Artikkeli: Nivelrikon perimmäisten syiden jäljillä

NIVELRIKON PERIMMÄISTEN SYIDEN JÄLJILLÄ
Nivelrikon perimmäisten syiden jäljillä
FT Hannu Karjalainen selvitti väitöskirjatutkimuksessaan
erilaisten kuormitustekijöiden vaikutusta rusto- ja luusolujen geenitoimintaan. Geenien roolin selvittäminen luu-,
rusto-, sekä kantasolujen toiminnassa voi tuoda lisätietoa
nivelrikon, osteoporoosin tai huonosti parantuvien luunmurtumien taustalla olevista mekanismeista.
Nivelrikon ilmaantumisen yksi
riskitekijä on niveleen kohdistuva liiallinen kuormitus. Ylipainon tai muun liiallisen rasituksen kuluttava vaikutus nivelrikon
synnyssä on helppo ymmärtää.
Nivelruston rappeutuminen voi
kuitenkin aiheutua myös kuormituksen puutteesta, tai jopa ilman ulkoista syytä. Tällöin nivelrikon synnylle voi altistaa myös
yksilön perimä.
Kuormitusta aistiessaan rustoja luusolut pyrkivät vahvistamaan
kudoksen rakennetta tuottamalla
ruston ja luun rakennusaineita
perimän, eli geenien, sisältämien
ohjeiden mukaisesti. Luu sopeutuu kuormitukseen hyvin, mutta
nivelruston sopeutumiskyky on
huomattavasti heikompi. Kuormitus kohdistuu nivelruston ja
rustonalaisen luun rakenteita
ylläpitäviin soluihin moninaisina
ja yllättävänkin suurina voimina.
Nivelrikon kehittymisen yhtenä
syynä voi olla se, että rustosolut
eivät kykene reagoimaan kuormitukseen tarpeeksi tehokkaasti
ylläpitääkseen nivelruston normaalia rakennetta.
FT Hannu Karjalainen Itä-Suomen yliopiston Biolääketieteen
yksiköstä on tutkinut väitöskirjatutkimuksessaan erilaisten kuormitustekijöiden vaikutusta rustoja luusolujen geenitoimintaan.
Rustosoluihin kohdistuu
erittäin voimakas paine
Rustosolut viimeistelevät nivelruston erikoislaatuisen rakenteen
lapsuuden ja nuoruuden aikana.
Pieninä ryhminä rustokudoksen
sisällä elävät solut ylläpitävät,
28
Niveltieto 3 / 2014
ja rajallisessa määrin myös kohentavat, nivelruston rakennetta
myös aikuisiällä.
Ihmisen liikkuessa luiden päitä nivelessä peittävä nivelrusto
joutuu puristukseen. Rustokudosta puristava voima aiheuttaa
ruston solujen altistumisen monenlaisille fysikaalisille voimille. Kuormituksen alkuvaiheessa
soluja ympäröivän nesteen paine
nousee voimakkaasti. Pelkästään
arkiaskareiden aikana rustosoluihin voi kohdistua 200 ilmakehän
paine. Vertailukohtana voi ajatella auton renkaan painetta, joka
on 2–3 ilmakehää. Rustosolut
kuitenkin kestävät paineen hyvin. Tutkimuksissa rustosolut
ovat säilyneet hengissä jopa 1500
ilmakehän paineessa.
Puristavan voiman jatkuessa,
esim. polvinivelessä seisottaessa,
ruston sisällä oleva neste alkaa
puristua ulos ja kudos painuu
kasaan. Tällöin solut altistuvat
mm. kudoksesta ulospuristuvan
nesteen virtaukselle sekä litistävälle, että venyttävälle voimalle.
Virtaavan nesteen mukana kulkevat sähköisesti varautuneet hiukkaset altistavat rustosoluja myös
sähkövirroille. Myös rustosoluja ympäröivän nesteen väkevyys
kasvaa kuormituksen jatkuessa.
Väitöstutkimuksessa selvitettiin, miten rustosolut reagoivat
paineeseen, venytykseen tai osmoottisen paineen, eli liuenneitten
aineiden pitoisuuden, nousuun
soluviljelyolosuhteissa. Samankaltaisissa tutkimuksissa on
aiemmin havaittu kohtalaisen
kuormituksen edistävän ruston
rakenteiden tuotantoa soluissa,
kun taas ylikuormitus on lamannut tuotantoa tai jopa saanut solut
hajottamaan ruston rakenteita.
Tämä kertoo siitä, että rustosolut
Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että fysikaaliset
kuormitustekijät voivat saada luu- ja rustosolut tuottamaan luu- ja rustokudoksen rakenteita. Solut saattavat
myös muokata, tai jopa hajottaa, kudosrakenteita kuormituksen seurauksena. Solunsisäiset tapahtumat, jotka johtavat solujen toiminnan muutoksiin, ovat vielä epäselviä.
kykenevät aistimaan kuormitusta
ja pyrkivät vastaamaan kohtuulliseen kuormitukseen parantamalla ruston rakennetta. Liiallinen kuormitus puolestaan johtaa
rustokudoksen rappeutumiseen.
Se, miten rustosolut tarkkaan ottaen aistivat voimia ja reagoivat
kuormitukseen, on vielä epäselvää. Aiemmissa tutkimuksissa
on lähinnä selvitetty ruston rakenteelle ennestään olennaisiksi
tiedettyjen geenien ilmentymistä
kuormitetuissa soluissa, eli toisin
sanoen tutkittu ruston tärkeimpien rakenneosasten tuotantoa
kuormituksessa.
