Liuoksen pH ohjaa kultaklusterien sitoutumista – hyödyntämismahdollisuuksia lääke- ja kuvantamismolekyyleissä
Kullan ominaisuudet nanokokoisissa rakenteissa poikkeavat merkittävästi niin sanotun bulkkikullan ominaisuuksista. Kiinnostavia ovat klusterirakenteet, joissa on mukana kymmenistä satoihin kulta-atomia. Ne muodostavat stabiileja rakenteita, joita voidaan syntetisoida atomin tarkkuudella. Väitöskirjassaan Emmi Pohjolainen tutki erilaisia kultaklustereita molekyylidynamiikkasimulaatioiden keinoin erilaisissa ympäristöissä. Tulokset osoittivat, että kultananoklusterit sitoutuvat tiukasti virukseen erilaisissa vuorovaikutuksissa. Sitoutumisen voimakkuus riippuu happamuusolosuhteista.
Kultaklustereiden hyödyntämistä esimerkiksi erilaisissa lääketieteen sovelluksissa tutkitaan paljon. Jyväskylän yliopistossa niitä on demonstroitu esimerkiksi virusten kuvantamisessa. Klusterirakenteissa kullan ympärillä on tavallisesti suojaava kerros erilaisia molekyylejä. Tämä suojaava pintakerros vuorovaikuttaa klusterin ympäristön kanssa, ja siten pintakerrosta muokkaamalla klusterille voidaan räätälöidä haluttuja ominaisuuksia.
Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia erilaisia kultaklustereita molekyylidynamiikkasimulaatioiden keinoin erilaisissa ympäristöissä. Molekyylidynamiikkasimulaatiot ovat erittäin hyödyllinen työkalu, kun systeemistä ja sen dynamiikasta halutaan tarkkaa tietoa, mutta laskenta-aika pidetään maltillisena.
Vaikka molekyylidynamiikkasimulaatiot ovat usein käytetty menetelmä erilaisten biologisten systeemien simuloinnissa, sitä on hyödynnetty verrattain vähän metallinanoklusterien tutkimuksessa. Väitöskirjatutkimuksen ensimmäinen haaste olikin kehittää ja validoida parametrit kultananoklusterien simulointia varten. Myös Jyväskylän Yliopiston ulkopuoliset ryhmät ovat hyödyntäneet näitä parametreja omissa simulaatioissaan.
Happamuus vaikuttaa kultananoklusterin ja viruksen sitoutumiseen
Kaikessa simulaatioin tehtävässä tutkimuksessa oleellista on yhteys kokeelliseen dataan. Toisaalta kokeellisen datan täydentäminen simulaation tuloksilla, ja toisaalta kokeellisen datan hyödyntäminen simulaatioiden todenmukaisuuden arvioinnissa.
Varsinaisten simulaatioiden osalta väitöskirjassa tutkittiin kultananoklustereita esimerkiksi vuorovaikutuksessa viruksen kanssa, simuloimalla kultananoklusterein päällystettyä kokonaista virusta vedessä. Simuloitava systeemi koostui noin 3,5 miljoonasta atomista, ja on atomitarkkuuden simulaatiosysteemiksi erittäin suuri.
Tulokset osoittivat, että kultananoklusterit sitoutuvat tiukasti virukseen erilaisin vuorovaikutuksin, ja voimakkuus riippuu happamuusolosuhteista. Tätä tietoa voidaan hyödyntää jatkossa esimerkiksi suunniteltaessa uusia kuvannus- tai lääkemolekyylejä, joiden halutaan sitoutuvan viruksessa tiettyihin kohtiin.
Lisäksi samaa virusta simuloitiin vuorovaikutuksessa muiden lääkeaine-tyyppisten molekyylien kanssa, ja vertailtiin niiden sitoutumisvoimakkuuksia virukseen.
Väitöskirjassa tutkittiin myös kultananoklustereiden itsestään järjestäytymistä levymäisiksi ja pallomaisiksi rakenteiksi, joita oli aiemmin havaittu kokeellisesti.
Simulaatioiden perusteella pystyttiin atomitasolla toteamaan, että näiden superrakenteiden stabiilisuuteen vaikuttavat oleellisesti liuotinominaisuudet, sekä kultananoklusterin pinnan varausjakauma. Näin ollen muuttamalla liotinympäristöä tai liuoksen pH:ta, itsejärjestäytymistä ja rakenteen hajoamista voitaisiin kontrolloida. Tätä ominaisuutta voitaisiin hyödyntää esimerkiksi lääkkeiden kuljetukseen suunnitelluissa lääkemolekyyleissä.
