Abstract Aortic valve stenosis (AS) is one of the most diffuse valvular diseases in developed countries. AS is a progressive disease, which usually results in serious life-threatening adverse events. Defining a treatment strategy for AS is a focus of cardiovascular research, although the topic is still controversial because of its related clinical and economical implications. Surgical aortic valve replacement (AVR),which is regarded as the gold standard for the treatment of severe symptomatic AS, affords excellent results, particularly in asymptomatic patients with good functional status. AVR requires the institution of cardiopulmonary bypass and aortic cross-clamping, and the duration of these procedures is directly associated with increasing morbidity and mortality, especially in patients with preoperative comorbidities. Accordingly, techniques aimed at decreasing the duration of cardiopulmonary bypass and aortic cross-clamping have the potential to improve postoperative outcomes of AVR. In the present study, we demonstrated that the Perceval sutureless bioprosthesis could significantly reduce the duration of the surgical procedure. This was associated with improved immediate postoperative outcomes and long-term freedom from adverse events. The use of a Perceval sutureless bioprosthesis can facilitate AVR through minimally invasive approaches and is associated with fewer transfusions of packed red cells compared to full sternotomy approaches, even with traditional stented bioprostheses. It could be expected that patients at intermediate-high risk would benefit more from the combination of a fast surgical procedure, performed with reduced surgical invasiveness. When compared to transcatheter aortic valve implantation (TAVI), the Perceval sutureless bioprosthesis was associated with increased incidence of device success as well as less paravalvular leak, with similar immediate and 1-year outcomes. Finally, AVR with the Perceval sutureless bioprosthesis provided excellent hemodynamics at rest and under high workload. The significant increase of effective orifice area under stress suggests that the Perceval sutureless bioprosthesis is the valve of choice for patients with small aortic annuli or when prosthesis-patient mismatch is anticipated. / Tiivistelmä Aorttaläpän ahtauma on yksi yleisimmistä läppävioista kehittyneissä maissa. Aorttaläpän ahtauma on etenevä sairaus, joka yleensä johtaa vakaviin henkeä uhkaaviin haittatapahtumiin. Aorttaläpän ahtauman hoitotavasta keskustellaan kiivaasti sydän- ja verisuonitautien tutkimuksessa siihen liittyvien kliinisten ja taloudellisten vaikutusten vuoksi. Aorttaläppäleikkausta, jossa aorttaläppä korvataan proteesilla, on aina pidetty vaikean oireisen aorttaläpän ahtauman hoidon kultaisena standardina, koska sen tulokset ovat erinomaisia, etenkin oireettomilla potilailla, joilla sydämen toiminta on hyvä. Leikkaus vaatii sydän-keuhkokoneen käyttöä ja aortan sulkemista, joiden kesto on suoraan yhteydessä kasvavaan sairastavuuteen ja kuolleisuuteen erityisesti potilailla, joilla on muitakin sairauksia. Niinpä tekniikat, jotka lyhentävät sydän-keuhkokoneen käyttöaikaa ja aortan sulkuaikaa, voivat mahdollisesti parantaa aorttaläppäleikkauksen tuloksia. Tässä tutkimuksessa osoitettiin, että ompeleettoman biologisen Perceval-läppäproteesin käyttö vähensi merkittävästi leikkauksen kestoa. Tämä oli yhteydessä parantuneisiin lyhyen ja pitkän aikavälin tuloksiin leikkauksen jälkeen. Ompeleettoman biologisen Perceval-läppäproteesin käyttö voi helpottaa aorttaläppäleikkausta, koska se voidaan asentaa vähemmän kajoavasta avauksesta, ja siihen liittyy vähemmän punasolusiirtoja rintalastan kokoavaukseen verrattuna, myös silloin kun käytetään kokoavausta ja perinteisiä stenttibioproteeseja. Voisi olla odotettavaa, että keskisuuren tai suuren riskin potilaat hyötyisivät enemmän leikkauksesta, jossa yhdistyvät toimenpiteen nopeus ja vähäisempi kajoavuus. Katetriteitse asennettuun biologiseen keinoläppään (TAVI) verrattuna ompeleeton biologinen Perceval-läppäproteesi oli yhteydessä parempaan laitteen toimimiseen ja pienempään paravalvulaariseen vuotoon. Muut tulokset heti leikkauksen jälkeen ja yhden vuoden seurannassa olivat samanlaisia. Lopuksi voidaan todeta, että aorttaläppäleikkaukseen ompeleettomalla biologisella Perceval-läppäproteesilla liittyi erinomainen hemodynamiikka levossa ja korkean työkuorman aikana. Stressin aikaisen tehokkaan aorttaläpän aukon pinta-alan merkittävä kasvu osoittaa, että ompeleeton biologinen Perceval-läppäproteesi on hyvä valinta potilaille, joilla on pieni aorttaläpän aukko tai kun on odotettavissa proteesin ja potilaan yhteensopimattomuutta.

