Abstract Various bone proteins and growth factors are needed during the bone healing cascade. If the body cannot produce sufficient quantities of these factors, bone trauma healing can be improved with an implant that contains the required growth factors. However, an added bone protein extract needs a suitable delivery system to protect the proteins from degradation and to release them gradually, promoting new bone formation. This study focused on evaluating and optimization of the bone forming capacity of various scaffold systems of reindeer bone protein extract formulations using different experimental models. The tested carrier systems for various reindeer bone protein extract doses were collagen sponge and bioactive glass granules in critical-size defect model of rat femur. Calcium salt compositions (beta-tricalcium phosphate (β-TCP), hydroxyapatite or calcium sulphate) in disc and compressed pellet forms were tested in the thigh muscle pouch model of mouse. Various β-TCP granules combined with polyethylene/glycerol and stearic acid gel were tested in a hole defect model of sheep femur and humerus. Control groups involved carrier materials with no protein extract or untreated defects. In the sheep study, reference materials also included autograft and demineralized bone matrix (DBM). New bone formation, bone healing, and carrier resorption were evaluated based on radiographs, peripheral computerized tomography (pQCT), mechanical tests, histological examination, and micro-CT. New bone formation and bone union were markedly better in groups receiving higher doses of the extract and with follow-ups of six or more weeks, compared to empty defect or carrier without extract. Resorptions of carrier materials in active groups were faster and more active than in the control groups. The greatest bone formation occurred in the groups that had the bone protein extract readily available, which indicated that bone forming factors are required in sufficient concentrations at an early stage. The micro-CT analysis showed that bone formation in the groups with the extract was comparable to autograft, while the least bone formation was observed in the DBM and untreated groups. The present study indicated that the tested reindeer bone protein extract can be used to improve bone formation with various carriers. The study suggests that an inorganic carrier material together with stearic acid is the one of most suitable carrier alternatives for this extract. The developed medical device in paste form can be an alternative for autograft use. / Tiivistelmä Luun paraneminen vaatii erilaisia proteiineja ja kasvutekijöitä. Jos elimistö ei pysty tuottamaan riittävää määrää näitä tekijöitä, luumurtuma ei parane luonnollisesti vaan vaatii hoitoa, jossa murtuma alueelle viedään tarvittavia kasvutekijöitä. Kasvutekijät kiinnitetään tarkoituksenmukaiseen kantaja-aineeseen, jonka avulla kasvutekijöiden vapautumista ja toimintaa voidaan säädellä. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida ja optimoida erilaisissa eläinmalleissa porosta eristetyn luuproteiiniuutteen kantaja-ainesysteemien toimivuutta. Testatut kantaja-ainemateriaalit olivat kollageenihuopa ja bioaktiivinen lasirae. Näitä testattiin useilla luuproteiiniannoksilla, ja mallina oli rotan reisiluun kriittisen koon murtuma. Hiiren reisilihasmallilla testattiin kalsiumsuolayhdistelmiä (beta trikalsiumfosfaatti (β-TCP), hydroksiapatiitti ja kalsiumsulfaatti) tablettina ja pellettinä. Lampaan reisi- ja olkaluiden reikämurtumamallilla testattiin erilaisia β-TCP-rakeita yhdistettynä polyetyleenistä, glyserolista ja steariinihaposta valmistettuun geeliin. Kontrollisryhmistä toinen sisälsi kantaja-aineen ilman luuproteiiniuutetta, toisessa ryhmässä murtuma jätettiin kokonaan hoitamatta. Lammaskokeessa verrattiin lisäksi omaluusiirteen ja demineralisoidun luumateriaalin (DBM) toimivuutta verrattuna poron luuproteiiniuutteeseen. Uudisluun muodostuminen, murtuman paraneminen ja kantaja-aineen hajoaminen arvioitiin natiiviröntgenillä, perifeerisellä tietokonetomografialla (pQCT), mekaanisin testein, histologisesti ja mikro-CT:llä. Luuproteiiniuutetta sisältäneillä ryhmillä oli luun paraneminen ja kantaja-aineen hajoaminen merkittävästi parempaa kuin uutetta sisältämättömillä ryhmillä. Uudisluun muodostuminen oli suurempaa korkeammilla annoksilla ja pitemmillä seuranta-ajoilla. Suurin uudisluun muodostus mitattiin ryhmillä, joissa luuproteiiniuute oli heti käytettävissä implantoinnin jälkeen. Tämä osoittaa, että varsinkin murtuman paranemisen alkuvaiheissa tarvitaan luuta muodostavia kasvutekijöitä riittävinä pitoisuuksina. Mikro-CT-analyysit osoittivat, että luuproteiiniuuttetta sisältäneet ryhmät olivat verrannollisia omaluusiirrehoidolle. Vähiten uudisluuta havaittiin DBM ja tyhjäreikäryhmissä. Tutkimus osoittaa, että poron luuproteiiniuutetta erilaisten kantajamateriaalien kanssa voidaan käyttää parantamaan luun muodostumista. Erityisesti epäorgaaninen kantajamateriaali steariinihapon kanssa on yksi soveltuvimmista vaihtoehdoista luu-uutteelle. Kehitelty pastamutoinen lääkinnällinen laite, joka sisälsi poron luuproteiiniuutteen ja kalsiumsuolakantaja-aineen, osoittautui vaihtoehdoksi omaluusiirrehoidolle.

