Hiilinanoputket ovat äärimmäisen pieniä sylintereitä, mutta ne ovat samalla terästä vahvempia ja niillä on poikkeukselliset sähkönjohtamisominaisuudet. Luomalla optimimittaisia hiilinanoputkia tutkijat pystyvät ohjaamaan sitä, mihin suuntiin hermosolut kasvavat, mikä tehostaa monimutkaisen ja suunnatun hermosoluverkoston muodostumista.

Tämä merkittävä tulos on äskettäin julkaistu Springer Nature -kustantamon vaikutusvaltaisessa Nano Research -aikakausjulkaisussa avoimena artikkelina Carbon nanotube micropillars trigger guided growth of complex human neural stem cells networks. Kyseessä on kansainvälinen, poikkitieteellinen tutkimusjulkaisu, joka on erittäin arvostettu nanotieteen ja nanoteknologian tiedeyhteisössä.

Neurotiede tutkii hermojärjestelmän rakennetta ja toimintaa solu- ja molekyylibiologiasta hermojärjestelmään liittyviin tauteihin kuten Alzheimerin tautiin ja selkäydinvaurioihin. Vaikka hermohäiriöihin liittyvissä tutkimuksissa on saavutettu edistysaskeleita ja tehokkaaseen hoitoon on kehitetty uusia menetelmiä, alalla on yhä monia haasteita selvitettävänä ja tuntemattomia asioita ymmärrettävänä. Nanotekniikalla on osoitettu olevan tärkeä osa neurotieteen edistyksen vauhdittamisessa.

Selkäydin- ja ääreishermostovammoihin uusia hoitomenetelmiä

Hiilinanoputkia on tutkittu yli 25 vuotta, mikä on vaikuttanut merkittävästi nanotekniikan nykyisiin edistysaskeliin. Periaatteessa esimerkiksi kaikkien elektronisten laitteiden, kuten tietokoneiden ja matkapuhelinten, komponenteissa on nanoputkia. Hiilinanoputkien suosituin käyttötarkoitus on rakenteellinen lujitus esimerkiksi polkupyörien rungoissa ja tennismailoissa. Mahdollisuus hallita hermosolujen kasvua avaa uusia mahdollisuuksia neurotieteeseen.

Tutkimustulosten potentiaalinen sovellus liittyy selkäydin- ja ääreishermostovammojen uusiin hoitomenetelmiin. Tämäntyyppisissä vammoissa haasteena on hermosolujen kasvattaminen tiettyyn suuntaan.

-Tuloksemme osoittavat, että kun hiilinanoputkien mikropilarit järjestetään tietyin välein, hermosolujen ulokekasvua voidaan suunnata mihin tahansa haluttuun muotoon. Tämän tutkimuksen haittapuolena klinikoiden kannalta on, että hiilinanoputket ovat kiinni jäykässä pinnassa. Seuraavaksi tarkoituksenamme on siirtää tämä tietämys monimutkaisiin 3D-rakenteisiin. Tämä työ suoritetaan yhdessä Tampereen yliopiston professori Minna Kellomäen kanssa, jolla on kokemusta hydrogeeleistä kudostekniikassa. Yhteistyö monitieteellisessä tutkimuksessa on äärimmäisen tärkeää, jos haluaa edistyä soveltavassa tieteessä, toteaa projektia johtava tutkija dosentti Gabriela Lorite Yrjänä.

Olennaista on uudentyyppisten mikroelektroniikkamatriisien luominen soluverkoston sähköfysiologian tutkimiseen. Nykyiset mikroelektroniikkamatriisit, joiden avulla tutkitaan hermosolujen kommunikointia, on laadittu 2D-ympäristöön, kun taas ihmiskehossa ne kasvavat paljon monimutkaisemmassa 3D-ympäristössä. Tutkijoiden artikkelissa esittämät tulokset osoittavat, että hiilinanoputkien mikropilareita voidaan käyttää malleina 3D-mikroelektroniikkamatriisien luomisessa. Tässä työssä yhteistyökumppaneina ovat Tampereen yliopiston dosentti Susanna Narkilahti sekä tutkijatohtori Laura Ylä-Outinen, jolla on kokemusta sähköfysiologian mittauksista ja hermosoluista.

Neurotieteen sovelluksen ohella Lorite Yrjänä ja hänen tiiminsä ovat myös omistautuneet hiilinanoputkien käyttöön rustojen korjaamisen mahdollistamiseksi. Tämä tutkimusaihe on osa RESTORE-projektia, joka saa rahoitusta Euroopan unionin tutkimuksen ja innovoinnin Horisontti 2020 -ohjelmalta.

-Tutkijana minulla on hyvin monitieteellinen tausta. Opiskelin ensin fysiikkaa ja aloin sitten soveltaa materiaalitieteen lähestymistapoja biologisten järjestelmien tutkimiseen, minkä jälkeen työskentelin kaksi vuotta Oulun yliopiston silloisella Anatomian ja solubiologian laitoksella. Kun aloin työskennellä Oulussa professori Krisztian Kordasin kanssa, sain tilaisuuden oppia lisää hiilinanoputkista. Minua alkoi kiehtoa ajatus hiilinanoputkien ominaisuuksien tutkimisesta lääketieteen kannalta, ja aloin hakea rahoitusta tälle tutkimusaiheelle.

-Tämä artikkeli on syntynyt Suomen Akatemian rahoittaman InjectGuide-projektini tuloksena. Artikkelimme hyväksyminen arvostettuun julkaisuun on ilman muuta merkki tunnustuksesta, mutta tavoitteeni tieteessä on tuoda tämä tietämys yhteiskunnan avuksi ja maksaa näin takaisin investointi, jota saamme rahoituslaitoksilta, kuten Suomen Akatemialta ja Euroopan komissiolta, kertoo Gabriela Lorite Yrjänä.