Pian lasikuitu paikkaa hampaat ja korjaa kallovammat, jos professori Pekka Vallittua on uskominen. Turun monitieteellinen biomateriaalitutkimus kehittelee kuituteknologialla joustavia ja kestäviä ihmisen varaosia.

Luonto rakentaa kaiken kestävän kuiduista! Se on biomateriaalitieteen professori

Pekka Vallitun

lempilause, eikä ihme. Hän on tutkinut kuitujen käyttäytymistä jo nuoresta pojasta lähtien, lennokkiharrastuksensa siivittämänä. Hammasteknikoksi opiskellessaan Vallittu testasi hammasproteesissa käytettävän akryylimuovin lujittamista lasikuidulla, jota oli tottunut käsittelemään lennokkeja rakentaessaan. Testit olivat niin lupaavia ja innostavia, että Vallittu tuli valinneeksi uranmittaisen kuitupolun.

Nyt hammaslääketieteen tohtoriksi, erikoishammaslääkäriksi ja hallintotieteiden tohtoriksi kouluttautunut Vallittu johtaa muun muassa Turun yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan ja BioCity Turun yhteistä biomateriaalitutkimusohjelmaa. Voisi sanoa, että siellä missä biomateriaalit, siellä professori Vallittu.

Seitsemässä tutkimusryhmässä kehitetään esimerkiksi biomimeettisiä ja metallittomia kehon kuormitusta kantavia implanttirakenteita, jotka kiinnittyvät kudokseen ja vapauttavat biologisesti aktiivisia aineita. Kliinisessä tutkimuskäytössä ovat parhaillaan luun rakennetta jäljittelevät kalloimplantit, joiden ominaisuuksia ovat metallittomuuden lisäksi suuri lujuus ja antimikrobisuus.

Professori Vallittu on demonstroinut asiaa muovikallolla todennäköisesti kymmeniä, ellei satoja kertoja, mutta edelleen hän tuntuu innostuvan asiastaan. Kallosta puuttuu kämmenen kokoinen pala luuta. Vallittu esittelee lasikuidusta valmistetun implantin, joka istuu reikään täydellisesti.

- Lasikuiturakenteen sisällä on kudoskasvatusalusta, johon veri ja kantasolut imeytyvät kapillaarivaikutuksella. Näin implantin päälle kasvaa omaa kudosta. Tällä tekniikalla on professori

Kalle Aitasalon

ja dosentti

Matti Peltolan

kanssa tehty 25 suurta kallonkorjausleikkausta, ilman yhtään epäonnistumista tai tulehdusta, Vallittu kertoo.

Titaanimammuttien uhmaajat

Vallitun mukaan kaikissa isoissa vaurioissa on tarvetta uusiin, metallittomiin materiaaleihin, osin magneettikuvausten takia, osin metallin joustamattomuuden takia. Kalloimplanttien lisäksi kuitukomposiitit sopisivat esimerkiksi ortopedisten implanttien rakennusaineeksi, professori vakuuttaa.

- Uusi lonkkaproteesin ydin voisi olla esimerkiksi lasikuitua ja pinta hiekkapaperimaista bioaktiivista lasia, joka on antimikrobista ja edistää luun kasvua. Keho vastaanottaa sen uskomattoman hyvin.

Luun sisään laitettava materiaali voidaan kovettaa lujaksi optisten kuitujen avulla, eikä esimerkiksi veri haittaa materiaalin kovettumista. Lisäksi implanttiin voidaan lisätä lääkeaineita.

- Markkinoilta löytyy jo antibiootteja vapauttavia kirurgisia ruuveja, joita ortopedian ja traumatologian professori Hannu Aro on kliinisesti tutkinut, Vallittu muistuttaa.

Hän ei pidä biomateriaalitiedettä science fictionina, mutta antaa tässä kohtaa mielikuvitukselle enemmän valtaa: kuituoptiikkaa voi käyttää myös sensorina, joten lääkäri voisi lukea implantin tilan ihon alla olevan mikrolähettimen avulla. Optiset ja pietsosähköiset sensorit valottaisivat myös ympäröivien kudosten kuntoa.

Turkulainen ja tamperelainen biomateriaalitutkimus on tunnettua ja tunnustettua myös maailmalla. Suomalaiset tuntuvat olevan enemmän Pelle Pelottomia kuin kollegansa muualla. Vallittukin ryhmineen uhmaa mammutteja, titaani-implanttien valmistajia.

- Kullalla on glooriaa hammaslääkäreiden ja titaanilla kirurgien keskuudessa. Kuitenkin on selvää, että esimerkiksi titaaninen lonkkaproteesi on joustamaton ja kuormittaa paikallisesti reisiluuta. Metallista ei myöskään voi helposti räätälöidä implantteja erilaisiin tarpeisiin.

Muovin käyttö kehonsisäisissä implanteissa kuulostaa äkkiseltään epäilyttävältä, mutta Vallittu muistuttaa, että kuituimplanttien jäämät ovat sadasosia esimerkiksi luusementtiin verrattuna. Luusementit ovat niin ikään muovipohjaisia.

- Metalleista vapautuu nanohiukkasia ja ioneja. Hyvin kovetetun muovin yhteensopivuus luun kanssa on niin hyvä, että se kilpailee titaanin kanssa.