Abstract The evaluation of the effects and levels of contaminants in wildlife is an essential part of assessing risks for chemical exposure in the environment. Although the circumstances are not as controlled as in laboratory, wildlife studies offer the concept of environmental exposure in its entirety, with all the natural variation. In the present study, two wild vole species, bank vole (Myodes glareolus) and field vole (Microtus agrestis), were used in assessing environmental levels of dioxins. The effects of dioxin exposure on tooth and bone development were studied in order to determine whether they could be used as biomarkers for environmental exposure. Xenobiotic metabolism activity after dioxin exposure – both natural and experimental – was studied by quantifying selected cytochrome P-450 (CYP) enzymes. The results confirmed the fact that dioxins are ubiquitous in the environment, also in areas far from contaminant sources and human activity. The development of the third molar in bank vole was found to be a sensitive biomarker for dioxin exposure. The two vole species under study do not respond similarly to environmental concentrations of dioxins; there were significant differences in body burdens and activity levels of xenobiotic metabolizing enzymes. / Tiivistelmä Haitallisten kemikaalien tason ja vaikutusten arviointi ympäristössä on olennainen osa kemikaalien riskin arviointia. Vaikka laboratoriossa olosuhteita kontrolloidaan ja tutkimukseen vaikuttava variaatio on paremmin hallittavissa, luonnonvaraisten lajien tutkiminen luo kokonaisvaltaisen ja todenmukaisen kuvan ympäristön kemikaalialtistuksesta kaikkine todellisine vaihteluineen. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kahden luonnonvaraisen pikkunisäkkään, metsämyyrän (Myodes glareolus) ja peltomyyrän (Microtus agrestis), käyttöä ympäristön kemikaalitason arvioinnissa. Pääpaino on dioksiinien kaltaisissa yhdisteissä. Työssä tutkitaan yhdisteiden kertymistä myyriin kahdessa ympäristössä: voimakkaasti dioksiineilla saastuneella maa-alueella sekä kaukana ihmistoiminnasta sijaitsevassa erämaassa. Herkiksi tiedettyjä vasteita – hampaiden ja luiden kehitystä – käytetään dioksiinialtistuksen indikaattoreina. Vierasainemetaboliasta vastaavien entsyymien (sytokromi P450 eli CYP) aktiivisuutta kartoitetaan molemmilla myyrälajeilla, jotta saadaan tietoa entsyymien indusoinnista luonnonvaraisilla myyrillä yleensä ja selvitetään havaittuja lajien välisiä eroja dioksiinivasteissa. Tulokset vahvistavat, että dioksiinit ovat laajalle levinneitä yhdisteitä, joita löytyy paitsi läheltä päästölähdettä myös kaukana ihmistoiminnasta olevilta alueilta. Metsämyyrällä kolmannen poskihampaan kehitys osoittautuu herkäksi dioksiinialtistuksen biomarkkeriksi. Samasta elinympäristöstä huolimatta tutkituista myyrälajeista mitatut dioksiinipitoisuudet eroavat huomattavasti toisistaan, samoin kuin vierasainemetaboliasta vastaavien entsyymien aktiivisuus ja niiden induktio TCDD-altistuksen jälkeen.

