Kirsi-Maria Vakkilaisen päivät kuluvat kemiaa opettaen

mennessä | tammi 29, 2019 | Haastattelut, Henkilöt, Podcastit

”Työni suola on työskentely nuorten kanssa”, sanoo Kirsi-Maria Vakkilainen Olarin lukiosta

Kirsi-Maria Vakkilainen näyttää, kuinka värjätyt nesteet asettuvat kerroksittain tiheyden mukaan, raskain pohjalle.

Kemian ja matematiikan lehtori Kirsi-Maria Vakkilaisen päivät kuluvat vauhdikkaasti kemian teoriaa ja käytäntöä opettaen. Olarin lukiolle annettiin vuonna 2018 valtakunnallinen kehittämistehtävä luonnontieteissä ja osan viikkotyöajastaan Vakkilainen käyttää hankkeen koordinointiin.  

 

Kirsi-Maria Vakkilainen pukee välitunnilla valkoisen työtakin päälle ja kokoaa laboratorioon välineet seuraavaa oppituntia varten.

Luokkaan saapuu yksitoista Olarin lukion 2. luokan oppilasta tekemään kokeita omin käsin. Tällä kokeellisen kemian kurssilla kerrataan jo aiemmin opittuja teoria-asioita, mutta nyt itse kokeillen ja mitaten.
Tutkittavana ilmiönä on reaktiolämpö, joka määritetään kuparisulfaatin ja sinkin välisessä reaktiossa.

Kokeeseen tarvitaan sinistä kuparisulfaattiliuosta ja sinkkijauhetta.
Kokeessa saostuu ruskehtavanpunaista kuparia, jota hiukan näkyy lusikan oikealla puolella.

Kirsi-Maria Vakkilainen kertoo kemian opetuksesta.

Hälima Gharghour (vasemmalla), Santeri Paljakka (keskellä) ja Nuutti Tuulosniemi (oikealla) hakeutuivat Olarin lukioon hyvän luonnontiedeopetuksen vuoksi.

. Kokeellisen kurssin oppilaat Hälima Gharghour, Santeri Paljakka ja Nuutti Tuulosniemi pohtivat kemiaa ja omaa tulevaa oppialaansa.

Opettajaperheen tyttärestä tuli kemian opettaja

Kirsi-Maria Vakkilainen halusi alun alkaen proviisoriksi mutta päätyi kuitenkin kemian opiskelijaksi Helsingin yliopistoon.

Parin vuoden opintojen jälkeen hänelle selvisi, että hän halusikin ryhtyä opettajaksi. Näin siitäkin huolimatta, että opettajaperheen tyttärenä hän oli aiemmin ajatellut ettei opettajaksi ainakaan ryhtyisi.

Niinpä Vakkilainen hakeutui Kumpulassa kemian opettajankoulutukseen ja tunsi vihdoin oman alan löytyneen. Kun työpaikkaa tarjottiin Olarin luonnontiedepainotteisesta koulusta, tilaisuutta ei voinut jättää hyödyntämättä.

Matematiikan ja kemian lehtorina Vakkilainen on keskittynyt opettamaan kemiaa sekä yläasteella että lukiossa. Tällä hetkellä oppitunteja on lukiossa.

Vakkilaisen mielestä on hyvä keskittyä opettamaan yhtä oppiainetta.
”Silloin on paremmin selvillä kyseisen aineen sisällöissä ja pystyy niitä paremmin myös kehittämään”, hän perustelee.
Vakkilainen on ollut myös mukana laatimassa useita oppikirjoja.

Ensi syksynä Olarin lukio ja Pohjois-Tapiolan lukio siirtyvät Otaniemeen ja aloittavat Otaniemen lukiona. Vakkilainen odottaa toiveikkaana toimintaa Otaniemen kampuksella lähellä Aalto-yliopistoa.

 

Kirsi-Maria Vakkilainen kertoo, kuinka hän päätyi opettajaksi ja millaista työtä on kemian oppikirjojen laatiminen.

