Väitös



Yliopistologo


Lääketieteen lisensiaatti Veikko Viljasen lääketieteellisen teknologian / kirurgian alaan kuuluva väitöskirja

Allogeneic and xenogeneic bone morphogenetic protein in skeletal reconstruction (Allogeeninen ja ksenogeeninen luun morfogeneettinen proteiini luurekonstruktiossa)

tarkastetaan perjantaina 10.10.1997 kello 12 Tampereella Finn-Medin auditoriossa, Lenkkeilijänkatu 6.

Vastaväittäjänä on professori Seppo Santavirta Helsingin yliopistosta. Kustoksena toimii professori Kai Krohn.



Työn ohjaajana on toiminut professori T. Sam Lindholm. Tutkimustyö on suoritettu Tampereen yliopiston lääketieteen laitoksessa ja lääketieteellisen teknologian instituutissa.

Viljanen on syntynyt Paimiossa 17.5.1950 ja suorittanut ylioppilastutkinnon Salon yhteislyseossa 1969. Lääketieteen lisensiaatin tutkinnon hän on suorittanut Turun yliopistossa 1975. Hän on erikoistunut kirurgian ja käsikirurgian erikoislääkäriksi. Viljanen on työskennellyt Tampereen yliopiston kirurgian apulaisopettajana Seinäjoen keskussairaalassa 1991-1997.

Väitöskirja ilmestyy sarjassa Acta Universitatis Tamperensis 562, painopaikka Vammalan kirjapaino Oy, Vammala 1997. ISBN 951-44-4212-1, ISSN 1455-1616 Väitöskirjan tilausosoite: Tampereen yliopiston julkaisujen myynti, PL 617, 33101 Tampere

Lisätietoja: Veikko Viljanen p. (040) 595 7591

TIIVISTELMÄ

JOHDANTO

Luun morfogeneettinen proteiini (BMP) on yksi merkittävimpiä luun paranemista edistäviä keksintöjä tämän vuosisadan aikana. Viitteen tämän proteiinin esiintymisestä erityisesti luun kuorikerroksessa erittäin pieninä, mutta sopivilla menetelmillä eristettävissä olevina määrinä totesi ensimmäisenä Marshall R. Urist 1960-luvun puolivälissä. BMP:n todettiin aikaansaavan uudisluun muodostusta sekä pehmytkudokseen (heterotooppinen luutuminen) että luuston alueelle (ortotooppinen luutuminen) paikallisesti implantoitaessa. BMP:n vaikutuksesta erilaistumattomat, ns. mesenkymaalista tyyppiä olevat pehmytkudossolut kulkeutuvat ensin annostelukohdalle ja erilaistuvat sitten luusoluiksi alkaen tuottaa uutta luuta. Ns. kasvutekijät eroavat BMP:sta siinä, että niiden vaikutuksen kohteena ovat jo erilaistuneet solut.

Myöhemmin on tunnistettu yli 30 toiminnaltaan ja rakenteeltaan toisilleen sukua olevaa BMP-geeniperheen jäsenten koodaamaa proteiinia lukuisista eri tyyppisistä kudoksista. Eri BMP-lajien on todettu olevan välttämättömiä hedelmöityksen jälkeisessä solujen erilaistumisessa ja eri elinten kehityksessä.

BMP:lla on tähän mennessä jo saavutettu lupaavia alustavia tuloksia muilla keinoilla vaikeasti paranevien murtumien ja luunpuutosalueiden hoidossa. Koska BMP ei ole vielä kaupallisesti saatavilla, tähänastiset kliiniset hoitokokeilut ovat perustuneet yksittäisten tutkimusryhmien itse tuottamien proteiinien käyttöön. Ihmisen luonnollisen BMP:n suurimittaisen eristämisen ollessa käytännön syistä pois laskuista, ovat biokemiallisesti puhdistettu eläinperäinen ja rekombinanttitekniikalla tuotettu BMP olleet päämielenkiinnon kohteena. Merkittäviä immunologisia tai muita haittavaikutuksia ei näillä proteiineilla toistaiseksi ihmisessä ole todettu.

Tampereen yliopistossa, ensin lääketieteen laitoksessa ja sittemmin Lääketieteellisen teknologian instituutissa (IMT) professori T. Sam Lindholmin johdolla jo noin 10 vuoden ajan toiminut Bone Transplantation Research Group (BTRG) on toistaiseksi ainoa pohjoismainen tutkijaryhmä, joka on pyrkinyt kehittämään luonnollisesta itse eristetysta BMP:sta kliinisesti käyttökelpoisen tuotteen. Tämä ryhmä, jossa myös väittelijä toimii, on viimeksi kuluneen vuoden aikana lisäksi tehnyt määrätietoisesti työtä myös rekombinatti BMP:n tuottamiseksi sekä geeninsiirtotekniikkaan perustuvan luunparanemismenetelmän kehittämiseksi.

TUTKIMUKSEN TARKOITUS

Nyt kyseessä oleva väitöskirjatyö keskittyi luonnollisen, eläinperäisen, hirven ja lampaan luusta itse eristetyn BMP:n tutkimiseen erilaisin, osittain myös itse kehitetyin in vivo testausmenetelmin sekä samalla sen käyttöön kokeellisten luunpuutosalueiden korjauksessa. Tutkimusten tavoitteena (ja jo toteutumassa olevana tuloksena) oli maassamme päästä aloittamaan BMP:n hyödyntäminen kliinisesti väittelijän edustaman käsikirurgian alalla, ortopediassa sekä yleensä rekonstruktiivisessa kirurgiassa.