Abstract Osteoarthritis (OA) is a heterogenic joint disease significantly affecting the quality of life of a patient, causing pain and disability. OA causes degenerative changes to the structure and composition of articular cartilage and subchondral bone. Currently, effective treatments for OA are limited, partly due to limitations in defining the imaging biomarkers of early OA. Improvement of imaging modalities in OA research and clinical setup is a requirement for quantitating early OA-related tissue features. In the clinical and preclinical setup, computed tomography (CT) enables imaging of bone and, using specific contrast agents, articular cartilage. The aim of this study is to create and validate novel micro-computed tomography (μCT) methods to quantify OA-related features and modifications in articular cartilage and subchondral bone. Contrast-enhanced μCT methods for imaging the collagen (phosphotungstic acid (PTA) and phosphomolybdic acid (PMA)) and GAG (CA4+) content of the articular cartilage in vitro were validated against various reference methods measuring the biochemical composition of articular cartilage. To improve the μCT imaging of subchondral bone, grey-level co-occurrence matrix (GLCM) based analysis of sub-resolution features of subchondral bone was introduced. In addition, to test the translatability of the GLCM-based analysis to clinical resolution, sub-resolution features extracted from clinical cone-beam CT were validated against the subchondral bone morphometrics from the μCT. PTA showed stronger association with the collagen content of the articular cartilage compared to PMA. PTA was also associated with collagen content even in degraded articular cartilage. CA4+ distribution was found to accumulate in chondrons and surrounding areas, suggesting that it is a prominent contrast agent for high-resolution μCT studies of chondrocytes. The GLCM-based analysis of subchondral bone provided information on cellular structure from μCT images and trabecular bone micro-structures from clinical CT images. In conclusion, μCT imaging can provide quantitative information on the collagen content and chondrons of articular cartilage, as well as on osteocytes in subchondral bone. The methods presented here extend the tools for researchers to quantify osteochondral tissue modifications in OA. Furthermore, the developed image processing tools could be translatable to the clinical CT. / Tiivistelmä Nivelrikko on heterogeeninen niveltauti, joka huonontaa yksilön elämän laatua aiheuttaen kipua ja liikuntakyvyttömyyttä. Nivelrikko aiheuttaa nivelkudosten rappeumaa vaikuttaen mm. ruston ja rustonalaisen luun rakenteeseen ja koostumukseen. Nivelrikon kudosmuutosten kuvantamisen kehittäminen ja määrällinen tutkiminen taudin alkuvaiheissa tukisivat nykyisten nivelrikon hoitomenetelmien kehittämistä. Kliinisessä käytössä ja perustutkimuksessa, tietokonetomografia (TT) mahdollistaa luukuvantamisen ja varjoaineita käytettäessä myös rustokuvantamisen. Tämän väitöskirjan tavoitteena on esitellä ja validoida uusia mikrotietokonetomografia-menetelmiä (μTT) nivelrikon rusto- ja luumuutosten määrälliseen tutkimukseen. Varjoaineavusteisia μTT in vitro menetelmiä ruston kollageenin (fosfovolframihappoa (PTA) ja fosfomolybdeenihappoa (PMA)) ja GAG (CA4+) jakauman määrälliseen tutkimukseen validoitiin useilla eri ruston biokemiallista koostumusta mittaavilla vertailumenetelmillä. Rustonalaisen luun kuvantamista kehitettiin soveltamalla harmaasävyjen tekstuurianalyysiä, jolla pyrittiin tunnistamaan kuva-alkiota pienempiä luurakenteita. Rustonalaisen luun μTT-kuvien analyysien tulokset validoitiin synkrotronisäteilyyn perustuvan μTT:n avulla. Lisäksi tekstuurianalyysin soveltuvuutta testattiin kliinisen resoluution kartiokeilan TT-kuville. Kuvista analysoituja tekstuuriparametrejä verrattiin μTT:lla mitattuun todelliseen rustonalaisen luun rakenteeseen. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että PTA on spesifimpi kollageenille testatuista varjoaineista ja sen jakauma on verrannollinen kollageenijakaumaan jopa rappeutuneessa nivelrustossa. GAG-spesifisen varjoaineen CA4+:n todettiin kerääntyvän myös kondroneihin, mikä viittaa siihen, että kyseinen varjoaine soveltuisi potentiaalisesti rustosolujen korkean resoluution μTT-tutkimuksiin. Rustonalaisen luun μTT-kuvista analysoitujen tekstuuriparametrien havaittiin olevan verrannollisia osteosyyttien tilavuusfraktion kanssa. Väitöskirjassa esitettyjen tulosten perusteella μTT-kuvantaminen tarjoaa kvantitatiivisen menetelmän nivelruston kollageenijakauman ja rustosolujen sekä rustonalaisen luun osteosyyttien tutkimuksiin. Väitöskirjassa esitetyt menetelmät laajentavat jo olemassa olevaa tutkimusmenetelmien kirjoa nivelrikon aiheuttamien nivelrusto- ja luumuutosten tutkimuksessa. Lisäksi kehitetyt kuva-analyysimenetelmät voivat tarjota tarkempaa tietoa kliinisestä TT:sta.