Valtakunnallinen kehittämistehtävä työllistää Vakkilaista

Olarin lukiolle on annettu valtakunnallinen kehittämistehtävä luonnontieteissä ja Vakkilainen koordinoi tätä toimintaa

 

Kirsi-Maria Vakkilainen kertoo luonnontieteiden kehittämistehtävästä

Kirsi-Maria Vakkilainen pohtii kemian imagoa.

Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Darolutamidi, lääke eturauhassyövän hoitoon

mennessä | tammi 7, 2019 | Haastattelut, Podcastit, uutiset

Darolutamidi-molekyyli näki päivänvalon jo kymmenisen vuotta sitten.

Miten syntyi darolutamidi, josta on tulossa uusi syöpälääke eturauhassyövän hoitoon?

”Lähdetään kuin legopalikoista rakentamaan lopullista molekyyliä, jossa kullakin molekyylinosalla on oma tehtävänsä”, näin kuvaa kehitystyötä johtanut Olli Törmäkangas Orionista. Viime lokakuussa Orion ilmoitti, että darolutamidin faasi III:n vaiheen kliininen tutkimus on saatu päätökseen. Tutkimuksessa testattiin darolutamidia etäpesäkkeettömän kastraatioresistentin eturauhassyövän hoitoon.
Olli Törmäkangas iloitsee siitä, että projektitiimissä tehty valtava työmäärä johtaa uuteen lääkkeeseen, joka helpottaa potilaiden elämänlaatua.
Orion on kehittänyt lääkettä yhteistyössä Bayerin kanssa mutta molekyyli on kehitetty Suomessa. Jatkossa se myös valmistetaan Suomessa Fermionin lääkeainetehtaalla. USA:n lääkeviranomainen FDA on myöntänyt lääkkeelle nopeutetun käsittelyprosessin ja näin ollen näyttäisi siltä, että lääke tulee ensimmäisenä Yhdysvaltojen markkinoille. Koordinoiva kemisti Olli Törmäkangas kertoo haastattelussa, miten lääkeainemolekyyli optimoitiin askel askeleelta tutkimustietoon perustuen. Kyseessä oli iteratiivinen prosessi, jossa valmistettiin yhteensä peräti noin 1200 erilaista molekyyliä. Kemistit askaroivat nämä molekyylikandidaatit käsityönä kolviensa ääressä, mikä oli valtava työmäärä.
Orion on kehittänyt lääkettä yhteistyössä Bayerin kanssa mutta molekyyli on kehitetty Suomessa. Jatkossa se myös valmistetaan Suomessa Fermionin lääkeainetehtaalla. USA:n lääkeviranomainen FDA on myöntänyt lääkkeelle nopeutetun käsittelyprosessin ja näin ollen näyttäisi siltä, että lääke tulee ensimmäisenä Yhdysvaltojen markkinoille. Koordinoiva kemisti Olli Törmäkangas kertoo haastattelussa, miten lääkeainemolekyyli optimoitiin askel askeleelta tutkimustietoon perustuen. Kyseessä oli iteratiivinen prosessi, jossa valmistettiin yhteensä peräti noin 1200 erilaista molekyyliä. Kemistit askaroivat nämä molekyylikandidaatit käsityönä kolviensa ääressä, mikä oli valtava työmäärä.
Lääkeainesynteesit tehdään kolveissa käsityönä, vetokaapissa.

Olli Törmakankaan haastattelu

h

Linkki Orionin tiedotteeseen

 

Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Professori Markku Leskelä – palkittu ALD-tutkimuksen pioneeri

mennessä | marras 27, 2018 | Haastattelut, Henkilöt, Podcastit

Markku Leskelä väitteli tohtoriksi Teknillisessä korkeakoulussa keväällä 1980. Loppuvuodesta tekniikan tohtori Tuomo Suntola otti yhteyttä Otaniemeen ja tästä yhteydenotosta käynnistyi tutkimus, joka jatkuu edelleen.
Professori Markku Leskelä istuu kemian laitoksella analyysilaitteiden äärellä, takana häämöttää alkuainetaulukko.
ALD osoittautui varsin inspiroivaksi ja ehtymättömäksi tutkimusaiheeksi, josta alkoi putkahdella lukuisia onnistumisia. Vuosina 2012-2017 Markku Leskelä johti Suomen Akatemian atomikerroskasvatuksen huippuyksikköä. Hänestä on tullut alansa johtava tutkija, jonka työ on huomioitu monin palkinnoin.
Alussa haasteena oli valmistaa elektroluminesenssikalvoja atomikerroskasvatuksella

