Tutkijat kehittivät DNA:sta älykkään nanokapselin lääkkeiden kuljettamiseen
Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet DNA-nanolaitteen, joka voi suorittaa ohjelmoidun tehtävän ihmiskehon kaltaisissa olosuhteissa. Tutkimusryhmä kokosi DNA-molekyyleistä kapselimaisen rakenteen, joka avautuu tai sulkeutuu sitä ympäröivän biologisen ympäristön pH-arvon mukaan. Nanokokoiseen kapseliin voidaan pakata molekyylejä, sulkea se kuljetuksen ajaksi ja jälleen avata kohteessa pienten pH-muutoksien avulla.
Nanokapselin toiminta perustuu pH-responsiivisiin DNA-juosteisiin.
Jotta nanokapseli saatiin toimimaan halutulla tavalla, siihen liitettiin niin sanottuja pH-responsiivisia DNA-juosteita. Dynaamisten DNA-laitteiden toiminta perustuu usein DNA:n kaksoiskierteen muodostamiseen yksijuosteisista DNA-sekvensseistä, mutta tässä tutkimuksessa toimintaperiaate oli toisenlainen. Nanokapselin yhteen puoliskoon lisättiin DNA-kaksoiskierre, joka oli suunniteltu siten, että se saattoi muodostaa DNA-kolmoiskierteen kapselin toiseen puolikkaaseen kiinnitetyn yksijuosteisen DNA:n kanssa.
”Tämä kolmoiskierre muodostuu vain, jos liuoksen pH on juuri oikea. Nimitämme näitä juosteita pH-lukoiksi. Kun juosteet vuorovaikuttavat keskenään, ne toimivat kuin niiden makroskooppiset vastikkeensa eli lukitsevat kapselin. Lisäsimme kapseliin useita tällaisia lukkoja, ja niinpä avaus- ja sulkemismekanismi perustui useiden lukkojen yhtäaikaiseen toimintaan. Kapselin avaaminen on itse asiassa hyvinkin nopea prosessi ja vaatii vain hyvin pienen pH:n muutokseen", kertoo tohtorikoulutettava Heini Ijäs Jyväskylän yliopistosta.
Lääkemolekyylit kulkevat onkalossa kapselissa
Osoittaakseen että kapselilla voidaan kuljettaa molekyylejä tai lääkeaineita, ryhmä suunnitteli kapselin sisään onkalon, johon voidaan liittää minkälaisia molekulaarisia komponentteja tahansa. Tutkijat näyttivät, että esimerkiksi kultananopartikkeleita ja entsyymejä pystyttiin liittämään tämän nanolaitteen sisään (korkea pH), suojaamaan ne sulkemalla kapseli (matala pH) ja edelleen paljastamaan ne avaamalla kapseli (korkea pH).
Mittaamalla entsyymien aktiivisuutta ryhmä varmistui siitä, että kapseliin liitetty entsyymi todella pysyi toiminnallisena koko prosessin ajan.
”Kiehtovinta on se, että pH-arvo, jossa avautuminen tai sulkeutuminen tapahtuu, pystytään määrittämään hyvin tarkasti lukkojen DNA-sekvenssien avulla. Tässä työssä valitsimme sekvenssit siten, että pH:n kynnysarvo oli 7.2–7.3, joka on hyvin lähellä veren pH:ta. Tulevaisuudessa tällainen kapseli voitaisiin ohjelmoida ja optimoida toimimaan siten, että se avautuisi esimerkiksi vain tietynlaisten syöpäsolujen sisällä, joissa voi olla korkeampi pH kuin normaaleissa terveissä soluissa", sanoo dosentti Veikko Linko Aalto-yliopistosta.
Lisäksi tutkimuksessa havaittiin, että kapselit toimivat fysiologisissa magnesium- ja natriumpitoisuuksissa sekä ainakin 10-prosenttisessa veriplasmassa. Tutkijat uskovat, että nämä kaikki edellä kuvaillut tutkimustulokset auttavat kehittämään täysin ohjelmoitavia lääkeainekuljettimia lähitulevaisuudessa.
