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
Väitös 31.8.2019: Laadukas musiikkikasvatus luo edellytykset talouskasvulle21.8.2019 08:00:00 EEST | Tiedote
Taloutta korostava koulutusajattelu työntää musiikkikasvatuksen marginaaliin, vaikka musiikin opiskelu kehittää myös talouskasvun kannalta tärkeitä taitoja.
Joka viides yhdeksäsluokkalainen on yksinäinen20.8.2019 07:30:00 EEST | Tiedote
WHO-Koululaistutkimuksen mukaan yksinäisyys yleistyy yläkoulun aikana nuorten kasvaessa. Yläkoulun alkaessa 14 % ja päättyessä 20 % nuorista kokee itsensä usein yksinäiseksi. Yksinäisyys on yleisintä yhdeksännen luokan tyttöjen keskuudessa, joista joka neljäs on hyvin tai melko usein yksinäinen. Yksinäisyys altistaa koululaisia oireilulle ja lääkkeiden käytölle.
Kävelyn tauottaminen ja hidastaminen voi auttaa ikääntynyttä jatkamaan ulkona liikkumista19.8.2019 07:30:00 EEST | Tiedote
Kävelyn mukauttaminen toimintakyvyn heikentyessä esimerkiksi kävelyn tauottamisella, liikkumalla hitaammin tai käyttämällä apuvälineitä tukee iäkkäiden ihmisten ulkona liikkumista. Tämä näkyy laajempana elinpiirinä ja tyytyväisyytenä ulkona liikkumisen mahdollisuuksiin. Tulokset kävivät ilmi Jyväskylän yliopiston liikuntatieteellisessä tiedekunnassa tehdyssä tutkimuksessa.
Albumiini virittää enteroviruksen tehokkaaseen infektioon – tieto auttaa viruslääkkeiden kehittämisessä16.8.2019 09:56:59 EEST | Tiedote
Enterovirukset ovat yleisimpiä ihmisiä infektoivia patogeenejä ja aiheuttavat vuosittain suuren määrän sekä akuutteja että kroonisia infektioita. Näiden virusten infektiomekanismeissa on vielä paljon tuntemattomia seikkoja. Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen ja Helsingin yliopiston yhteistutkimus toi merkittävää uutta tietoa albumiini-proteiinin ja solun vesikkeleissä olevien ionien roolista enteroviruksen perimän vapautumisessa isäntäsoluun. Tutkimustulokset voivat edistää uusien viruslääkkeiden löytämistä. Tutkimus julkaistiin Journal of Virology-julkaisusarjassa elokuussa.
Ilmoittautuminen Tutkijoiden yön koululaisohjelmaan käynnistynyt vilkkaana16.8.2019 08:00:00 EEST | Tiedote
Tervetuloa tieteen ja tutkimuksen maailmaan! Tutkijoiden yö 2019 saapuu jälleen Jyväskylän yliopistoon syyskuussa perjantaina 27.9.2019. Tutkijat avaavat ovensa suurelle yleisölle koko päivän kestävässä tapahtumassa, jossa tiedettä ja sen saavutuksia juhlistetaan yhdessä 11 paikkakunnan ja koko Euroopan kanssa.
Jyväskylän yliopisto paransi sijoitustaan Shanghain listalla15.8.2019 15:47:33 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopisto oli jälleen mukana ns. Shanghain listan yliopistovertailussa (Academic Ranking of World Universities ARWU), jossa se sijoittuu välille 501-600. Viimevuotinen sijoitus oli välillä 601-700. Vertailussa julkistettiin 500 maailman huippuyliopiston lisäksi lähellä listasijoitusta olevat yliopistot sijoilla 501-1000.
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