Ihmisen muistiin, oppimiseen ja motorisiin toimintoihin vaikuttavan välittäjäaineen tutkimiseen on löydetty aiempaa tehokkaampi keino. Lääketieteen lisensiaatti Kati Alakurtti todisti, että tarkalla kuvantamismentelmällä ja tietyllä merkkinaineella voidaan osoittaa aiempaa tarkemmin välittäjäaine dopamiinin esiintyvyys tietyissä aivonosissa. Näin kyetään aiempaa tarkemmin tutkimaan dopamiinin merkitystä eri tautitilojen taustalla.

Dopamiini on yksi aivojen keskeisimmistä välittäjäaineista, joka vaikuttaa moniin tärkeisiin aivotoimintoihin, kuten kognitioon (muisti, oppiminen, motivaatio), palkkiojärjestelmään (mielihyvä, riippuvuus) sekä motoristen toimintojen säätelyyn. Dopamiinijärjestelmän häiriöstä johtuvia sairauksia ovat esimerkiksi Parkinsonin tauti, erilaiset riippuvuushäiriöt ja monet psykiatriset sairaudet.

Alakurtti etsi Turun yliopistoon tekemässään väitöstutkimuksessa nykyisin käytössä olevaa tarkemman tavan tutkia dopamiinin esiintymistä aivojen eri osissa.

– Dopamiinijärjestelmän normaalia neurobiologiaa ja siihen vaikuttavia tautitiloja tutkitaan usein kuvaamalla sama koehenkilö tai potilas useaan otteeseen. Esim. jonkin lääkeaineen vaikutusta voidaan seurata useassa aikapisteessä ja joskus seurantaväli voi olla pitkäkin. Siksi menetelmän toistettavuus, luotettavuus, on erittäin olennaista, Alakurtti sanoo.

Alakurtti käytti aivotutkimukseen suunniteltua korkean paikkaerotuskyvyn omaavaa PET-kameraa (HRRT) ja dopamiini-D2/3-reseptoreihin spesifisesti sitoutuvaa [11C]raclopridi PET-merkkiainetta.

– Korkean resoluution positroniemissiotomografia eli HRRT-PET-kuvantamismenetelmä mahdollistaa aivojen dopamiinijärjestelmän kannalta keskeisten, toiminnallisesti pienten aivoalueiden tarkemman kuvantamisen. Löydösten perusteella menetelmä mahdollisesti myös lisää mittauksen herkkyyttä havaita hienovaraisia muutoksia dopamiiniaineenvaihdunnassa. Siten se tuo lisäinformaatiota paitsi aivojen normaalista toiminnasta sekä edesauttaa erilaisten dopamiinijärjestelmään vaikuttavien häiriöiden ja tautitilojen tutkimusta, Alakurtti sanoo.

Tutkimuskohteena oli runsaasti dopamiini-D2/3-reseptoreita sisältävän aivojuovion eri osat sekä toisaalta dopamiinijärjestelmään kuuluvien, mutta vähän D2/3-reseptoreita sisältävät talamus ja aivojen kuorikerros.

– HRRT-PET menetelmää ja dopamiini-D2/3-reseptoreihin sitoutuvaa [11C]raclopridi merkkiainetta käyttämällä pystyttiin ensimmäistä kertaa luotettavasti kuvantamaan dopamiinijärjestelmän kannalta keskeisiä, runsaasti dopamiini-D2/3-reseptoreita sisältäviä, kooltaan hyvin pieniä aivoalueita ja toisaalta vähän dopamiini-D2/3-reseptoreita sisältäviä aivoalueita kuten aivojen kuorikerrosta.

Alakurtti kykeni ensimmäistä kertaa PET-menetelmää käyttäen havaitsemaan alueellisia eroja [11C]raclopridin sitoutumisessa dopamiini-D2/3-reseptoreihin näiden pienten, toiminnallisesti erilaisten aivoalueiden sisällä.

Menetelmän luotettavuutta testattiin toistomittausta käyttäen, jossa kahden PET-kuvauksen toistettavuutta testattiin terveillä koehenkilöillä käyttäen kahta eri aikaintervallia kuvausten välillä. Tutkimuksen yhtenä tarkoituksena oli myös ensimmäistä kertaa PET-menetelmää käyttäen tutkia, onko merkkiaine [11C]raclopridin sitoutumisessa D2/3-reseptoreihin alueellisia eroja aivojuovion eri osissa.

