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
Professori Neittaanmäki väitöskirjojen ohjauksen maailmanlaajuiseen TOP 3 joukkoon2.7.2020 16:13:14 EEST | Tiedote
Amerikkalainen matemaattisten tieteiden järjestö AMS (American Mathematical Society) on listannut 1300-luvulta lähtien yli 250 000 ohjattua väitöskirjaa matemaattisten tieteiden alalta. Vain kahdeksan henkilöä on saavuttanut 100 väitöskirjaohjauksen haamurajan.
Jyväskylän yliopiston asiantuntijoita Yhdysvaltojen politiikkaan1.7.2020 13:06:03 EEST | Tiedote
Kaipaatko asiantuntijaa Yhdysvaltojen politiikkaa ja tulevia vaaleja koskeviin teemoihin? Jyväskylän yliopiston tutkijoilta löytyy näihin teemoihin tieteellistä ja asiantuntevaa osaamista eri näkökulmista. Alla on listattu asiantuntijoita, joilta voit saada vastauksia kysymyksiisi.
Jyväskylän yliopiston kampuksen kentälle tekonurmi30.6.2020 14:12:09 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston Seminaarinmäen kampuksen kentälle rakennetaan parhaillaan tekonurmea. Se valmistuu heinäkuun puoliväliin mennessä.
Kulttuuri kohentaa viihtyvyyttä lähiöarjessa – Huhtasuo ja Keltinmäki tutkimuskohteina29.6.2020 13:27:17 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa käynnistyy tutkimushanke, joka selvittää kuinka kulttuuria voidaan käyttää kaupunkisuunnittelussa tukemaan lähiöiden positiivista kehitystä. Hanke tuottaa tietoa, jonka avulla voidaan edistää lähiöalueiden elinvoimaisuutta. Dosentti Kaisu Kumpulaisen johtama tutkimushanke on saanut 410 000 euron rahoituksen hallituksen Lähiöohjelmasta 2020-2022.
Jyväskylän yliopiston kasvatustieteet maailman huippua29.6.2020 10:20:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston kasvatustieteet sijoittui Shanghai Rankingin eri tieteenalojen kansainvälisessä yliopistovertailussa sijalle 36.
Lisääntynyt arjen aktiivisuus ei välttämättä paranna liikkumiskykyä tai lisää liikkumista ikäihmisillä26.6.2020 07:30:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopistossa toteutettiin tutkimus, jossa yksilöllistetyllä neuvonnalla pyrittiin lisäämään mielekästä aktiivisuutta iäkkäillä henkilöillä. Neuvonta lisäsi arjen aktiivisuutta hieman, mutta sillä ei ollut johdonmukaisia vaikutuksia liikkumiskykyyn tai fyysiseen aktiivisuuteen.
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