Abstract Osteoporosis is a bone disorder that leads to a reduction in bone volume, deterioration of bone microarchitecture and therefore increased fracture risk. Bone disorders such as osteoporosis commonly have both genetic and environmental components. Family and twin studies have shown the importance of genetics in bone formation and health, but most of the genetic factors contributing to bone formation are still largely unknown. The aim of this thesis was to search for and identify genetic factors that predispose to two different bone disorders manifesting in fractures, namely femoral neck stress fractures and childhood primary osteoporosis without features of OI (i.e. non-OI primary osteoporosis). Furthermore, in vitro studies were performed to elucidate the importance and mechanism of action of identified genetic factors in non-OI primary osteoporosis. By using candidate gene analyses we identified predisposing alleles, haplotypes and their interactions that increased the risk for femoral neck stress fractures in young male military conscripts. The conscripts lacking the CTR C allele and/or VDR C-A haplotype had a three-fold increased risk for femoral neck stress fractures compared to the carriers of both. Furthermore, conscripts carrying the LRP5 A-G-G-C haplotype had a three-fold increased risk for femoral neck stress fractures and in combination with VDR C-A haplotype a four-fold increased risk for stress fractures. These associations were mediated by low body weight and BMI. In the search for genetic factors of non-OI primary osteoporosis in children and adolescent, two novel mutations in LRP5 and two more variants in WNT3A and DKK1 were found in patients. The variants were also observed in the affected family members, but not in the control group. The effects of these variants were examined in in vitro studies and the results showed that some LRP5 mutations and the WNT3A variant might reduce bone formation by decreasing the canonical Wnt signalling activity. / Tiivistelmä Osteoporoosi on luustosairaus, joka alentaa luuntiheyttä ja heikentää luun rakennetta ja siten lisää murtumien riskiä. Osteoporoosin kaltaiset luusairaudet ovat usein monitekijäisiä tauteja, joiden syntyyn vaikuttavat sekä perinnölliset että ympäristölliset tekijät. Perhe- ja kaksostutkimukset ovat osoittaneet perinnöllisten tekijöiden olevan tärkeitä luun muodostuksessa ja terveydessä, mutta nämä tekijät ovat kuitenkin vielä suurelta osin tuntemattomia. Tutkimustyön tavoitteena oli etsiä ja tunnistaa perinnöllisiä tekijöitä, jotka altistavat kahdelle luunmurtumina ilmenevälle sairaudelle: reisiluunkaulan rasitusmurtumille ja lasten primaariselle osteoporoosille. Lisäksi primaariselle osteoporoosille altistavien perinnöllisten tekijöiden merkitystä ja vaikutusmekanismeja tutkittiin in vitro- kokeilla. Reisiluunkaulan rasitusmurtumille altistavien alleelien, haplotyyppien ja näiden vuorovaikutusten tunnistamiseen käytettiin ehdokasgeenianalyysiä nuorten alokkaiden aineistossa. Potilailla, joilta CTR-geenin C-alleeli ja/tai VDR-geenin C-A haplotyyppi puuttuivat, oli kolminkertainen riski rasitusmurtumien syntyyn molempien geenimuotojen kantajiin verrattuna. Myös LRP5-geenin A-G-G-C haplotyypin kantajilla oli kolminkertainen riski rasitusmurtumiin ja VDR-geenin C-A haplotyyppi ja A-G-G-C yhdessä lähes nelinkertaistivat rasitusmurtumien riskin alokkailla. Näiden assosiaatioiden todettiin välittyvän alhaisen painon ja painoindeksin välityksellä. Lapsuudessa tai varhaisnuoruudessa puhkeavan primaarisen osteoporoosin perinnöllisten tekijöiden etsinnässä löydettiin kaksi uutta mutaatiota LRP5-geenistä ja yhteensä kaksi uutta muutosta WNT3A- ja DKK1-geeneistä. Uusien ehdokasgeenilöydösten osuutta primaarisen osteoporoosin syntyyn tukee se, että muutokset löydettiin potilaiden lisäksi heidän sairailta sukulaisiltaan eikä muutoksia havaittu kontrolliaineistoissa. Uusien mutaatioiden mahdollisia vaikutuksia tutkittiin in vitro-kokein, jotka osoittivat, että eräät LRP5-geenin mutaatiot ja WNT3A-geenin muutos alentavat kanonisen Wnt-signalointireitin aktiivisuutta ja voivat siten vähentää luunmuodostusta.