Aivojuovio on keskeinen dopamiinijärjestelmän ”risteyskohta”, joka kuuluu aivojen keskiosissa sijaitseviin tyvitumakkeisiin. Aivojuovio voidaan jakaa anatomisesti useaan eri osaan. Toiminnallinen jako taas perustuu sen toiminnallisesti erilaisiin yhteyksiin aivojen kuorikerroksien kanssa. Näiden toiminnallisesti erilaisten aivoalueiden tutkiminen on ollut tavanomaisilla, koko vartalon tutkimiseen tarkoitetuilla PET-kameroilla varsin haastavaa tutkittavien aivoalueiden pienen rakenteellisen koon vuoksi. PET-kameroiden heikkous on ollut niiden aivotutkimuksen tarpeisiin riittämätön paikkaerotuskyky.

Positroniemissiotomografia (PET) on kuvantamismenetelmä, jossa elimistöä voidaan kuvata toiminnallisesta näkökulmasta. PET-tutkimuksessa tutkittavalle annostellaan laskimoon radioaktiivista merkkiainetta, joka hakeutuu kohde-elinjärjestelmään. PET kamera havaitsee radioaktiivisen aineen puoliintumisesta aiheutuvan säteilyn, jonka perusteella PET kuva muodostuu.

– PET-menetelmä eroaa esimerkiksi magneettitutkimuksesta siten, että magneettitutkimus antaa elimistöstä rakenteellista tietoa kun taas PET-tutkimus antaa tietoa elimistön toiminnasta. Toiminnallinen tieto voi olla esimerkiksi tietoa verenkierron vaihtelusta, sokeriaineenvaihdunnan muutoksista tai, kuten aivotutkimuksessa usein on kyse, jonkun tietyn välittäjäaineen aineenvaihdunnasta reseptoritasolla.

Alakurtti totesi tutkimuksessaan, että HRRT-PET toistomittauksen luotettavuus todettiin olevan erinomainen aivojuovion toiminnallisesti eri osissa sekä melko hyvä aivojen kuorikerroksella. Toistomittausten luotettavuus ei myöskään kärsinyt vaikka kahden kuvauksen välistä aikaintervallia pidennettiin.

– Löydösten perusteella [11C]raclopridi-HRRT-PET menetelmä on erittäin luotettava ja se mahdollisesti lisää menetelmän sensitiivisyyttä havaita hienovaraisia dopamiiniaineenvaihdunnan muutoksia sekä mahdollistaa yhä pienempien toiminnallisesti merkittävien aivoalueiden luotettavan tutkimisen. [11C]raclopridia voisi tulevaisuudessa mahdollisesti käyttää samanaikaisesti sekä aivojuovion että aivojen kuorikerroksen tutkimiseen, joka toisi lisäinformaatiota dopamiinivälitteisten hermoratojen toiminnallisesta järjestäytymisestä aivoissa, Alakurtti sanoo.

Havaituilla alueellisilla eroilla [11C]raclopridin sitoutumisessa voi olla funktionaalista merkitystä ja keskimääräistä sitoutumista voitaisiin mahdollisesti käyttää myös tietokannan pohjana joka voisi tulevaisuudessa auttaa erilaisten tautitilojen differentiaalidiagnostiikassa.

Alakurtin väitöskirja Striatal and extrastriatal dopamine D2/3 receptors studied with [11C]raclopride and high-resolution PET (Dopamini D2/3 reseptorien kuvantaminen korkean resoluution PET kameralla ja [11C]raclopridi merkkiaineella) tarkastetaan perjantaina 9. lokakuuta Turun yliopistossa.

Virallisena vastaväittäjänä on professori Gitte Moos Knudsen Kööpenhaminan yliopistollisesta sairaalasta ja kustoksena professori Juha O. Rinne Turun yliopistosta.

LL Kati Alakurtti on syntynyt vuonna 1977 Maskussa ja kirjoittanut ylioppilaaksi 1996 Naantalin lukiosta. Lääketieteen lisensiaatin tutkinnon Alakurtti suoritti vuonna 2011 Turun yliopistossa. Hän on erikoistuva lääkäri Varsinais-Suomen kuvantamiskeskuksessa. Väitös kuuluu kliinisen fysiologian ja isotooppilääketieteen alaan.