Kemiallinen vakoilija, ksenon, paljastaa esimerkiksi syöpäsolujen jälkiä – Oulussa kehitettiin uusia työkaluja NMR-signaalin tulkintaan
Ksenonatomi toimii kuin vakoilija, jonka NMR-signaalissa erottuvat ympäristön pienimmätkin muutokset. Oulun yliopiston NMR-tutkimusyksikössä on kehitetty laskennallisteoreettisia työkaluja, jotka avaavat uusia mahdollisuuksia käyttää ksenonkaasua biosensorina.

Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia eli NMR tutkii atomiytimien magneettisia ominaisuuksia. NMR-signaali paljastaa näytteen atomien ja molekyylien rakenteen sekä liikkeen – kuin sormenjäljen aineen mikroskooppisesta maailmasta. Uudessa tutkimuksessa tarkasteltiin laskennallisin ja teoreettisin menetelmin ksenoniin perustuvia NMR-biosensoreita. Yksi niiden lupaavista sovelluskohteista on havaita syöpäsolujen tuottamia proteiineja, joita terveet solut eivät tuota.
Ksenoniin perustuvissa NMR-biosensoreissa ksenonatomi kahlitaan sitä suurempaan häkkimolekyyliin, joka kemiallisen anturinsa avulla löytää ympäristöstään, esimerkiksi verestä, halutun kohdemolekyylin. ”Kun anturi tarrautuu kohdemolekyyliin, sensorin rakenne muuttuu hieman. Tämä voidaan havaita ympäristön muutoksille äärimmäisen herkän ksenonin NMR-signaalissa, mikä viittaa kohdemolekyylin, kuten syöpäsolun tuottaman proteiinin, läsnäoloon aineessa”, selittää Oulun yliopiston väitöskirjatutkija Perttu Hilla. ”Ksenon siis toimii biosensorissa kuin kemiallinen vakoilija, joka raportoi ympäristöstään NMR-signaalinsa kautta.”
Houkutteleviksi ksenonbiosensoreista tekee niiden monikäyttöisyys – ainoastaan anturia vaihtamalla voidaan samaa menetelmää käyttää useiden eri ympäristöä kuvaavien suureiden ja kohdemolekyylien havaitsemiseen.
Käänteentekevä menetelmä parantaa mallinnuksen tarkkuutta ja laskennallista tehokkuutta
Laskennallisteoreettisessa tutkimuksessa tarkastellaan aineen rakenneosia mikroskooppisessa mittakaavassa. Teorioiden ja simulaatioiden avulla pyritään ennustamaan kokeellisesti mitattavia, suuremman mittakaavan ominaisuuksia. Kun teoreettiset ennusteet täsmäävät mittaustulosten kanssa, voidaan vetää yhteys rakenneosasten mikroskooppisten ja materiaalin havaittavien ominaisuuksien välille. Tämänkaltainen teorian ja kokeiden vertailu on teknologian ja esimerkiksi lääketieteen kehityksen kivijalka.
Ksenonin NMR-signaalin informaatio sisältyy kahteen tekijään: signaalin värähtelytaajuuteen ja vaimenemiseen. Perinteisesti ainoastaan värähtelytaajuutta on käytetty ksenonbiosensoreiden yhteydessä, sillä vaimenemisen ymmärtäminen on ollut soveltuvien laskennallisteoreettisten työkalujen puutteen takia lapsenkengissään. ”Olemme kehittäneet uutta teoriaa ja laskennallisia työkaluja nyt myös signaalin vaimenemisen mallinnukseen ja vieläpä suurissa molekyylisysteemeissä”, painottaa professori Juha Vaara. ”Suurten biosensorirakenteiden mallintaminen vaati aiemmin käytössä olleiden teoreettisten oletusten hylkäämistä, ja uuden, aiempia menetelmiä yleistävän teorian kehittämistä.”
Uusi mahdollisuus vertailla mittaustuloksia ja teoreettisia ennusteita NMR-signaalin vaimenemisen osalta kaksinkertaistaa vertailupisteiden määrän, mikä lisää tutkimustulosten luotettavuutta. Tämä käänteentekevä menetelmä avaa mahdollisuuksia myös atomien välisten etäisyyksien tarkempaan tutkimiseen.
Laskennallisteoreettisten työkalujen jatkuva päivittäminen on erityisen tärkeää; kehittyneemmät mallit mahdollistavat suoraviivaisemman vertailun teorian ja kokeiden välillä, mikä taas parantaa tutkitun aineen ominaisuuksista tehtyjen tulkintojen laatua. Laadukkaampi mallinnus ei ainoastaan nopeuta ja tarkenna tieteellistä työtä, vaan myös vähentää laskennan ympäristökuormaa.
Perttu Hillan ja Juha Vaaran uusi tutkimus Multiscale modelling of nuclear magnetisation dynamics: spin relaxation, polarisation transfer and chemical exchange in 129Xe@cryptophane(aq) structures julkaistiin toukokuussa 2025
Lue myös: Euroopan suurin magneettisen resonanssin konferenssi kokoaa lähes 700 tutkijaa Ouluun 6.–10.7.2025
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Väitöskirjatutkija Perttu Hilla, 050 4053 123, perttu.hilla@oulu.fi, NMR-tutkimusyksikö, Oulun yliopisto
Professori Juha Vaara, 040 1966 658, juha.vaara@oulu.fi, NMR-tutkimusyksikö, Oulun yliopisto
Viestintäasiantuntija Kaisu Koivumäki, 050 4344261, kaisu.koivumaki@oulu.fi, Oulun yliopisto
Kuvat

Linkit
- Uusi tutkimusartikkeli: Multiscale modelling of nuclear magnetisation dynamics: spin relaxation, polarisation transfer and chemical exchange in 129Xe@cryptophane(aq) structures
- Euroopan suurin magneettisen resonanssin konferenssi kokoaa lähes 700 tutkijaa Ouluun 6.-10.7.2025
- Oulun yliopiston NMR-spektroskopian tutkimusyksikkö
Tietoja julkaisijasta
Oulun yliopisto on monitieteinen, kansainvälisesti toimiva tiedeyliopisto. Tuotamme uutta tietoa ja ratkaisuja kestävämmän tulevaisuuden rakentamiseksi sekä koulutamme osaajia muuttuvaan maailmaan. Tärkeimmissä yliopistovertailuissa Oulun yliopisto sijoittuu kolmen prosentin kärkeen maailman yliopistojen joukossa. Meitä yliopistolaisia on noin 17 000.
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 Oulun yliopisto
Anoreksia nuoruusiässä voi heikentää työmarkkina-asemaa aikuisuudessa – erityistä huomiota tarvitaan nuoriin miehiin28.8.2025 06:50:00 EEST | Tiedote
Anoreksia on vakava mielenterveyden häiriö, joka alkaa tyypillisesti nuoruusiässä. Oulun yliopiston väestöterveyden tutkimusyksikön ja kauppakorkeakoulun tutkimuksessa selvitettiin, miten nuoruusiässä sairastettu anoreksia vaikuttaa työmarkkina-asemaan aikuisiällä verrattuna ikätovereihin.
Terästeollisuuden kuonassa piilee arvokas mahdollisuus: kriittisen vanadiinin talteenottoon ympäristöystävällinen menetelmä matalissa lämpötiloissa26.8.2025 05:03:00 EEST | Tiedote
Oulun yliopiston tuore väitöstutkimus nostaa esiin pohjoismaisen terästeollisuuden piilevän mahdollisuuden: vanadiinin talteenoton hyödyntämättömistä sivuvirroista. Vanadiini on alkuaine, jota käytetään teräs-, kemian- ja akkuteollisuudessa, ja se on luokiteltu kriittiseksi raaka-aineeksi Euroopan unionissa.
Sosiaalinen media voi heikentää nuorten aikuisten hyvinvointia – lähes 14 prosenttia kuuluu korkean riskin käyttäjiin25.8.2025 06:50:00 EEST | Tiedote
Sosiaalinen media on erottamaton osa nykypäivän arkea, mutta sen käyttö voi muodostua myös ongelmaksi. Terveystieteiden maisteri Krista Hylkilän Oulun yliopistoon tekemä väitöstutkimus tarkastelee nuorten aikuisten ongelmallista sosiaalisen median käyttöä ja sen yhteyksiä hyvinvointiin.
Tutkijat tuovat tieteen keskelle metsää – metsänhoitoa kehitetään yhdessä paikallisyhteisöjen kanssa21.8.2025 05:48:00 EEST | Tiedote
Ilmastonmuutokseen sopeutuva ja luonnon monimuotoisuutta turvaava metsänhoito vaatii sekä tieteellistä tietoa että käytännön kokemusta. Oulun yliopiston johtama tutkimushanke kokoaa yhteen metsien sidosryhmiä Suomessa ja viidessä muussa maassa Living Lab -toimintamallin avulla.
Pikisaareen luodaan pimeän ajan kokemuksiin keskittyvä valotaidepolku – kaupunkilaisia kutsutaan mukaan lauantaina 23.8.20.8.2025 13:51:00 EEST | Tiedote
Oulun yliopiston arkkitehtuurin tutkijat suunnittelevat Oulun Pikisaareen pimeän ajan kokemuksiin keskittyvän valotaidepolun. Kaupunkilaisia kutsutaan mukaan lauantaina 23.8. klo 17.30, jolloin Pikisaaressa järjestetään kaikille avoin pop-up-tapahtuma.
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