Abstract Osteoarthritis (OA) is a common degenerative disease of synovial joints becoming more frequent with age. Pain, stiffness and functional disability caused by OA negatively affect the quality of individuals’ lives. In order to prevent the manifestation of symptoms and further OA progress, early diagnosis is essential. Ultrasonography has the potential to detect various abnormalities in the knee joint, however its place in clinical practice remains uncertain. The present study aimed to determine the diagnostic performance of the semi-quantitative wide-area ultrasound (US) scanning of knee femoral cartilage degeneration, osteophytes and meniscal extrusion using magnetic resonance imaging as the reference tool. Diagnostic ability of conventional radiography (CR) was also determined and the performances of both modalities compared. Subsequently, the association of structural US findings with knee pain and function was investigated. Finally, quantitative US image analysis focusing on detection and evaluation of subchondral bone integrity in early OA was developed. The US quantitative outcomes were compared with CR and arthroscopy. Tibio-femoral osteophytes, medial meniscal extrusion and medial femoral cartilage morphological degeneration were identified by US with better or at least comparable accuracy than by CR, in which joint space narrowing was used as a composite measure of cartilage damage and meniscal extrusion. The global femoral cartilage grade associated strongly with increased pain and disability. Site-specifically, especially medial cartilage degeneration and femoral lateral osteophytes were associated with increased pain and disability. Regarding the quantitative outcomes, significant increase in US intensity in the femoral subchondral bone depth 0.35–0.7 mm and decrease in intensity slope up to 0.7 mm depth were observed during radiographic or arthroscopic OA progression. Novel wide-area US scanning provides relevant additional diagnostic information on tissue-specific OA pathology not depicted by CR. US-detected changes of femoral cartilage and osteophytes are also associated with clinical symptoms. Consequently, the use of US as a complementary imaging tool along with CR may enable more accurate diagnostics of knee OA. Furthermore, developed quantitative US analysis is a promising tool for detection of femoral subchondral bone changes in knee OA. / Tiivistelmä Nivelrikko on erittäin yleinen nivelten rappeumasairaus, joka aiheuttaa kipua, jäykkyyttä sekä liikkumisvaikeutta. Nivelrikon nykyistä varhaisempi diagnosointi olisi äärimmäisen tärkeää, jotta voitaisiin vähentää oireiden esiintymistä ja hidastaa sairauden etenemistä. Ultraäänikuvaus on lupaava menetelmä nivelrikon varhaisdiagnostiikkaan, mutta sitä ei kuitenkaan ole vielä yleisesti hyväksytty rutiininomaiseen kliiniseen käyttöön. Tämän tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää polven semi-kvantitatiivisen ultraäänikuvauksen diagnostista kykyä verrattuna perinteiseen röntgenkuvaukseen, kun arvioidaan rustokudoksen kulumista, luupiikkejä sekä nivelkierukan siirtymää. Magneettikuvausta käytettiin vertailumenetelmänä. Toisena tavoitteena oli selvittää yhteyttä polven ultraäänilöydösten ja polven kivun sekä liikkuvuuden välillä. Lopuksi selvitettiin, voidaanko kvantitatiivisella analyysilla parantaa ultraäänikuvauksen tarkkuutta varhaisvaiheen nivelrikkopotilaiden rustonalaisen luun kunnon määrittämiseen. Röntgenkuvaukseen verrattuna ultraäänikuvaus osoittautui vähintään yhtä hyväksi tai paremmaksi kuvantamismenetelmäksi, kun arvioitiin reisi- ja sääriluun luupiikkejä, sisemmän nivelkierukan siirtymää tai rustokudoksen kulumista. Reisiluun nivelruston yleinen kulumisen aste oli suoraan verrannollinen potilaiden polvinivelen liikerajoituksiin ja kipuun. Erityisesti reisiluun sisemmän puolen nivelruston kuluminen sekä ulomman puolen luupiikit liittyivät potilaiden oireisiin. Kvantitatiiviset ultraäänitulokset osoittivat, että ultraäänen rusto-luurajapinnalta tulevan heijastuksen