Kun Markku Leskelä siirtyi Teknillisestä korkeakoulusta professoriksi Helsingin yliopistoon, hän vei mukanaan ALD-tutkimuksen. Alussa haasteena oli valmistaa elektroluminesenssinäyttöjä.
Seuraavassa podcastissa Markku Leskelä muistelee alkuaikojaan ALD:n kimpussa.

 

Professori Markku Leskelä muistelee alkuaikoja ALD:n kimpussa.

Elektroluminesenssinäyttöihin haluttiin eri värit, mutta niiden toteuttamisesta tulikin melkoinen haaste. Varsinkin sininen väri tuotti tutkijoille tuskaa. Lopulta ratkaisu löytyi yllättävältä suunnalta.

Markku Leskelä kertoo EL-värien haasteista.

Lopulta elektroluminesenssinäyttöjen tutkimuksesta luovuttiin Helsingin yliopistossa mutta tutkimus atomikerroskasvatuksen parissa ei suinkaan loppunut vaan jatkuu yhäkin.

Leskelän tutkimusryhmä on innovoinut lukuisia kiinnostavia ALD-kalvoja ja raportoinut tulokset kansainvälisissä tieteellisissä lehdissä.

Leskelän tutkimusryhmä on innovoinut lukuisia kiinnostavia ALD-kalvoja ja raportoinut tulokset kansainvälisissä tieteellisissä lehdissä.

Markku Leskelä kertoo sovelluksista ja tämän hetken kuumasta tutkimusaiheesta.

Atomikerroskasvatuksena tunnetun menetelmän kehitti fyysikko, tekniikan tohtori Tuomo Suntola, joka ”kemian piirin ulkopuolelta” löysi nerokkaan konstin valmistaa pinnoille atomaarisia kerroksia kemiallisten reaktioiden avulla. Suntola palkittiin työstään Millennium-teknologiapalkinnolla vuonna 2018.
Jo aiemmin venäläiset tutkijat Koltsov ja Aleskovskii Leningradin teknillisessä yliopistossa olivat 1960-luvulla tutkineet atomikerroskasvatuksen periaatteita, mutta heidän venäjänkielisistä julkaisuistaan ei kantautunut tietoa Suomeen.

Tuomo Suntola kutsui atomikerroskasvatusta nimellä atomikerrosepitaksia eli ALE. Fyysikot eivät oikein hyväksyneet nimeä, ja niinpä Markku Leskelä teki uuden nimiehdotuksen joka sitten vakiintuikin käyttöön.

Fyysikko Tuomo Suntola löysi uuden tavan tehdä kemiaa. Kuinka nimi lopulta muutettiin? Markku Leskelä kertoo.

STEM-mikroskooppikuvassa atomikerroskasvatuksella tehtyä SnS2-rakennetta eli tinasulfidia, joka näkyy kuvassa vaaleana kerroksena. Kuva Markku Leskelä, Miika Mattinen/Helsingin yliopisto.
Neljän nanometrin paksuista SnS2 -eli tinasulfia ALD:lla toteutettuna.
Kuva: Markku Leskelä ja Miika Mattinen, Helsingin yliopisto.
Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Lisää aiheesta:

http://axial.acs.org/2018/08/22/ald-pioneer-markku-leskela/

https://www.acadsci.fi/vk/2014/kunniapalkinto2014.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_layer_deposition

