Vesa Kiviniemen aivopesuri voi mullistaa Alzheimer-hoidon

Toiminnallisen neurokuvantamisen professori Vesa Kiviniemi tutkii Oulun yliopistossa OFNI (Oulu Functional Neuroimaging) -työryhmänsä kanssa aivojen pulsaatioiden ohjaamaa glymfaattista järjestelmää, joka puhdistaa nukkumisen aikana aivot kuona-aineista. Mikäli aivot eivät puhdistu oikein, riski saada esimerkiksi muistisairauksia kasvaa. Kiviniemi ryhmineen kehittää myös aivojen pesua tehostavaa ”aivopesuria”, jolla voitaisiin helpottaa kuona-aineiden huuhtelemista aivoista.

Aivojen glymfaattisessa järjestelmässä veriaivoesteeksi kutsutun osan sisällä on ”viemäreitä”. Nämä viemärit huolehtivat aivojen puhdistuksesta etenkin yöllä ihmisen nukkuessa. Veriaivoeste on aivojen suodatin, joka sekä suojaa aivoja haitallisilta aineilta että ylläpitää hermosolujen toiminnan kannalta oleellista elektrolyyttitasapainoa. Samalla suodatin kuitenkin estää vesiliukoisten lääkkeiden pääsyn aivoihin, mikä tekee aivosairauksien hoidosta hyvin haastavaa.

Yhdessä professori Outi Kuittisen tutkimusryhmän kanssa Vesa Kiviniemi on saanut selkeitä tuloksia siitä, että aivosairauksia (kuten aivolymfooma) voi parantaa avaamalla hetkeksi veriaivoeste valtimon kautta mannitolilla ja johtamalla siten aivojen sisälle jopa satakertainen määrä lääkettä. Tämäntapaiset menetelmät voivat jatkossa mullistaa lukuisien vaikeiden sairauksien, kuten muistisairauksien, epilepsioiden ja aivokasvaimien hoidon. Aivosäätiö rahoitti Vesa Kiviniemen tutkimusta yhdessä Suomen Akatemian kanssa usean vuoden ajan.

1. Mitä tutkit ja miksi?

Aivot ovat kuin vedessä lilluva sieni, jonka sisään menee ja josta tulee ulos vettä veren ja selkäydinnesteen mukana. Tutkin ultranopealla magneettikuvausmenetelmällä tämän aivopesusienen toimintaa ajavia pulsaatioita eli aivojen glymfaattisen puhdistusjärjestelmän moottoreita. Kansankielellä puhutaan aivojen pesukoneesta, jonka pitää toimia täydellisesti – jos pesu ei toimi, syntyy muisti- ja muita kognitiivisia ongelmia.

Työryhmämme kehittää menetelmiä aivojen glymfaattisen pesun tehostamiseksi ja veriaivoesteen läpäisemiseksi. Veriaivoeste suojaa aivoja haitallisilta aineilta ja ylläpitää samalla aktiivisesti hermosolujen vaatimaa tarkkaa elektrolyyttitasapainoa. Se estää myös lääkkeiden pääsyn aivoihin, mikä tekee aivosairauksien hoidosta vaikeaa. Uskon, että merkittävin keino parantaa aivosairauksia on kehittää ratkaisu veriaivoesteen ohittamiseksi.

Veriaivoesteen lisäksi pulsaatiot liittyvät oleellisesti aivojen glymfaattiseen järjestelmään. Nukkuessamme pulsaatiot vahvistuvat ja työntävät aivoista vettä ja aineenvaihdunnan tuotteita sekä huuhtelevat mennessään kuona-aineet pois. Ihminen, kuten muutkin eläimet tarvitsevat unen aikana kiihtyvää puhdistusta kolmasosan elämästään.

Tutkimustemme mukaan Alzheimerin taudissa aivojen pesukoneen valtimopulsaatiot liittyvät vahvasti sairauden etenemiseen ja kuormittavat veriaivoestettä sekä heikentävät samalla puhdistusta. Olemme lisäksi havainneet, että epilepsiaa sairastavilla hengityksen ajamat laskimopulsaatiot toimivat aivoissa epätyypillisellä tavalla. Heillä aivojen hengityspulsaatio on tavallista korkeampi eli aivot ikään kuin hyperventiloivat hengityksen tahtiin. Löytö on aivan uusi avaus epilepsian diagnosoinnissa.

2. Mitkä ovat tärkeimmät tulokset tähän mennessä?

Tutkimusryhmämme on saanut selkeitä tuloksia siitä, että aivosairauksia voisi parantaa avaamalla veriaivoeste ja päästämällä sinne valtimon kautta suuri määrä lääkettä. Tämä mullistaisi lukuisien aivosairauksien, kuten aivokasvaimien, muistisairauksien, tulehdussairauksien ja epilepsioiden hoidon.

Veriaivoesteen voi nykyisillä menetelmillä avata hetkeksi ruiskuttamalla aivovaltimoihin hyperosmolaarista sokeria, mannitolia, jolloin aivoihin saadaan ujutettua satakertainen määrä lääkkeitä. Menetelmää käytetään menestyksekkäästi aivolymfoomien hoidossa.