Tutkimus suoritettiin Aalto-yliopiston professori Mauri Kostiaisen Biohybridimateriaalit-ryhmässä. Tutkimusta ovat rahoittaneet Suomen Akatemia, Jane ja Aatos Erkon Säätiö sekä Sigrid Juséliuksen Säätiö.
Tulokset on julkaistu ACS Nano -lehdessä 16. huhtikuuta 2019. Linkki artikkeliin: https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b01857
Lisätietoja:
Tohtorikoulutettava Heini Ijäs, heini.e.ijas@jyu.fi, puh. +358 44 260 5727,
bio- ja ympäristötieteiden laitos, Nanotiedekeskus, Jyväskylän yliopisto
Dosentti Veikko Linko, veikko.linko@aalto.fi, puh. +358 45 673 9997
Biohybridimateriaalien tutkimusryhmä, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi, puh. +35850 581 8351
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Facebook: jyuscience Twitter: jyscience
Avainsanat
Kuvat
Tietoja julkaisijasta
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Pyöräilitkö lapsena kouluun? Todennäköisesti myös lapsesi kulkevat koulumatkansa omin voimin7.8.2025 06:00:00 EEST | Tiedote
Kuljitko lapsena kouluun kävellen, pyöräillen tai talviaikaan hiihtäen? Jos kuljit koulumatkasi aktiivisesti, todennäköisesti myös lapsesi kulkevat kouluun omin voimin. Näin kertoo Jyväskylän yliopiston tutkimus, joka osoitti ylisukupolvisen yhteyden vanhempien ja heidän lastensa koulumatkaliikunnassa. Tutkija muistuttaa, että omin voimin kouluun kulkeminen on helppo ja käytännöllinen tapa lisätä liikettä arkeen.
Jyväskylän yliopiston täydennyshaku tarjoaa opiskelupaikkoja kieliin ja luonnontieteisiin6.8.2025 09:36:57 EEST | Tiedote
Jäitkö korkeakoulujen yhteishaussa ilman opiskelupaikkaa? Sinulla on vielä mahdollisuus päästä syksyn opintoihin mukaan täydennyshaussa!
Päiväkodin aloitus on iso askel – näin ammattilaiset tukevat pieniä lapsia30.7.2025 07:30:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston tutkimuksessa tarkasteltiin, miten varhaiskasvatuksen ammattilaiset tukevat noin 1-vuotiaita lapsia heidän ensimmäisenä päiväkotipäivänään. Tutkimuksesta selviää, kuinka ammattilaiset ja pienet lapset rakentavat yhdessä varhaiskasvatuksen aloitusta ja millaisia pedagogisia ratkaisuja ammattilaiset työssään hyödyntävät.
Jyväskylän kansainvälinen kesäkoulu tuo maailmanmainetta Jyväskylän yliopistolle28.7.2025 12:46:06 EEST | Tiedote
Jyväskylän kansainvälinen kesäkoulu, Suomen suurin ja vanhin kesäkoulu, houkuttelee opiskelijoita ympäri maailmaa kehittämään akateemista osaamistaan STEM-aloilla elokuussa 4.-15.8.2025. Osaamisen kehittämisen rinnalla opiskelijoille syntyy arvokkaita kansainvälisiä suhteita ja rikkaita kokemuksia Suomen kesäisessä Jyväskylässä. Kesäkoulun ohjelmaan kuuluu myös kaikille avoin yleisöluento kyberturvallisuudesta.
Jyväskylän yliopiston ja amerikkalaisen yrityksen yhteistyöstä syntyi maailman tarkin sydänkäyriä tunnistava ohjelmisto ja tytäryhtiö Keski-Suomeen14.7.2025 13:45:27 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopisto ja yhdysvaltalainen hitech-yritys USAMedX loivat yhteistyössä täysin automaattisesti toimivaan sydäniskuriin sykekäyrien tunnistuksen. Ohjelmistoa tullaan käyttämään kotikäyttöön tarkoitetussa sydäniskurissa, joka pystyy analysoimaan potilaan sydänkäyrän ja antamaan sydäniskun tarvittaessa automaattisesti. Yhteistyö johti lopulta myös USAMedX:n tytäryhtiön perustamiseen Jyväskylään.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme