Restore - User-centred smart 3D nanobiomaterial-based scaffold for chondral repair

Tavoitteina uusi mittaustekniikka ja parempi hoito nivelrustovaurioille

Oulun yliopistossa kehitetään uusia menetelmiä nivelrustovaurioiden tutkimukseen ja hoitoon. Laajojen kansainvälisten hankkeiden MIRACLEn ja RESTOREn tähänastiset tulokset näyttävät lupaavilta.

Oulun yliopistossa on meneillään kaksi merkittävää hanketta, jotka kehittävät nivelten rustovaurioiden diagnoosimenetelmiä ja hoitotapoja. Molemmat hankkeet ovat kolmivuotisia, ja ne kytkeytyvät toisiinsa. MIRACLE-hankkeen pyrkimyksenä on kehittää uusi työkalu nivelrustovaurioiden diagnostiikkaan. RESTORE-hankkeen tavoitteena on kehittää nanoteknologiaa hyödyntäviä keinotekoisia soluväliainemateriaaleja nivelten rustovaurioiden hoitoon.

Oulun yliopistossa hankkeista vastaavat mikroelektroniikan tutkimusyksikkö (MIC) ja lääketieteellisen kuvantamisen, fysiikan ja tekniikan tutkimusyksikkö (MIPT). Hankkeiden rahoituksen päälähde on Euroopan Unionin Horisontti 2020 -ohjelma.

Maailmanlaajuisesti nivelrikosta kärsii 242 miljoonaa ihmistä. Monet heistä ovat iäkkäitä, mutta nivelten rustovauriot koskettavat myös nuorempia ikäryhmiä.

-Nuoremmillekin sattuu onnettomuuksia ja riskiryhmässä ovat urheilevat, kovia kontaktilajeja harrastavat. Muun muassa jääkiekko ja jalkapallo ovat tyypillisiä riskilajeja, akatemiatutkija Gabriela Lorite kuvailee.

Professori Simo Saarakkalan mukaan nivelrustovaurioiden hoito on hyvin haastava kenttä. Hoitokeinoja on etsitty jo kymmeniä vuosia. Eri projekteissa on yritetty kehittää keinorustoa, mutta tähän mennessä ne ovat epäonnistuneet. Hoito on tällä hetkellä lähinnä sitä, että pyritään liikkumaan oikein ja lievittämään kipua.

-Joitakin keinoja on. Hyvin paikallista rustovauriota voidaan hoitaa injektoimalla rustosoluja ja kasvattamalla keinorustoa, mutta ominaisuuksiltaan se ei vastaa ihmisen omaa rustoa. Nivelrikosta puhutaan silloin, kun sairaus on edennyt pidemmälle.

Loriten mukaan tutkijoiden tähänastiset tulokset näyttävät lupaavilta. Hankkeet vaativat paljon tutkimusta ja monitieteistä yhteistyötä, mutta hyvä tutkimusryhmä on toimiva ja pitkäjänteinen. Hankkeet ovat laajoja ja kansainvälisiä, ja niissä on useita partnereita Oulun yliopiston lisäksi.

 

MIRACLE – kirurgeille uusi työkalu diagnostiikkaan

 

MIRACLE-hankkeessa tavoitteena on täysin uusi mittaustekniikka, jonka avulla lääkäri saa niveltähystyksen aikana objektiivista mittaustietoa potilaan kudosten rakenteesta ja koostumuksesta. Nykyinen käytäntö on, että kirurgi arvioi nivelen sisäisiä kudoksia silmämääräisesti ja kokeilee niiden jäykkyyttä tylpällä instrumentilla omaan kokemukseensa nojautuen. Nivelvaurioita voidaan tarkastella myös ilman nivelen tähystystä röntgen- ja magneettikuvissa, mutta lievemmät tapaukset eivät vielä erotu niissä.

Diagnostiikan kehittäminen on erityisen tärkeää, koska väärin diagnosoitu ja hoitamaton tai väärin hoidettu nivelvamma johtaa usein myöhemmässä vaiheessa nivelrikkoon.

MIRACLE-hankkeessa kehitettävä laite perustuu biofotoniikkaan ja infrapunaspektroskopiaan, eli siinä mitataan infrapunavalon heijastumista pinnasta.

-Terve ja vaurioitunut kudoksen kohta antavat erilaisia mittaustuloksia, jotka voidaan koota havaintoväreillä ikään kuin kartaksi. Siinä näkyvät myös vaurion paikalliset ja pienetkin aste-erot, Lorite esittelee.

Uudellakaan laitteella tutkimusta ei voi tehdä polven ulkopuolelta, mutta jatkossa on toiveissa yhdistää polven tutkimus- ja hoitotoimenpiteet samalle operointikerralle.