Abstract Calcific aortic valve disease (CAVD) represents a disease spectrum, ranging from mild aortic valve sclerosis to severe obstructive aortic stenosis (AS), associated with a high risk of myocardial infarction and cardiovascular death. It is a common disease in the Western countries, and with their aging populations, its prevalence is likely to increase. Today, CAVD is recognized as an actively regulated disease. Mechanical stress and endothelial injury are the initiating factors, followed by lipid accumulation and oxidation, leading to inflammation, fibrosis and calcification. Ultimately, the progressive calcification hinders the normal valvular function and obstructs the flow of blood through the valve. The only effective treatment for symptomatic AS is aortic valve replacement. The trials with pharmacological treatments, mainly with anti-atherosclerotic drugs, have not been successful in slowing the progression of the disease. This study was aimed to identify differentially expressed transcripts, and molecular markers taking part in the pathophysiology behind CAVD. In particular, factors related to the renin-angiotensin system, and the apelin – APJ pathway, were investigated during the development of CAVD. In addition, the expressions of granzymes and perforin, as well as podoplanin, were studied in different stages of CAVD. It was demonstrated that these molecules are expressed in aortic valves and dysregulated in AS. These results can help to clarify the mechanisms driving CAVD, thus being potential targets for pharmacological therapy. Furthermore, the studied molecules may reflect the stage and possible subgroups of CAVD. / Tiivistelmä Aorttaläpän ahtauma edustaa tautijatkumoa, joka alkaa lievästä aorttaläpän paksuuntumisesta eli aorttaskleroosista ja jatkuu vaikeaan aorttaläpän kalkkeutuneeseen ahtaumaan eli aorttastenoosiin, johon liittyy korkea sydäninfarktin ja sydän- ja verisuonitatutiperäisen kuoleman riski. Aorttaläpän ahtauma on yleinen tauti länsimaissa, ja väestön ikääntyessä sen esiintyvyys on luultavimmin lisääntymässä. Nykyään aorttaläpän ahtauman tiedetään olevan aktiivisesti säädelty tauti. Mekaaninen rasitus ja endoteelivaurio käynnistävät tautiprosessin, läppäkudokseen kertyy lipidejä ja ne hapettuvat, mikä johtaa tulehdukseen, sidekudoksen lisääntymiseen ja kalkkeutumiseen. Lopulta etenevä kalkkeutuminen heikentää läpän normaalia toimintaa ja estää veren normaalia virtausta sydämestä aorttaan. Ainoa tehokas hoito oireiseen aorttastenoosiin on aorttaläpän korvausleikkaus. Lääkehoitoina on kokeiltu erityisesti ateroskleroosin hoitoon käytettäviä lääkkeitä, mutta niillä ei ole onnistuttu estämään taudin etenemistä. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin molekyylejä ja biokemiallisia reittejä, jotka liittyvät reniini-angiotensiinijärjestelmään ja apeliini-APJ-reittiin. Lisäksi tutkittiin grantsyymien ja perforiinin sekä podoplaniinin ilmentymistä aorttaläpän ahtauman eri kehitysvaiheissa. Tulosten perusteella näitä tekijöitä ilmennetään aorttaläpässä ja niiden määrä on muuttunut kalkkeutuneessa läpässä. Tulokset auttavat osaltaan ymmärtämään aorttaläpän ahtaumaan ja kalkkeutumiseen johtavia mekanismeja, joita voidaan hyödyntää uusia lääkehoidon kohteita suunniteltaessa. Tutkitut molekulaariset tekijät voivat kuvastaa aortan ahtaumataudin vaiheita ja mahdollisia alaryhmiä.