Toinen keino veriaivoesteen turvalliseen, ohimenevään avaamiseen on kohdistaa fokusoitu ultraääni (FUS) tiettyihin kohtiin aivoissa. Uskon, että ultraäänimenetelmällä tullaan tekemään läpimurtoja Alzheimerin taudin ja muiden aivosairauksien hoidossa alan pioneerin, Toronton yliopistossa Kanadassa työskentelevän professori Kullervo Hynysen johdolla. Professori Roberto Blanco on ryhmineen onnistunut saamaan FUS-laitteen Turkuun, ja olemme juuri keräämässä varoja laitteen hankkimiseksi Ouluun.

Emme ole vielä tutkimuksissamme törmänneet yhteenkään aivosairauteen, jossa aivojen pulsaatiot eivät olisi muuttuneet jollakin tavalla. Tutkimusryhmämme on havainnut, että jo hyvin varhaisessa vaiheessa Alzheimerin tautia valtimopulsaation eteneminen aivoissa on kääntynyt väärin päin. Muut tutkijat ovat huomanneet, että näillä alueilla veriaivoeste alkaa vuotaa, vaikka alueella ei ole vielä tau- tai amyloidiproteiini -jätteitä lainkaan. Myös nämä havainnot auttavat kehittämään ennaltaehkäiseviä hoitomenetelmiä muun muassa Alzheimerin tautiin ja epilepsiaan.

3. Mitä seuraavaksi?

Selvitämme mikä patofysiologinen mekanismi on tärkein Alzheimerin taudin ja epilepsian diagnosoinnin kannalta. Kehitämme päälle puettavaa laitetta, jolla voisimme tutkia potilaan aivopulsaatioita magneettikuvantamista miellyttävämmällä ja helppokäyttöisemmällä tavalla.

Alzheimerin tautia sairastavat henkilöt nukkuvat usein huonosti, mikä viittaa siihen, että jotakin todennäköisesti menee heidän aivoissaan vikaan unen aikana. Oletamme, että mittaamalla potilaan unen aikaista glymfaattista aivotoimintaa otsalta uudella kehittämällämme Glymfometerillä, saisimme paljon hyödyllistä tietoa useimmiten diagnostiikan ulottumattomissa olevalta ajanjaksolta unen aikana.

4. Mitä Aivosäätiön apuraha merkitsee sinulle?

Aivosäätiön monivuotisen apurahan ja Suomen Akatemian tukemana tutkimusryhmämme on pystynyt havaitsemaan aivojen pulsaatioiden ja niiden muutosten merkityksen monien aivosairauksien taustalla. Olemme myös alkaneet kehittää elektroakustiseen EAC-terapiaan perustuvaa kevyempää aivojen pesua tehostavaa ”aivopesuria”, jolla voitaisiin avata veriaivoeste ja huuhdella aivoista kuona-aineita. Mikäli onnistumme, on kyseessä kansainvälisesti mullistava menetelmä, joka on herättänyt jo kiinnostusta.

Kilpailu tutkimusmaailmassa on kovaa, mutta meillä on käytettävissä parhaat mahdolliset laitteet, jotka tuottavat tietoa aivojen toiminnasta vähintään neljä kertaa nopeammin ja tarkemmin kuin muualla käytössä olevat. Nopeus on avainasia aivojen toiminnan tutkimuksessa.

5. Miksi halusit lääkäriksi ja tutkijaksi?

Lukiossa minulla oli erinomaiset fysiikan ja matematiikan opettajat, jotka innostivat luonnontieteiden pariin. Myöhemmin ollessani armeijassa Lääkintä-RUK:ssa pääsin lääketieteellisen opintojen päätteeksi kuuntelemaan Nobel-palkittuja tutkijoita Säätytalolla kollega Nummisen Jussin kanssa. Tutkijat olivat päätyneet mullistaviin tuloksiin poistamalla tutkimusasetelmasta jotain oleellista, magneetin (koska toinen ryhmä tarvitsi sitä), ja he havaitsivat sen seurauksena uuden kvantittuneen tritium-kaasun käyttäytymisen. Tuumin, että nobelistin hommahan on helppoa – jättää jotain oleellista pois ja tekee perusteellisia havaintoja!

Tein myöhemmin samalla tavalla itse: kuvasin aivoja unessa ja levossa, ilman ärsykkeitä, joita kaikki muut käyttivät tutkimuksissaan. Jätin siis itsekin jotain oleellista pois ja havaitsin ensimmäisenä Euroopassa aivojen toiminnallisiin kuoriin kytkeytyneet spontaanit aaltoilut. Nykyisessä tutkimuksessani pyrin osoittamaan aivosairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin ja epilepsiaan, johtavia viallisia pulsaatiomekanismeja.

Tykkään kovasti tutkijan työstä, ja joka aamu on kiva tulla töihin. Päivystän myös edelleen radiologina 1-2 kertaa kuukaudessa ja teen yhden kliinisen työpäivän viikossa.

6. Miten tutkija lataa akkuja eli mitä harrastat vapaa-ajallasi?

Voisin ladata akkuja enemmänkin, sillä menen liian myöhään nukkumaan – unitutkija itse ei nuku riittävästi! Rentoudun tanssimalla argentiinalaista tangoa ja urheilemalla: hiihdän, laskettelen, rullaluistelen, käyn kuntosalilla, budotreenaan ja (yritän) liikkua teini-ikäisten lasteni kanssa.

Valokuva: Oulun yliopisto, Seija Leskelä