Luu ja puu samankaltaisia

Göteborgin yliopiston professori

Peter Thompsen

kritisoi taannoin ruotsalaisen, kohtalaisen rahakkaan tutkimuksen vain kaupallistavan titaania ja arvioi suomalaistutkijoiden olevan paljon rohkeampia. Vai mitä sanotte emeritusprofessori

Allan Ahon

ajatuksesta testata puuta luun korvikkeenaä

- Testasimme kotimaista, 200 asteessa lämpökäsiteltyä koivua luuta korvaavana materiaalina. Laitoimme puuta kanin luuhun verrataksemme selluloosakuiturakennetta ja synteettistä lasikuiturakennetta. Hulluinahan meitä pidettiin, mutta lämpökäsitelty puu toimi huolestuttavan hyvin, Vallittu naurahtaa.

Testi oli osa väitöskirjatutkimusta, joka tarkastetaan tänä syksynä.

Vallittu vertaa puun selluloosakuitujen topografiaa synteettisten kuitukomposiittien rakenteeseen. Bioyhteensopivuus ei ole riippuvaista ainoastaan aineesta, vaan myös pintarakenteesta.

Tietynlaista pelottomuutta on myös monet kaavamaiset rajat ylittävässä yhteistyössä. Tyypillisesti "pikkuveljenä" pidetty hammaslääketiede lyö kättä lääketieteen kanssa, mikä herättää positiivista hämmästystä maailmallakin.

Myös äbo Akademi on vahvasti mukana ohjelmassa, sillä biomateriaalitutkimuksessa tarvitaan lääketieteiden lisäksi muun muassa epäorgaanista kemiaa, polymeerikemiaa ja insinööritieteitä.

Vallittu muistuttaa, että kuituteknologiatutkimuksessa on noudatettu nousevan riskin periaatetta. Riskitasoa on nostettu asteittain, hammasproteesista luuta korvaaviin proteeseihin.

- Luonnossa kaikki on kuitukomposiittia, mutta viranomaiset pitää vakuuttaa, ettei siitä ole mitään haittaa, Vallittu hymähtää.

Kalloimplantit pian markkinoilleä

Suomessa biomateriaaleja on tutkittu laajasti 1980-luvulta lähtien. Niiden lähivuosien käyttökohteet ovat kalloimplanttien ja ortopedisten materiaalien lisäksi selkärankakirurgia ja reumatauteihin liittyvät nivelien rekonstruktiiviset hoidot, uskoo professori Pekka Vallittu. Haasteet ovat monille tutkimusryhmille tuttuun tapaan rahoituksessa.

- Edessä häämöttävät toivottavasti paremmat vuodet. Tekes lopetti neljä vuotta sitten rahoituksen, kun meidänkin oletettiin jääneen liian pitkäksi aikaa laboratoriovaiheeseen. Taantuman aikana muukin rahavirta tyrehtyy: kun yhteiskunta ei usko, sijoittajatkaan eivät.

Turvallista rahoituspohjaa ei siis ole biomateriaalitutkimuksellakaan, mutta Vallitulla on suuri usko ja toivo, että alalla tehtäisiin merkittävä läpimurto juuri Suomessa. Keksinnöt voisi kaupallistaa jokin pienehkö yritys, joka pystyy ottamaan riskejä isoja helpommin. Ja "joka pyrkii erottumaan globaaleista materiaalien valtavirroista", kuten Vallittu sanoo.

Bio-alkuiset asiat eivät jää ikuisiksi lupauksiksi, vaan metalliton aika tulee, se on hänestä selvää.

- Voin sanoa olevani pettynyt, jos kallokirurgian alueella lasikuituimplantit eivät ole saatavilla vuonna 2014. Ortopedisten kuitukeksintöjen siirtäminen kaupalliseen käyttöön vie pidemmän ajan. Tietysti myös lääkäreiden vakuuttaminen ottaa oman aikansa.

Näillä näkymin tänä syksynä lanseerataan uusi, hammasluuta jäljittelevä lasikuitupohjainen paikka-aine, jonka kehittämisessä Vallitulla on luonnollisesti sormensa pelissä. Professori pursottaa ainetta mallihampaaseen ja innostuu.

- Katso, miten hienosti se asettuu hampaan pinnalle. Ristikkäiset kuidut takaavat sen, että kutistuessaan paikkaan ei tule rakoa, kuten perinteiseen muovipaikkaan saattaa tulla. Selvä osoitus kuituteknologian erinomaisuudesta, Vallittu hymyilee.

Pekka Vallittu harrastaa edelleen lennokkeja. Niitä rakentamalla käsityöläisprofessori oppii yhä uutta kuiduista, yrityksen ja erehdyksen kautta. Turun yliopistolla, jossa suomalainen akateeminen tutkimus alkoi 370 vuotta sitten, tietokoneet rouskuttavat matemaattisia mallinnuksia hänen havaintojensa tueksi.

Fakta

Mikä biomateriaaliä

Biomateriaalit ovat kudokseen laitettavia synteettisiä tai luontoperäisiä aineita. Ne voidaan jaotella hajoaviin ja hajoamattomiin sekä aktiivisiin (lääkeaineita vapauttaviin) ja passiivisiin. Biomateriaaleja käytetään muun muassa kirurgian osa-alueilla kudosta korjaavina ja korvaavina materiaaleina.

Lääketieteellisiä biomateriaaleja tutkitaan Suomessa Turun yliopiston ja äbo Akademin sekä Turun kliinisen biomateriaalikeskuksen (TCBC) lisäksi Tampereen, Itä-Suomen ja Oulun yliopistoissa, Aalto-yliopistossa sekä Tampereen teknillisessä yliopistossa.

Maailmalla biomateriaaleja tutkitaan lähes kaikissa biolääketieteellistä tutkimusta tekevissä yliopistoissa. Suomalaisen osaamisen vahvuusalueet ovat kudosteknologia, implantit ja lääkeaineluovutus.