Nanohiukkanen vie lääkeaineen kohdesoluihin – radioleimatun hiukkasen kulkua voidaan seurata

mennessä | marras 27, 2018 | Haastattelut, Podcastit, uutiset

Helsingin yliopiston ja Turun yliopiston yhteistyönä pienestä nanohiukkasesta on räätälöity lääkeaineen kuljetin, jonka liikkumista elimistössä voidaan seurata PET-kameralla. Menetelmä kelpaa kliiniseen käyttöön, vaikkapa syöpälääkkeen tehon arviointiin. 
Apulaisprofessori Anu Airaksinen hiukkaskiihdyttimen äärellä. Kiihdytimellä valmistetaan radionuklideja.
Huokoisen piinanohiukkasen on innovoinut professori Jarno Salosen tutkimusryhmä Turun yliopistossa. Apulaisprofessori Helder Santos Helsingin yliopiston farmasian tiedekunnassa on tutkinut, kuinka nanohiukkaseen saadaan pakattua mahdollisimman suuri lääkeainemäärä. Santosin ryhmässä hiukkasen pintarakennetta on myös jalostettu niin, että se hakeutuu haluttuun paikkaan elimistössä kuten syöpäkudokseen. Apulaisprofessori Anu Airaksisen radiokemian tutkimusryhmä Helsingin yliopistossa on syventynyt radioleimaukseen, jota tarvitaan hiukkasen kulunseurantaan. Kyse on teranostiikan tutkimusalasta, jossa diagnostiikka ja terapia on kytketty samaan kemialliseen rakenteeseen. Kun kyseiset tehtävät on pakattu nanohiukkaseen kuten tässä, puhutaan nanoteranostiikasta.

Apulaisprofessori Anu Airaksinen johdattelee teranostiikan tutkimusalueeseen.

Piinanohiukkasesta jalostuu kemistin konstein lääkeaineen nanokuljetin

Huokoinen piinanohiukkanen ei kelpaa kuljettimeksi sellaisenaan vaan siitä jalostetaan kuljetin kemiallisin konstein. Hiukkasen huokosrakennetta muokataan niin, että lääkeaine pysyy huokosissa kuljetuksen ajan. Hiukkasen pinnalle kerrostetaan molekyylejä, jotka huolehtivat siitä ettei elimistö tunnista ja hyljeksi pikkukuljetinta. Pintaa kuorrutetaan myös kemiallisin tunnistimin, jotka takaavat hiukkasen matkaavan kohdekudokseen eikä muualle elimistöön. Biokemialliset tunnistimet valitaan sovelluksesta riippuen, kohdekudoksen mukaan. Näiden käsittelyjen jälkeen hiukkanen on valmis töihin.  

Anu Airaksinen kertoo piihiukkasen räätälöinnistä.

Radioleiman ansiosta hiukkasen liikkumista voidaan seurata

Tutkijat haluavat olla varmoja siitä, että nanokuljetin hakeutuu elimistössä kohdekudokseen. Niinpä apulaisprofessori Anu Airaksisen tutkimusryhmä on innovoinut kulunseurantaan erilaisia radioleimausmenetelmiä, joiden ansiosta kuljettimen etenemistä elimistössä voidaan seurata esimerkiksi positroniemissiotomografian eli PET-kameran avulla.  

Anu Airaksinen kertoo radioleimausmenetelmistä ja kuvantamisesta. Tutkijat näkevät, tunkeutuuko nanolääke syöpäkudoksen sisäosiin.

Vuonna 2008 alkanut yhteistyö on edistynyt hyvin. Anu Airaksinen pitää lupaavimpana ja hienostuneimpana pienimolekyylisen radioleimatun jäljittimen käyttöä. Kun jäljitin annostellaan elimistöön, se etsii nopeasti nanokuljettimen ja reagoi sen kanssa kemiallisesti. Kuljetin saa reaktiossa radioleiman ja sen paikka nähdään PET-kameran kuvasta. Menetelmällä on hyvät edellytykset kliiniseen käyttöön, koska sairaaloissa on valmiina tarvittava infrastruktuuri.

Anu Airaksinen kertoo lupaavasta menetelmästä, jossa lääkkeellä ladattu nanokuljetin jäljitetään pienmolekyylisen radioleimatun yhdisteen avulla.

