Teknillisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa. Tilaisuutta voi seurata Kuopion kampuksella ja verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Nivelrikko on yksi yleisimmistä tuki- ja liikuntaelinsairauksista, jonka syntymekanismeja ei täysin tunneta eikä parantavaa hoitoa ole. Laskennalliset tietokonemallit voivat tarjota arvokasta tietoa taudin etenemisestä ja hoitovasteista.
Väitöskirjatyössäni tutkittiin mallinnuksen avulla, miten ylikuormitus ja tulehdus vaikuttavat rustosolujen toimintaan, kuten solukuolemaan, hapetusstressiin ja rustoa hajottavien entsyymien tuotantoon. Mallien ennusteet ruston koostumuksesta olivat linjassa aiemmin ihmisen polvinivelen ja naudan rustonäytteiden magneetti- ja mikroskopiakuvissa havaittujen rustomuutoksien kanssa. Lisäksi mallia kehitettiin simuloimaan hapetusstressiä vähentävän lääkehoidon vaikutuksia ruston rappeutumiseen polvivaurion jälkeen.
Kehitetyt laskennalliset mallit tarjoavat viitekehyksen hoitovasteiden laskennalliselle arvioinnille ja voivat tukea uusien, nivelrikon etenemistä hidastavien hoitomuotojen kehittämistä.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Vaurioituneessa nivelrustossa kuormitus aiheuttaa paikallisempaa ja nopeammin ilmenevää nivelruston rappeutumista kuin tulehdus. Tulehduksen hillitseminen voi kuitenkin hidastaa rappeutumista ja edistää osittaista paranemista. Lisäksi havaittiin, että hapetusstressiä vähentävä lääkehoito voi hidastaa rustosolujen kuolemaa ja ruston rappeutumista, jos hoito aloitetaan riittävän ajoissa vaurion jälkeen.
Tulokset tarjoavat uutta tietoa nivelrikon etenemisestä ja voivat ohjata tulevia laboratoriotutkimuksia. Ne valottavat myös paikallisia soluvasteita ja rappeutumismekanismeja, jotka vaihtelevat ruston eri alueilla ja ajan kuluessa. Rappeutumismekanismien parempi tunteminen edesauttaa lääkehoitojen kehitystä, ja kehittämäni solupohjaiset mallit voivat tulevaisuudessa tukea virtuaalista lääkehoidon vaikutusten arviointia nivelrikkopotilailla.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Tulokset edistävät aiempia laskennallisia malleja ja edesauttavat niiden kehittämistä potilaskohtaisten hoitojen vaikutuksen arvioimiseksi. Niveltason malleilla voidaan jo arvioida potilaskohtaista nivelruston kuormitusta. Kun näihin malleihin yhdistetään kudostasolla kehitetyt, soluvasteita sisältävät rappeutumismallit, voidaan virtuaalisesti arvioida esimerkiksi painonpudotuksen, fysioterapian tai lääkehoidon vaikutusta rustosolujen vasteisiin, nivelruston koostumukseen ja nivelrikon etenemiseen.
Tällaiset tietokonemallit ja niiden ennusteet voivat edesauttaa potilaskohtaista hoitojen kehitystä nivelrikon hidastamiseksi tai estämiseksi, mikä voisi vähentää yhteiskunnalle aiheutuvia merkittäviä kuluja ja parantaa potilaiden elämänlaatua.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöstyössäni käytettiin päätutkimusmenetelmänä äärellisten elementtien menetelmää rustosolujen vasteiden simuloimiseen eri kuormituksille, tulehdusmolekyyleille ja hapetusstressiä vähentävälle lääkehoidolle. Tutkimuksessa mallinnettiin myös näiden tekijöiden vaikutuksia nivelruston koostumukseen, ja tuloksia verrattiin magneettikuviin ja histologisiin löydöksiin.
Kudostason mallit kehitettiin yhteistyössä Massachusettsin teknillisen korkeakoulun (MIT) ja Iowan yliopiston tutkijoiden kanssa. Lisäksi väitöskirjassa käytettiin Iowan yliopistossa aiemmin kerättyä dataa hapetusstressiä vähentävän lääkkeen vaikutusten mallinnuksessa.
Väitöskirja on muun muassa osa Novo Nordisk -säätiön rahoittamaa professori Rami Korhonsen projektia, joissa tutkitaan myös traumaperäisen nivelrikon etenemismekanismeja ja potilaskohtaisia lääkehoitojen vaikutuksia. Tutkimus tukee myös Itä-Suomen yliopiston strategisia profiilialueita ja on osa TULES-tutkimusyhteisön sekä Biofysiikan tutkimusryhmän tutkimusta.
FM Joonas Kososen teknillisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Cell-driven in silico modeling of post-traumatic osteoarthritis - Impact of overloading, inflammation, and antioxidant treatment on articular cartilage composition (Solupohjaiset tietokonemallit auttavat ymmärtämään nivelrustossa tapahtuvia muutoksia ylikuorman, tulehduksen ja lääkehoidon seurauksena) tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Kuopion kampuksella. Vastaväittäjänä toimii professori Jérôme Noailly, Universitat Pompeu Fabra, Espanja, ja kustoksena professori Rami Korhonen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on englanti.
Lisätietoja:
Joonas Kosonen, [email protected], p. 050 304 3474
- Väitöstilaisuus
- Väitöskirja (PDF)
- Kuva (tulossa)