OSA TYÖT JA KESKEISET TULOKSET

Väitöskirja koostuu kuudesta osajulkaisusta ja niiden yhteenvedosta. Näistä ensimmäisessä (Eur Surg Res 1996; 28: 447-460) osoitettiin, että hirven luuaineksesta voidaan eristää ja fraktioida BMP, jonka aluksi korkea osteoinduktiivinen aktiviteetti laskee säilytyksen aikana. Kysymyksessä on primaarihavainto. Työ myös demonstroi, että aktiivisesta BMP-osasta voidaan poistaa haitallinen, immunologisia reaktioita aiheuttava fraktio.

Toisessa ja kolmannessa osatyössä (J Reconstr Microsurg 1997; 13: 207-214; Ann Chir Gynaecol 1993: 82: 55-62) osoitettiin, että silikoniputkella ympäröity verisuonivarrellinen lihaskieleke toimii hyvänä biologisena koemallina testattaessa BMPn uutta luuta synnyttäviä ominaisuuksia. Lihaskielekkeessä tapahtunut luunmuodostus oli samankaltainen verrattaessa sitä konventionaaliseen lihaksen sisäiseen koemalliin, mutta uudisluun määrän mittaaminen luotettavampaa kuin jälkimmäisessä.

Neljännessä osatyössä (lähetetty julkaistavaksi) on sovellettu em. rotan lihaskielekekoemallia. Tässä työssä osoitettiin, että ksenogeenisen, hirvestä eristetyn BMP:n aiheuttama immunologinen reaktio vähentää sen uudisluuta indusoivia ominaisuuksia. Kuitenkin immunologista siirrereaktiota vähentävä samanaikainen syklosporiinilääkitys palautti ksenogeenisen BMP:n osteoinduktiivisuuden.

Viides osatyö (Int J Oral Maxillofac Surg 1996; 25: 217-222) demonstroi ksenogeenisen hirvestä eristetyn BMP:n erittäin voimakkaan vaikutuksen uudisluun muodostukseen ns. krittisen kokoisessa (22mm) lampaan kalloluun puutosalueessa. Työssä käytettiin kahta erillistä kontrollieläinryhmää, joista toisessa defektin täyttömateriaalina oli koe-eläimen oma luuydinsiirre ja toisessa BMP:n sopivaksi kantaja-aineeksi osoittautunutta tyyppi IV kollageenia yksinään. BMP:n vaikutus defektin paranemiseen oli tilastollisesti erittäin merkitsevä huolimatta kokeen alkuvaiheessa havaitusta vasta-ainemuodostuksesta.

Kuudennessa osatyössä (Int J Oral Maxillofac Surg 1997; 26: 389-393) tutkittiin allogeenisen, lampaan BMP:n vaikutusta lampaan kalloluupuutosalueen paranemiseen. Kontrolliaineena käytettiin tyyppi IV kollageenia. Työssä todettiin radiomorfometrisesti merkittävä paranemisero, joka oli kuitenkin oletettua pienempi. Tämä liittyi mahdollisesti käytetyn koemallin mahdollistamaan rinnakkaisten koe- ja kontrollidefektien vuorovaikutukseen.

JOHTOPÄÄTÖKSET

Kyseessä olevalla tutkimusalalla on jatkuva tarve erityyppisten BMP-tuotteiden uudisluuta synnyttävän aktiviteetin testauksiin, joissa uusien kvantitatiivisten menetelmien kehittämisen tarve on ilmeinen. Tässä työssä kehitettyä uudentyyppistä rotan lihaskielekemallia, joka rajaa luutumistilavuuden ja sen olosuhteet, pidettiin selvänä edistysaskeleena aikaisemmin käytettyihin lihaksensisäisiin testausmalleihin verrattuna paremman uudisluun mittausolosuhteiden toistettavuuden takia. Käytettyjä radiomorfometrisia sovelluksia arvioitaessa voitiin todeta tietokonepohjaisen kuva-analyysin jo nähtävissä olevan lähitulevaisuuden teknisen kehityksen tarjoavan nykyistä vakioidummat mahdollisuudet uudisluun määrän mittauksessa.

Mahdollisesti hylkimisreaktioita aiheuttavien proteiinifraktioiden tunnistuksen ja poiston jo BMP:n tuotantovaiheessa todettiin olevan mahdollista ja suotavaa. Kuitenkin ilman tällaisia erityistoimenpiteitäkin voitiin todeta työssä käytetyn sekä allo- että ksenogeenisen BMP:n soveltuvuus luupuutosten korjaamiseen ja tulosten katsottiin puoltavan kliinisten tutkimusten aloittamista. Näiden lisäksi BMPn synnyttäminen geeniteknologisesti paikallisesti suoraan luunpuutoskohdassa, on yhtenä väittelijän sekä hänen edustamansa ryhmän kokeellisten jatkotutkimusten aiheena.


Väitökset
Tampereen yliopiston tiedotus
Tampereen yliopisto