maksimi-intensiteetti lisääntyi sekä intensiteetin tason laskunopeus vähentyi nivelrikon vaikeusasteen kasvaessa. Tutkimus osoitti, että ultraäänikuvauksella voidaan saada tärkeää diagnostista lisätietoa polven nivelrikon aiheuttamista kudosmuutoksista, joita ei pystytä havaitsemaan perinteisellä röntgenkuvauksella. Ultraäänikuvauksessa näkyvät kudosmuutokset liittyvät myös potilaan kliinisiin oireisiin. Lisäksi rustonalaista luuta voidaan analysoida kvantitatiivisesti ultraäänikuvien perusteella, mikä edelleen helpottaa kuvien tulkintaa. Tutkimuksen perusteella voidaankin suositella ultraäänikuvauksen nykyistä laajempaa kliinistä käyttöä röntgenkuvausta täydentävänä tutkimusmenetelmänä nivelrikon varhaisdiagnostiikassa.

Abstract Osteoarthritis is a common joint disease in the adult population characterized by degeneration and limited repair capability of articular cartilage. Cartilage degeneration is also associated with remodeling and sclerosis of the subchondral bone. The relative contributions of these processes are not fully understood partly because of a lack of proper biomarkers for the diagnosis and follow-up of the disease progress. Current diagnostic methods are too insensitive or subjective for reliable and early diagnosis of osteoarthritis. Novel magnetic resonance imaging (MRI) techniques can be used for indirect assessment of cartilage constituents. In addition, the imaging of the subchondral bone and osteochondral junction has become feasible, which has been very difficult with conventional MRI methods due to the very fast signal (T2) decay in those tissues. Quantitative MRI of cartilage involves measurement of relaxation time parameters (T1, T2, T1ρ, T2ρ, TRAFF, T1sat) and investigation of how the parameters reflect the properties of the cartilage. SWIFT (Sweep imaging with Fourier transform) is an MRI technique capable of imaging short T2 structures, enabling assessment of the osteochondral junction as well as the subchondral bone. The aim of this work was to investigate osteoarthritic changes occurring in articular cartilage and subchondral bone in experimental animal models of osteoarthritis and degenerated human specimens with quantitative MRI measurements and SWIFT imaging at 9.4 T. Moreover, the feasibility of the different quantitative MRI techniques in the assessment of osteoarthritic changes was studied. For reference, biomechanical, quantitative and qualitative histology, biochemical and micro-computed tomography measurements were conducted. Novel adiabatic T1ρ and T2ρ relaxation time parameters were more sensitive than conventional methods (T1, T2) or continuous wave T1ρ to both early degenerative changes in a rabbit model of cartilage degeneration and to spontaneous degeneration of human cartilage. SWIFT enabled assessment of the structural properties of the subchondral bone. Moreover, signal changes related to the degree of osteoarthritis were detected at the cartilage–bone interface with SWIFT. These methods may provide new tools for improving the diagnosis of early osteoarthritis. Further studies are needed to investigate the clinical feasibility of these MRI techniques. / Tiivistelmä Nivelrikko on yleinen nivelsairaus, johon ei tällä hetkellä ole parannuskeinoa. Nivelrikossa nivelrusto rappeutuu asteittain aiheuttaen lopulta kudoksen tuhoutumisen; samanaikaisesti myös rustonalaisessa luussa sekä rusto–luurajapinnassa tapahtuu muutoksia. Nivelrustokudoksen uusiutumiskyky on erittäin heikko, joten vauriot olisi hyvä havaita varhaisessa vaiheessa. Nivelrikon syntymekanismeja ei kuitenkaan vielä täysin ymmärretä, koska nykyiset seurantamenetelmät eivät ole riittävän tarkkoja taudin etenemisen tarkkailemiseksi. Magneettikuvausteknologian kehitys mahdollistaa kuitenkin nivelruston koostumuksen tarkastelun nivelen ulkopuolelta. Kvantitatiivisen magneettikuvauksen avulla (T1, T2, T1ρ, T2ρ, TRAFF, T1sat relaksaatioaikaparametrit) voidaan mitata epäsuorasti nivelruston koostumusta ja rakennetta. SWIFT (Sweep Imaging with Fourier