Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet kehittämään tietokoneavusteisen laskentamallin, jolla voidaan ennustaa mekaanisten voimien ja solujen välisen signaloinnin yhteisvaikutuksia verisuonten seinämiin. Malli voi tuoda uusia mahdollisuuksia verisuonisairauksien hoitoon sekä lääketieteellisen hoidon tulosten ennustamiseen.

Tutkimus oli osa professori Cecilia Sahlgrenin tutkimusprojektia ”Mechanoregulation of Jagged Notch signaling in vascular tissue homeostasis”, ja siihen osallistui tutkijoita Suomesta (Åbo Akademi), Alankomaista (Eindhovenin teknillinen yliopisto) ja Sveitsistä (ETH Zürich -yliopisto). Sahlgrenin projekti on Suomen Akatemian rahoittama, ja nyt saaduista tuloksista kertova artikkeli on julkaistu arvostetussa yhdysvaltalaisessa PNAS-julkaisussa (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).

Verisuonten seinämät koostuvat tavallisesti kolmesta kerroksesta, joista keskimmäinen muodostuu pääasiallisesti sileistä lihassoluista. Nämä lihassolut ovat supistumiskykyisiä ja säätelevät verisuonten muotoa ja toimintaa kehossa.

– Elimistö pyrkii aina tasapainotilaan eli homeostaasiin, kertoo Cecilia Sahlgren, joka toimii solubiologian professorina Åbo Akademissa ja Eindhovenin teknillisessä yliopistossa.

– Kun mekaanisissa voimissa kuten verenpaineessa tapahtuu muutoksia, verisuonten sileät lihassolut voivat menettää supistumiskykynsä ja saattavat alkaa jakautua. Tämän seurauksena verisuonen seinämät voivat paksuuntua, mikä puolestaan palauttaa tasapainotilan ja verisuonten kestävyyden ja toimivuuden.

Ulkoisen mekaanisen rasituksen lisäksi solujen kasvua ohjaa myös solujen välinen molekyylitason viestintä. Eräs solujen välinen viestinvälitysreitti on ns. Notch-signalointi, jolla on tärkeä rooli siinä, miten solut kehittyvät, elävät ja kuolevat. Notch-signalointi vaikuttaa merkittävästi myös verisuonten seinämien muovautumiseen.

Tutkimalla Notch-signaloinnin ja mekaanisten voimien vaikutusta verisuonten sileisiin lihassoluihin saamme perustavanlaatuista tietoa niin terveiden verisuonten kuin verisuonisairauksienkin synnystä.

– Viimeaikaisissa tutkimuksissa on noussut esiin Notch-signaloinnin ja mekaanisten voimien yhteisvaikutus verisuonten muovautumisessa, mutta niiden vaikutus verisuonten homeostaasiin eli tasapainotilaan on vielä epäselvä, sanoo Sahlgren.

Verisuonten tasapainotilan taustalla on mekaanisen rasituksen, Notch-signaloinnin ja verisuonten rakenteen dynaaminen ja monimutkainen vuorovaikutus, jonka ennustamiseen tarvitaan tietokonemallinnusta.

Tarkoitus on lähitulevaisuudessa kehittää ensin kaksiulotteinen ja sitten kolmiulotteinen malli. Tavoitteena on myös kokeellisesti selvittää verisuonten seinämissä tapahtuvia monimutkaisia ja monimuotoisia prosesseja.

– Nykyinen yksiulotteinen malli sisältää vielä monia yksinkertaistuksia mekaanisten voimien ja Notch-signaloinnin vaikutuksista verisuonissa ja niiden ympäristössä, kertoo Sandra Loerakker, joka toimii tutkimusassistenttina Eindhovenin teknillisessä yliopistossa ja on yksi nyt julkaistun artikkelin kirjoittajista.

– Työmme on tuonut yhteen usean eri alan asiantuntijoita, ja tulevaisuus tarjoaa tiimillemme monia mielenkiintoisia tutkimusmahdollisuuksia.

Artikkeli: Sandra Loerakker, Oscar M.J.A. Stassen, Fleur ter Huurne, Marcelo Boareto, Carlijn V.C. Bouten, Cecilia M. Sahlgren. ”Mechanosensitivity of Jagged–Notch signaling can induce a switch-type behavior in vascular homeostasis”. PNAS, April 2, 2018. https://doi.org/10.1073/pnas.1715277115

Lisätietoja:
Cecilia Sahlgren
Solubiologian professori, Åbo Akademi
Puh: +358 503009680
Sähköposti: cecilia.sahlgren@abo.fi