Ihmiskeho vilisee molekyylikoneita – nyt tutkijat kehittävät keinotekoisia vastineita, joita voisi hallita sähköllä

Professori Anton Kuzyk on saanut Euroopan tiedeneuvostolta noin kahden miljoonan euron rahoituksen viisivuotiselle tutkimushankkeelle, joka kehittää sähkökentillä ohjattavia keinotekoisia molekyylikoneita.

Molekyylikoneet ovat pieniä, itsejärjestäytyneitä rakenteita, jollaisten toimintaan keskeiset biologiset järjestelmät pohjautuvat. Ihmiskehossa molekyylikoneet mahdollistavat muun muassa solujen jakautumisen ja lihasten supistumisen kaltaisia toimintoja. Tutkijat ovat pitkään tienneet, että kyky valmistaa ja hallita tällaisia ​​koneita voisi mullistaa nanoteknologian ja johtaa esimerkiksi paljon nykyistä tarkempaan lääketieteelliseen diagnostiikkaan sekä tehokkaampaan hoitoon.

Vaikka yksinkertaisia molekyylikoneita on jo onnistuttu rakentamaan, tutkijat ovat vielä kaukana luonnossa esiintyvien järjestelmien monimutkaisuudesta ja molekyylikoneisiin pohjautuvista käytännön sovelluksista.

"Ongelma on, kuinka hallita näin pienessä mittakaavassa järjestyneitä asioita. Emme voi vain ottaa pinsettejä ja siirrellä komponentteja ympäriinsä. On suunniteltava jonkinlainen ohjausjärjestelmä”,  Anton Kuzyk sanoo.

Suurinta osaa tutkijoiden tähän mennessä rakentamista molekyylikoneista ohjataan kemikaalien tai valon avulla. Kuzykin mukaan sähköllä ohjatut molekyylikoneet olisivat nopeampia kuin kemiallisesti ohjatut vastineensa, eikä niiden valmistaminen edellyttäisi yhtä kalliita ja massiivisia laboratoriolaitteita.

"Sähkökenttien avulla molekyylikoneita voitaisiin myös ohjata etänä, yksinkertaisesti nappia painamalla", Kuzyk sanoo.

Vaikka sähkökentillä ohjatut molekyylikoneet eivät ole täysin uusi asia, niiden tutkimus on vielä alkutekijöissään. Kuzyk itse on äskettäin ollut rakentamassa synteettisiä DNA-pohjaisia molekyylikoneita, joita kauko-ohjattiin valolla. Nyt alkava hanke on menetelmältään samankaltainen, mutta eroaa kehitettävän ohjausmekanismin osalta.

Vaikka sovellukset eivät ole vielä ajankohtaisia, Kuzyk mainitsee sähköisesti ohjattavilla molekyylikoneilla olevan potentiaalia esimerkiksi aiempaa herkemmän lääketieteellisen diagnostiikan kehittämiselle. Hän kuitenkin korostaa, että tässä vaiheessa kyse on vasta spekulaatiosta.

"Tutkimuksen innoitus tulee pitkälti biologisten järjestelmien toiminnasta, hämmästyttävistä luonnollisista molekyylikoneista, joiden tiedämme olevan uskomattoman hyödyllisiä. Emme vieläkään tiedä, kuinka niiden keinotekoiset vastineet pitäisi rakentaa tai edes mitä niiden pitäisi tehdä – opettelemme vasta ensimmäisiä rakennusperiaatteita. Myöhemmin saamme paremman käsityksen siitä, missä kaikessa niistä voi olla hyötyä.”