Transform) on uusi lyhyen kaikuajan magneettikuvausmenetelmä, joka mahdollistaa myös erittäin lyhyen T2-relaksaatioajan omaavien kudosten, kuten rusto–luurajapinnan sekä rustonalaisen luun kuvaamisen. Työssä tutkittiin nivelrikossa syntyviä muutoksia nivelrustossa, rusto–luurajapinnassa ja rustonalaisessa luussa erilaisissa eläinmalleissa sekä ihmiskudoksessa. Lisäksi työssä tarkasteltiin eri magneettikuvaustekniikoiden herkkyyttä havaita muutokset näissä kudoksissa. Nivelruston ja rustonalaisen luun ominaisuuksien määrittelemiseen käytettiin verrokkimenetelminä biomekaanisia, histologisia sekä biokemiallisia mittauksia ja tietokonetomografiakuvauksia. Kvantitatiivisista magneettikuvausparametreista adiabaattinen T1ρ sekä adiabaattinen T2ρ osoittautuivat herkimmiksi havaitsemaan muutoksia varhaisen nivelrikon eläinmallissa sekä ihmiskudosnäytteissä. SWIFT-magneettikuvaustekniikka puolestaan mahdollisti sekä rustonalaisen luukudoksen tilan arvioinnin että nivelrikossa tapahtuvien muutosten havainnoinnin rusto–luurajapinnassa. Nämä menetelmät voivat mahdollistaa nivelrikon diagnosoinnin taudin varhaisessa vaiheessa, mutta lisätutkimuksia vaaditaan menetelmien soveltuvuudesta kliiniseen käyttöön.

Everyday we come up with new solutions for our existing problems. But the solutions of today are tomorrow’s problem. The products we create as designers are often bringing more complexity in our society than it is initially intended for. This thesis aims to give a new perspective on the design practice community. Instead of starting with a problem-solving scope, this thesis intent is to find what is truly meaningful for human life, meaning finding, and to propose how we can envision new ways of meaning making within interaction design. The two processes together of meaning finding and meaning making is how we can aim for concrete results that are relevant for our society. To better understand what truly matters for human life, I collected 14 stories through ethnographic research. These ethnographic stories reveal the nature of human characteristics when people face and overcome big challenges in life. Some of these ethnographic stories highlights the life of a WWII survivor, war refugee, leukaemia child-patient and a widow. Parallel, to the ethnographic work, I explored how I can evoke a deeper connection between people, by making them listen to each-other’s heartbeat.  Inevitably, by exploring the fundamental elements of human life and observing the emotions and behaviour of my interviewees and participants, the thesis find itself often on the playground between philosophy and human life. But by taking a strong interaction design perspective, these insights were manifested in the human design manifesto booklet. This booklet proposes six expressions for designers, with the intention to embrace the fundamental elements of human life when we design:  1. Design attitudes, not solutions. 2. Design the medicine of the mind. 3. Design for relationships. 4. Design for our direct senses. 5. Design for the deep human connection. 6. Design the act of kindness  Later on, for the meaning making part: one statement from the Human Design Manifesto was selected to explore in depth: Design the act of kindness. For this expression project Hidden Figures was created. Hidden Figures is a design proposal which demonstrates that a design creation can be driven by the fundamental elements of human life. In this case proposing the act of kindness as a vision on how our society could be.  In overall, this master’s thesis demonstrates how our design proposals can embody and resonate well between the three levels of design philosophy, a designer’s vision and interaction design practice: How we, as designers, can use meaning-making and meaning-finding to create more relevant impact for our society. Last, I hope this work encourages other designers to think deeply about their own creations and its impact. And help designers reflect on why they create and how they could also alternatively practice design.