Saara Sirkiä
Useat sairaudet ja traumat voivat aiheuttaa luukudokseen vaurioita ja luupuutoksia. Luun kirurgisessa korjauksessa käytetään sekä potilaan omaa luuta että synteettisiä biomateriaaleja. Vaikka biomateriaaleja on kehitetty ja tutkittu laajasti jo pitkän aikaa, uusia tutkimustuloksia biomateriaalien ominaisuuksista ja soveltuvuudesta tarvitaan edelleen.
Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia ja vertailla kemiallisilla ja fysikaalisilla menetelmillä biokeraameja ja bioaktiivisia laseja, joita on jo käytetty luun korjausaineena ja osana kirurgisia implantteja.
Lisäksi väitöskirjassa tutkittiin kemiallisesti, fysikaalisesti ja myös biologisesti kahta biokeraamia, joita ei aiemmin ole tutkittu luuntäyteaineena. Biomateriaalien ominaisuuksia tutkittiin useilla eri menetelmillä. Materiaalien biologisia vaikutuksia tutkittiin seuraamalla osteoblastisolujen elinkykyä, kun niitä kasvatettiin biomateriaalien läsnä ollessa. Materiaalien molekyylien välisiä sidoksia tutkittiin ATR-FTIR-spektroskopialla, kun taas materiaalien kolmiulotteista rakennetta ja kiteisyyttä tutkittiin röntgenkristallografialla.
Biomateriaalipartikkelien ja solujen morfologiaa tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskopialla, ja biomateriaalien alkuainepitoisuuksia tutkittiin energia-dispersiivisellä röntgenspektroskopialla. Biomateriaalien liukenemiskäyttäytymistä, kuten ionien vapautumista ja biomateriaalien kykyä muuttaa ympäristön pH:ta, tutkittiin eri menetelmillä riippuen materiaalien ominaisuuksista, joko staattisessa tai jatkuvan läpivirtauksen systeemissä.
Tutkimuksessa havaittiin eroavaisuuksia kaikkien tutkittujen biomateriaalien välillä, niin niiden kemiallisissa, fysikaalisissa kuin myös biologisissa ominaisuuksissa. Esimerkiksi funktionalisoitu kalsiumkarbonaatti, joka on luuntäyteaineena tutkittuna uusi materiaali, heikensi huomattavasti osteoblastisolujen elinkykyä. Tämä johtui mahdollisesti materiaalin kyvystä sitoa kasvatusliuoksesta itseensä soluille tärkeitä kalsiumioneja ja proteiineja, mikä vaikutti edelleen epäsuorasti solujen elinkykyyn.
Toinen uusi luuntäyteaineena tutkittu materiaali, pii-pinnoitettu alumiinioksidi, ei puolestaan vaikuttanut millään tavalla luusolujen elinkykyyn, vaikka materiaali sisälsi ja todennäköisesti myös luovutti ioneja, jotka tutkimusten mukaan saattaisivat vaikuttaa positiivisesti luunkudoksen muodostumiseen ja uusiutumiseen.
Tutkimuksessa saavutetuilla tuloksilla materiaalien erilaisista ominaisuuksista on merkitystä, kun pohditaan materiaalien biologista soveltuvuutta ja valitaan tehokasta biomateriaalia kliiniseen käyttöön luun korjautumiseen ja uudistumiseen. Tutkimuksessa saavutetuilla tuloksilla on tärkeä merkitys, kun haetaan nykyistä tehokkaampia materiaaleja esimerkiksi yksilöllisiin luunkorjausimplantteihin.
Väitökseen johtaneet tutkimustulokset tehtiin Turun yliopistossa yhteistyössä Åbo Akademin kanssa.
Physicochemical properties and characterization of bioceramics and bioactive glasses for bone repair
Saara Sirkiä
HLL
VASTAVÄITTÄJÄ
Juha Tuukkanen, professori,
Oulun yliopisto
KUSTOS
Pekka Vallittu, professori,
Turun yliopisto
ESITARKASTAJAT
Wei Xia, professori,
Uppsalan yliopisto, Ruotsi
Jonathan Massera, professori,
Tampereen yliopisto
OHJAAJAT
Pekka Vallittu, professori,
Turun yliopisto
Terhi Heino, dosentti,
Turun yliopisto
Verkkojulkaisun osoite: https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-9526-4