Luuvauriot yleistyvät väestön ikääntyessä, mikä aiheuttaa haasteita terveydenhuollolle. Perinteisenä vakavien luuvaurioiden hoitomuotona on käytetty luusiirteitä, mutta ne on todettu monissa tapauksissa ongelmallisiksi muun muassa siksi, että luovutuskohta paranee usein heikosti ja siirreluu saattaa olla huonolaatuista. Tästä syystä kudosteknologiaan pohjautuville hoitomuodoille on suuri kysyntä.

Luukudosteknologiassa luuvaurioita hoidetaan rakenteella, jossa yhdistyvät biomateriaalitukiranka, kantasolut sekä soluja stimuloivat tekijät. Aikuisella yksilöllä rasvakudos on erinomainen kantasolujen lähde, sillä siitä voidaan eristää helposti suuria määriä erilaistumiskykyisiä kantasoluja lääketieteen sovelluksia, kuten luukudosteknologiaa, varten. Rasvan kantasoluja hyödyntävillä kudosteknologisilla sovelluksilla onkin jo korjattu varsin menestyksekkäästi yksittäisten potilaiden luuvaurioita.

Kudosteknologiaan perustuvien luuhoitojen toteuttaminen tehokkaasti ja kontrolloidusti edellyttää, että kantasolujen luuerilaistumisen mekanismit tunnetaan aina molekyylitasolle saakka. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiinkin luunmuodostusta tukevan kasvutekijän, luun morfogeneettisen proteiini 2:n (BMP-2), vaikutusta rasvan kantasolujen luuerilaistumiseen sekä solunsisäiseen viestintään.

Luukudosteknologiassa käytetyistä biomateriaaleista bioaktiivisen lasin on havaittu toimivan erityisen hyvin, koska sillä on luuerilaistumista edistävä vaikutus. Tämän ilmiön toimintamekanismia soluissa ei kuitenkaan tunneta. Väitöskirjatyössä tutkittiinkin myös bioaktiivisista laseista liukenevien ionien luuerilaistumista edistävää vaikutusta. Lisäksi analysoitiin mekanismia, jolla solut kiinnittyvät lasipinnoille, ja tutkittiin tämän mekanismin merkitystä bioaktiivisen lasin aikaansaamassa luuerilaistumisessa.

Tämä väitöskirjatutkimus osoitti, että BMP-2:n aikaansaama luuerilaistumisvaste vaihtelee merkittävästi eri luovuttajilta peräisin olevien rasvan kantasolujen välillä, ja että osassa soluista BMP-2 aiheutti luuerilaistumisen sijaan rasvanmuodostusta.

Näiden tulosten valossa BMP-2:n käytön hyödyt luukudosteknologiassa saattavat olla – yleisen käsityksen vastaisesti – rajalliset. Sen sijaan bioaktiivisista laseista liuenneet ionit yhdistettynä perinteisiin, kemiallisiin luuerilaistustekijöihin saivat aikaan poikkeuksellisen nopean ja voimakkaan luuerilaistumisvasteen, mikä kannustaa hyödyntämään bioaktiivista lasia luukudosteknologiassa entistä laajemmin. Solut kiinnittyivät bioaktiiviseen lasiin poikkeuksellisella mekanismilla, ja solun ja lasin välisen vuorovaikutuksen havaittiin aiheuttavan luuerilaistumisen kannalta merkittäviä muutoksia solun sisäisessä viestinnässä.

Tämä tutkimus tarjoaa uutta tietoa luuerilaistumisen mekanismeista ja luo näin pohjaa entistä toimivampien kudosteknologisten luusovellusten kehitystyölle.

Väitöstutkimus tehtiin Aikuisen kantasolujen tutkimusryhmässä Tampereen yliopiston BioMediTech-yksikössä.

Miina Ojansivu
FT
miina.ojansivu@uta.fi

Väitöskirja tarkastettiin 16.9.2016 Tampereen yliopistossa.

VASTAVÄITTÄJÄ
Juha Tuukkanen, professori, Oulun yliopisto

KUSTOS
Susanna Miettinen, apulaisprofessori, Tampereen yliopisto

ESITARKASTAJAT
Maria Helena Fernandes, professori, University of Porto, Portugali
Jeffrey Gimble, professori, Tulane University, Yhdysvallat

OHJAAJAT
Susanna Miettinen, apulaisprofessori, Tampereen yliopisto
Sari Vanhatupa, FT, Tampereen yliopisto

Characterization of osteogenic differentiation mechanisms of human adipose stem cells in response to BMP-2 and bioactive glasses

Verkkojulkaisun osoite: http://tampub.uta.fi/handle/10024/99629