Erilaiset kuormitustekijät
vaikuttavat eri geeneihin
Väitöstutkimuksessaan Karjalainen etsi uusia geenejä, joiden
toimintaa kuormitetuissa rustosoluissa ei vielä tunneta. Kandidaattigeenejä haettiin DNA-matriisitekniikalla, joka mahdollistaa
suuren geenijoukon toiminnan
tutkimisen samanaikaisesti. Sekä
nestepaine että venytys aiheuttivat
toisistaan poikkeavia muutoksia
solujen geenitoimintaan. Paine
vaikutti geeneihin, jotka osallistuvat solujen kasvuun, olosuhteisiin sopeutumiseen ja solun
erilaistumiseen. Solujen venytys
puolestaan vaikutti solun jakautumiseen, kudosten rakenteen
säätelyyn osallistuviin geeneihin.
Tutkimuksessa havaittiin myös
rustosolujen hyödyntävän amino-
Ultraääniterapian
mahdollisuudet
Nivelrikko on myös rustonalaisen
luun sairaus. Yhdessä väitöstutkimuksen osatyössä tutkittiinkin luusoluja, joita oli altistettu
luunmurtumien hoidossa käytettävälle pienitehoiselle ultraäänelle. Ultraääniterapian periaatteena
on tehostaa luunmurtuman paranemiseen osallistuvien rusto-,
luu- ja kantasolujen toimintaa
keinotekoisesti ultraäänen paineaaltojen avulla.
Ultraääniterapian vaikutusmekanismia ei kuitenkaan vielä tunneta, mutta aiemmat solukokeet
viittaavat siihen, että terapeuttinen ultraääni voi lisätä luun ja
ruston tuotantoa. Terapeuttisen
ultraäänen on myös havaittu edistävän kantasolujen erilaistumista
rusto- ja luusoluiksi. Luunmurtuman paranemisvaiheessa murtumakohtaan muodostuu aluksi
rustoa, joka edelleen kalkkeutuu
ja korvautuu luukudoksella. Tämän vuoksi ultraäänen vaikutusten selvittäminen luusoluissa voi
tuoda lisätietoa myös nivelrikon
syntyyn osallistuvista geeneistä.
Väitöstutkimuksessa tutkittiin
ultraäänen vaikutusta luutyyppisiin soluihin ensimmäistä kertaa koko ihmisen perimän mittakaavassa. Kokeessa tallennettiin
kaikkien ihmisen geenien ilmentymistaso luusoluissa ultraäänialtistuksen jälkeen. Tutkimuksessa
löydettiin lähes neljäsataa geeniä,
joiden ilmentymiseen ultraääni
vaikutti.
Luusoluja soluviljelymaljalla
valmiina ultraäänialtistukseen. Soluja elätetään pinkissä ravintoliuoksessa. Viljelymaljan kuoppien pohjan
läpi näkyvät ultraäänikiteet.
Tutkimuksen perusteella ultraäänialtistus vaikutti solukalvoihin
ja geenien ilmentämisen säätelyyn.
Ultraääni ei kuitenkaan lisännyt
luulle tai rustolle tyypillistä geeniluentaa mahdollisesti siksi, että koeasetelmassa pyrittiin välttämään ultraäänen lämmittävää
vaikutusta sekä hallitsemattomia
heijastuksia, jotka voivat myös
vaikuttaa soluvasteisiin. Koe myös
osoitti, että ultraäänen voimakkuus ei välttämättä selitä sen aikaansaamia vaikutuksia soluissa,
sillä pienimmällä teholla altistetuissa soluissa havaittiin eniten
vaikutuksia. Kokeessa löydettyjen geenien roolin selvittäminen
luu-, rusto-, sekä kantasolujen
toiminnassa voi tuoda lisätietoa
useamman tuki- ja liikuntaelinsairauden (kuten nivelrikon, osteoporoosin tai huonosti parantuvien luunmurtumien) taustalla
olevista mekanismeista.
NIVELRIKON PERIMMÄISTEN SYIDEN JÄLJILLÄ
Tällä laitteella rustosoluja
altistettiin jaksoittain toistuvalle venytykselle kuudella silikonimaljalla. Nivelessä rustosolut altistuvat
samankaltaiselle venytykselle erityisesti toisiaan vasten painuvien rustonkohtien
reunoilla.
hapon kaltaista yhdistettä, tauriinia, suojautuakseen elinympäristönsä osmoottisen paineen
nousulta. Jo aiemmin on osoitettu
rustosolujen hyödyntävän tauriinia selvitäkseen ympäristönsä
osmoottisen paineen nopeasta laskusta. Tauriinin on myös havaittu
auttavan luusoluja säilyttämään
tyypillisiä ominaisuuksiaan. Tämän vuoksi väitöstutkimuksessa
selvitettiin myös, edistääkö tauriini luuytimen kantasolujen erilaistumista luu- tai rustosoluiksi.
Tästä ei kuitenkaan saatu tutkimuksessa vakuuttavaa näyttöä.
Hannu Karjalainen
Biolääketieteen yksikkö,
anatomian oppiaine
Itä-Suomen yliopisto,
Kuopion kampus
Niveltieto 3 / 2014
29