-Jos olisi uusi MIRACLE:n kehittämä laite ja sen avulla löydettäisiin nivelrustovaurio, voitaisiin saman operaation aikana laittaa hoitotoimenpiteenä siirre. Myöhemmin voitaisiin vielä katsoa samalla laitteella, miten siirre on integroitunut eli yhdistynyt ympäröivään kudokseen, Saarakkala kertoo.

Erilaisten potilas- ja riskiryhmien tunnistaminen ei ole ollut tähän mennessä helppoa. Tieto olisi tarpeen arvioitaessa esimerkiksi, ketkä hyötyisivät jostakin hoitomuodosta. Jatkossa voidaan ehkä tunnistaa paremmin riskiryhmiin kuuluvia ja antaa suosituksia myös liikuntalajeista ja muista elämäntapoihin liittyvistä asioista. Keskeistä on kehittää uusia keinoja ennustaa tilanteiden etenemistä.

 

RESTORE – työn alla toimivampi siirre

 

RESTORE-hankkeessa tutkijat pyrkivät kehittämään toimivan siirteen, jolla vaurioituneen ruston rakenne korjaantuu. Tässä hyödynnetään niin sanottuja toiminnallisia nanomateriaaleja.

-Nanomateriaalit ovat kemiallisia aineita, joiden hiukkaskoko on hyvin pieni. Nano tarkoittaa 10-9. Esimerkiksi nanometri on millimetrin miljoonasosa, eli paljon pienempi kuin vaikkapa yhden hiuksen paksuus. Nanomateriaalit ovat yleisesti käytössä monilla aloilla, esimerkiksi elektroniikassa, mutta lääketieteessä niiden käyttö on vielä melko uutta, Lorite selittää.

RESTORE-hankkeeseen soveltuvat nanomateriaalit ovat elimistölle yhteensopivia materiaaleja. Ne voivat olla biologista alkuperää tai voidaan käyttää bioyhteensopivia materiaaleja, jotka eivät aiheuta elimistössä hylkimistä. Lorite muistuttaa, että nanomateriaalit ovat iso ryhmä erilaisia materiaaleja, joita ei kannata niputtaa yhteen. Jokaisen kohdalla tarvitaan valtava määrä tutkimustyötä.

-Nämä materiaalit voidaan nykyään pinnoittaa riippuen niiden tarkoituksesta. Ajatuksena on kehittää materiaalia, joka voidaan aktivoida. Sen sisällä voi olla esimerkiksi lääkeainetta. Tällainen siirre voitaisiin asettaa kohtaan, jossa on nivelvaurio ja antaa siihen ulkopäin stimulaatio. Tulemme hankkeessa tutkimaan muun muassa äänenpaineaaltoa ja ultraääntä, joka vapauttaisi nanomateriaalissa lääkeaineen kudokseen, Saarakkala sanoo.

Hankkeessa on mukana partnereita, jotka tutkivat käytettävät materiaalit ja niiden myrkyllisyyden tarkasti. Aluksi on tärkeää selvittää, että solut eivät kuole eivätkä vaurioidu. Tämän lisäksi täytyy tutkia, miten ympäröivät kudokset reagoivat materiaaleihin. Loppuvaiheessa tutkimukseen kuuluu myös Ulmin yliopiston suorittama prekliininen testaus. Jos kehitetty menetelmä osoittautuu toimivaksi näissä tutkimuksissa, vapaaehtoisten potilaiden testaus voi alkaa tulevaisuudessa.

-Nimenomaan turvallisuuden ja myrkyttömyyden selvittäminen on hidastanut nanomateriaalien käyttöä lääketieteessä verrattuna niiden muuhun käyttöön. Kun tämä asia etenee, materiaaleista voi olla hyötyä esimerkiksi erilaisten sensorien ja monitorien kanssa. Sensorit voivat havaita muun muassa tulehduksen, Lorite sanoo.

RESTORE-hankkeessa ajatuksena on, että hoidettavaa kohtaa voitaisiin monitoroida ulkopuolelta tilannetta seurattaessa, eikä niveltä tarvitsisi avata uudestaan. Muutoksia voitaisiin seurata esimerkiksi äänillä, kävelyä havainnoimalla tai lämpötilaa mittaamalla. Tutkijat ovat huomanneet, että vaurioituneessa kohdassa karheampi kudos tuottaa erilaista ääntä kuin terve. Ja tulehdus taas nostaa yleensä nivelen lämpötilaa.

Teksti: Anna Nieminen

Kuva: Juha Sarkkinen

 

Viimeksi päivitetty: 26.6.2019