Abstract Calcific aortic valve disease (CAVD) is the most common valvular heart disease in the Western world. Although it shares mainly the same risk factors as coronary heart disease (CHD), i.e. similar initial events in both diseases but with time, they lead to different clinical outcomes. Thus, when it affects the coronary arteries, the disease leads to an obstructive or rupture-prone plaque whereas in the aortic valve, it causes massive calcification and ossification. This obstructs the blood flow from the left cardiac ventricle, causing myocardial hypertrophy, and if left untreated, heart failure and death. Many of the pathobiological differences between CAVD and CHD remain unknown. Currently, there are no effective lifestyle- or pharmacologic treatments for CAVD and the only therapy is a valve replacement operation. In this thesis, several studies utilizing large-scale methods were undertaken to profile the molecular events leading to CAVD. Surgically removed valves from patients in different stages of the disease were obtained and gene transcripts, microRNA-molecules and several proteins were identified as being differentially expressed. Several of these were investigated further, including two pro-inflammatory CC-type chemokine ligands 3 and 4 (CCL3 and CCL4), microRNA-125b, several granzyme-proteins and heat-shock protein 90. The results of this thesis provide a large dataset of hundreds of molecular changes associated with CAVD. It is proposed that they can be used as a basis for the generation of new hypotheses and assist in the design of experiments to clarify the mechanisms driving CAVD. / Tiivistelmä Aorttaläpän kalkkeutuva ahtauma on länsimaiden yleisin sydänläppäsairaus. Riskitekijät ovat pääosin samat kuin sepelvaltimotaudissa, ja molemmat saavat alkunsa samalla tavalla. Ajan myötä ne kuitenkin johtavat varsin erilaisiin kliinisiin ilmenemismuotoihin: sepelvaltimoihin kasvaa ahtauttavia ja repeytymisherkkiä plakkeja, kun taas aorttaläppään muodostuu runsaasti kalkkia ja luuta. Se haittaa verenvirtausta sydämen vasemmasta kammiosta aorttaan, mikä aiheuttaa sydänlihaksen paksuuntumista. Hoitamattomana tauti johtaa lopulta sydämen vajaatoimintaan ja kuolemaan. Monet syyt eroihin sepelvaltimotaudin ja aorttaläpän ahtauman välillä ovat edelleen tuntemattomia. Tällä hetkellä aorttaläpän ahtaumaan ei ole olemassa tehokasta elintapa- tai lääkehoitoa, ja ainoa hoitomuoto onkin vioittuneen aorttaläpän korvaaminen proteesilla. Tässä väitöskirjatyössä tehtiin useita laaja-alaisia molekyylitason profilointitutkimuksia, joilla selvitettiin aorttaläpän ahtaumaan mahdollisesti johtavia mekanismeja. Aineistona oli leikkauksessa potilailta poistettuja, erilaisissa taudin vaiheissa olevia aorttaläppiä. Niistä kerättiin tietoja kaikkien geenien ilmentymisestä, mikroRNA-molekyyleistä sekä koko proteomitason muutoksista. Useat tunnistetuista molekyyleistä valittiin jatkotutkimuksiin niiden tarkempien ominaisuuksien selvittämiseksi. Näitä olivat tulehdusta välittävät kemokiinit CCL3 ja CCL4, mikroRNA-125b, useat grantsyymiproteiinit sekä lämpöshokkiproteiini 90. Väitöskirjatyön tuloksista voidaan muodostaa ainutlaatuinen aineisto sadoista erilaisista aorttaläpän ahtaumaan johtavista molekyylitason muutoksista. Sitä voidaan hyödyntää uusien tutkimushypoteesien muodostamisessa sekä aorttaläpän ahtauman tarkempien mekanismien selvittämiseen tähtäävien kokeellisten tutkimusten suunnittelussa.