Väitös: Edistyneet fluoresenssikuvantamismenetelmät auttavat ymmärtämään lääkkeiden kiteytymistä ja lääkekantajien toimintaa

Lääketieteellisessä tutkimuksessa etsitään jatkuvasti herkempiä ja hellävaraisempia menetelmiä monimutkaisten näytteiden, kuten solujen, kudosten ja lääkevalmisteiden, tutkimiseen. Monet laajalti käytetyt menetelmät, kuten konfokaalimikroskopia, perustuvat fluoresenssin intensiteettiin.

– Intensiteettiin perustuvat fluoresenssimenetelmät ovat herkkiä fluoresoivien väriaineiden paikallisille pitoisuuksille ja voivat kärsiä monista näytteen ulkoisista tekijöistä, kuten valon sironnasta. Väitöskirjassani olen siksi käyttänyt menetelmiä, joissa hyödynnetään myös jotain muuta ulottuvuutta, kuten fluoresenssin elinaikaa, kertoo Kaisa Rautaniemi.

Väitöskirjassaan Rautaniemi tutki kiinteitä lääkevalmisteita ja solunulkoisten vesikkelien välittämää lääkeaineen kuljetusta soluissa kahdella edistyneellä kuvantamismenetelmällä: aikaerotteisella fluoresenssimikroskopialla (fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM) ja nanopartikkelien videokuvantamisella. FLIM kuvaa fluoresenssin vaimenemiskäyrän jokaisessa mikroskooppikuvan pikselissä, mikä antaa pelkkää intensiteettiä enemmän tietoa fluoresoivan aineen ympäristöstä. Videokuvantamisessa taas yksittäisten partikkelien liikeratoja kuvataan korkealla aika- ja paikkaresoluutiolla, minkä ansiosta partikkeleiden liikkeitä voidaan analysoida hyvin tarkasti.

– FLIM osoittautui herkäksi menetelmäksi havaitsemaan kiinteän lääkevalmisteen varhaiset kiteytymisen vaiheet, mikä auttaa ymmärtämään kiteytymisen mekanismeja paremmin ja siten kehittämään paremmin säilyviä lääkevalmisteita, Rautaniemi toteaa.

Menetelmät tuovat uutta tietoa lääkekantajien solunsisäisestä kulkeutumisesta

Toinen väitöskirjan tutkimuskohde oli solunulkoiset vesikkelit, jotka ovat elimistön luontaisesti tuottamia nanopartikkeleita ja joiden soveltamista kohdennettuun lääkeainejakeluun on tutkittu viime vuosina paljon. Lääkekantajia käyttämällä voidaan kohdentaa lääkkeiden annostelua elimistössä tarkemmin ja siten esimerkiksi vähentää lääkkeiden haittavaikutuksia.

– Väitöskirjani keskeiset tulokset liittyvät menetelmiin: näytän, millaista tietoa lääkekantajista voidaan käyttämilläni menetelmillä saada. FLIM-tulosten perusteella syöpälääke paklitakseli sitoutui lääkekantajaan pakattuna eri kohteeseen kuin ilman lääkekantajaa. Videokuvantamisella havaittiin, että vesikkelit liikkuvat solun sisällä melko samalla tavalla kuin synteettiset nanopartikkelit. Nostan esiin myös asioita, jotka voivat vaikuttaa tulosten luotettavuuteen. Esimerkiksi vesikkelien fluoresoivaksi värjääminen on tulosten kannalta kriittinen askel, ja toisaalta videokuvantamisessa tulee saavuttaa riittävä resoluutio, jotta tiettyjä vuorovaikutuksia voidaan tunnistaa, Rautaniemi tiivistää.

Tampereen teknillisestä yliopistosta diplomi-insinööriksi valmistumisen jälkeen Rautaniemi aloitti tohtoriopinnot dosentti Elina Vuorimaa-Laukkasen ja professori Timo Laaksosen Supramolecular chemistry of bio- and nanomaterials -ryhmässä. Syksyllä 2022 hän siirtyi Turun Biotiedekeskuksen Cell Imaging and Cytometry -yksikköön ja jatkaa siellä monipuolisesti mikroskopian parissa työskentelyä.

Väitöstilaisuus perjantaina 9. kesäkuuta

Diplomi-insinööri Kaisa Rautaniemen väitöskirja Advanced Fluorescence Microscopy for Pharmaceutical Studies tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 9.6.2023 klo 12 Hervannan kampuksen Konetalon auditoriossa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Marc Schneider Saarlandin yliopistosta. Kustoksena toimii dosentti Elina Vuorimaa-LaukkanenTampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.