Tieteen tietotekniikan keskus CSC myönsi väitöstutkimuksessa projektille 25 miljoonan CPU-tunnin laskenta-ajansupertietokone Sisulle.
Väitöskirja on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten sarjassa JYU Dissertations 91, 2019. ISBN 978-951-39-7781-8 (PDF) URN:ISBN:978-951-39-7781-8 ISSN 2489-9003.
Linkki julkaisuun: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-7781-8
Emmi Pohjolainen valmistui ylioppilaaksi Lohjan yhteislyseon lukiosta 2009, ja filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistosta 2014 nanotieteen maisteriohjelmasta, pääaineena fysiikka. Hän aloitti tohtorikoulutettavana syksyllä 2014 ja työskenteli vuodet 2017 ja 2018 Vilho, Yrjö ja Kalle Väisälän rahaston henkilökohtaisella apurahalla
FM Emmi Pohjolaisen fysiikan väitöskirjan "Atomistic Simulation View on Gold Nanocluster Functionalities via Ligand Shell Dynamics" tarkastustilaisuus on 14.6.2019 kello 12-15 FYS1-salissa fysiikan laitoksella. Vastaväittäjänä on professori Jaakko Akola (NTNU, Norja) ja kustoksena on akatemiaprofessori Hannu Häkkinen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Lisätietoja:
FM Emmi Pohjolainen, emmi.k.pohjolainen@jyu.fi
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi puh. 050 581 8351
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 mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Hiilidioksidia vapautuu järvistä yhä enemmän ilmastonmuutoksen edetessä17.6.2019 09:57:14 EEST | Tutkimus
Pohjoisen havumetsävyöhykkeen järvillä on merkittävä rooli hiilen kiertokulussa maapallolla. Pohjoisilla alueilla on paljon pieniä ja matalia järviä, joiden biologinen toiminta on vilkasta niihin valuma-alueilta tulevan orgaanisen aineen kuormituksen takia. Kun mikrobit hajottavat järvien veteen ja pohjasedimenttiin kertyvää orgaanista ainetta, monissa järvissä syntyy enemmän hiilidioksidia kuin veteen voi liueta, ja osa hiilidioksidista vapautuu ilmakehään.
Suomen suurin tiedetapahtuma on täällä jälleen!17.6.2019 07:00:00 EEST | Tiedote
Tiedetapahtuma Tutkijoiden yötä vietetään jälleen perjantaina 27.9.2019. Koko perheelle suunnattua, Suomen suurinta tiedetapahtumaa juhlitaan 11 paikkakunnalla samanaikaisesti. Tapahtuman aikana suuri yleisö pääsee tutustumaan tieteen ja tutkimuksen maailmaan tutkijoiden opastamana.
Kokkolan yliopistokeskus Chydeniuksen tutkijalle PoDoCo-rahoitus14.6.2019 10:17:19 EEST | Uutinen
Post Doc in Companies (PoDoCo) -verkosto myönsi merkittävän kaksivuotisen tutkijarahoituksen Tuomas Vielmalle.
Kuluttajan sitoutuminen on vajavaisesti ymmärretty ilmiö14.6.2019 07:00:00 EEST | Tutkimus
Liikkeenjohtajat ja tutkijat ovat erittäin kiinnostuneita kuluttajien sitoutumisesta, mutta käsitteeseen liittyy yhä paljon epäselvyyttä. Sitoutumiseen kannattaa pyrkiä, mutta sen mittaaminen on nykyisillä työkaluilla haastavaa.
Yläkouluikäisten nuorten tiedeleiri Konneveden tutkimusasemalla: porukalla ratkotaan luonnontieteiden ja matematiikan pulmia13.6.2019 14:21:33 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta järjestää 7.-9. luokan käyneille nuorille tiedeleirin Jyväskylän yliopiston Konneveden tutkimusasemalla 17.-19.6.2019.
Uudet matemaattiset menetelmät nostavat tekoälyn tehokkuuden uudelle tasolle13.6.2019 13:47:37 EEST | Tiedote
Ranskan tiedeakatemian jäsen, akateemikko Olivier Pironneau luennoi tänään Jyväskylän yliopiston kansainvälisessä konferenssissa kuinka matemaattiset menetelmät nostavat tekoälyn tehokkuuden uudelle tasolle, jolle esimerkiksi pelkällä ohjelmoinnilla ei päästä.
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 STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme