisen toiminnallisen magneettikuvantamisen tulosten sovellettavuutta kliiniseen kuvantamiseen.
FM Petteri Stenroosin väitöskirja Functional magnetic resonance imaging of the brain in anesthetized and awake rats (Toiminnallinen aivojen magneettikuvaus nukutetuilla ja hereillä olevilla rotilla) tarkastetaan terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Cornelius Faber Münsterin yliopistosta Saksasta ja kustoksena professori Olli Gröhn Itä-Suomen yliopistosta. Tilaisuus on englanninkielinen.
Väitöskirja verkossa:
Stenroos, Petteri. Functional magnetic resonance imaging of the brain in anesthetized and awake rats
Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa
https://mediabank.uef.fi/A/UEF+Media+Bank/37791?encoding=UTF-8