Reaktori radiokemistin tarpeisiin, kun kemiallisiin reaktioihin käytetään radionuklideja. Reaktori on suojakaapissa ja reagoivat aineet lisätään reaktioastiaan ulkopuolelta ohjaten.

Radiokemian yksikössä on oma hiukkaskiihdytin

Tutkimuksen vaatimia lyhytikäisiä radionuklideja valmistetaan hiukkaskiihdyttimessä Helsingin yliopiston radiokemian yksikössä. Anu Airaksinen laittaa valkoisen laboratoriotakin päälle ja suuntaa kiihdyttimen äärelle esittelemään nuklidien valmistusta.

Anu Airaksinen kertoo radionuklidien valmistuksesta kiihdyttimen äärellä. Kiihdyttimessä tuotetaan fluori-18 –radionuklidia, jonka puoliintumisaika on 2 tuntia ja C-11 –nuklidia, jonka puoliintumisaika on 20 minuuttia.

Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Tutkimusaiheena Millennium-palkittu atomikerroskasvatus

mennessä | elo 22, 2018 | Haastattelut, Podcastit, uutiset

Nykypuhelimien suorituskyky pohjautuu suomalaiskeksintöön, josta puolijohdeteollisuus on tullut riippuvaiseksi. Mikko Ritala kehittää ALD-menetelmää eteenpäin Tuomo Suntolan ja Markku Leskelän jalanjäljissä.
Mikko Ritala tuli opiskelijana Helsingin yliopistoon vuonna 1991, kun professori Markku Leskelä oli käynnistämässä aivan uutta tutkimusta. Leskelä halusi syventyä Tuomo Suntolan kehittämään atomikerroskasvatukseen eli ALD-menetelmään.

Seuraavana vuonna kemian laitos sai ensimmäisen ALD-laitteen, jolla Ritala teki väitöstutkimuksensa. Professorina hän jatkaa yhä atomikerrosten parissa. Tutkimus Helsingin yliopistossa on jatkunut jo kaksikymmentäseitsemän vuotta.

”Tässä on yhä aika paljon savottaa tehtävänä. Avoimia kysymyksiä tuntuu olevan paljon enemmän kuin aloittaessani vuonna 1991”, Ritala naurahtaa.

Tekniikan tohtori Tuomo Suntola palkittiin ALD-keksinnöstään toukokuussa 2018 miljoonan euron Millennium-teknologiapalkinnolla. Keksintö syntyi jo 1970-luvulla litteiden elektroluminesenssinäyttöjen valmistukseen.

Kului vuosikymmeniä ennenkuin menetelmä löi itsensä läpi teollisuudessa. Tänä vuonna aika oli kypsä teknologiapalkinnolle, koska puolijohdeteollisuus on tullut riippuvaiseksi Suntolan keksinnöstä. ALD:tä käytetään mikropiirien valmistukseen matkapuhelimien mikropiirien valmistukseen litografisten menetelmien ohella, ja juuri Suntolan keksintö on mahdollistanut esimerkiksi nykypuhelimien suorituskyvyn.

”ALD:n ansiosta piireille voidaan sijoittaa suuri määrä komponentteja, ja samalla laskentateho sekä muistikapasiteetti kasvavat huomattavasti. Muitakin menetelmiä tarvitaan mutta ALD on keskeinen”, Mikko Ritala kertoo.

Puolijohdeteollisuus on menetelmän suurkäyttäjä mutta sovelluksia on muillakin aloilla. Jopa koruja ja kolikoita on pinnoitettu Suntolan menetelmällä.

ALD:tä valmistuksessa hyödyntävien tuotteiden markkinat ovat nykyisin 500 miljardin euron luokkaa ja ALD-laitteidenkin markkinat yhdestä kahteen miljardia euroa.

ALD-laitteessa halutulle pinnalle kuten piikiekolle kerrostetaan atominpaksuisia kerroksia päällekkäin. Atomit peittävät pinnan kauniisti, asettuen vieri viereen, ja uusi kerros valmistetaan edellisen päälle.

Pinnoitettava kappale asetetaan reaktoriin, johon syötetään ensimmäinen lähtöaine höyrytilassa. Molekyylit kiinnittyvät kappaleen pintaan, ylimäärä lähtöainetta huuhdellaan pois ja toinen lähtöaine syötetään kammioon. Pinnassa kiinni olevat molekyylit reagoivat toisen lähtöaineen kanssa. Tapahtuu kemiallinen reaktio, jossa molekyylinosia irtoaa pois.

Reaktion jälkeen pintaa peittää tasainen kerros haluttua yhdistettä. Reaktiovaiheita voidaan toistaa loputtomasti ja kasvattaa pinnoitteen paksuutta.

Klassisessa esimerkissä reaktoriin on syötetty sinkkikloridia, joka reagoi rikkivedyn kanssa siten että syntyy sinkkisulfidia, joka peittää lasisubstraatin pinnan.

Mikko Ritala työskentelee Kumpulassa Helsingin yliopiston kemian laitoksella.
ALD:n tutkimus on aktiivista

Kumpulassa Helsingin yliopiston kemian laitoksella ALD-laitteita on laboratoriossa vieri vieressä, mutta silti kymmenelle laitteelle on suorastaan jonoa. ALD on ollut aiheena ainakin kahdessakymmenessä väitöskirjassa, ja samalla yliopisto on kouluttanut alan osaajia Suomeen.

 

Kuuntele Mikko Ritala yksi: Millainen on ALD-laite ja miten atominpaksuisia kerroksia rakennetaan?

Tutkijat selvittävät, miten kemian avulla voidaan valmistaa erilaisia kalvoja eri tarpeisiin. Kemiallisten reaktioiden mekanismejakin on tutkittu käyttäen apuna kvartsikidemikrovaakaa ja massaspektrometriaa.

”Kun kalvo kasvatetaan kvartsikidemikrovaa´an päälle, mikrovaaka näyttää suoraan, kuinka kalvon massa muuttuu reaktion edetessä. Kun pintaan tuodaan lähtöainemolekyyli, kalvon massa kasvaa, ja kun kemiallinen reaktio tapahtuu ja molekyylinosia irtoaa, massa hiukan pienenee. Kun tätä toistetaan useita kertoja, massanmuutoksista voidaan päätellä, missä muodossa lähtöainemolekyyli tarttui pintaan”, Mikko Ritala kertoo.

”Massaspektrometrilla puolestaan nähdään, millaisia yhdisteitä kaasufaasi sisältää syklin eri vaiheissa, ja tästä nähdään, missä vaiheessa mitkäkin molekyylinosaset irtosivat lähtöaineesta”.

Helsingin yliopiston kemian laitoksella on  kymmenen ALD-laitetta, mutta silti laitteille on  jonoa.
Uusia haasteita ALD-tutkimuksessa

ALD:ssa kalvo muodostuu pinnoitettavan kappaleen kaikille pinnoille. Tästä on mikroelektroniikassa joskus jopa haittaa, koska kalvo joudutaan jatkotoimenpiteitä varten poistamaan osasta pintaa.

”Poistaminen litografialla on varsin kallista, työlästä ja vaatii erittäin suurta tarkkuutta, kun komponenttien viivanleveydet ovat alle 10 nanometriä. Kukin kalvokerros täytyy myös linjata toisten kalvokerrosten suhteen jopa yhden nanometrin tarkkuudella, joten epäonnistumisen riski on suuri”, Ritala kertoo.

Niinpä tutkijat etsivät konsteja, joilla ALD-pinnoite kasvaa vain sellaisiin pinnan osiin, joissa se on tarpeen.

”Kun pinta sisältää eri materiaaleja kuten piitä, eristeoksidia ja metallia, niin tavoitteena on kasvattaa ALD-kalvo vain yhdelle näistä tarpeen mukaan”.

Kemistit etsivät nyt sellaisia lähtöaineita, jotka reagoivat vain halutun pinnanosan kanssa. Osa pinnasta voidaan myös passivoida, jolloin se ei lainkaan reagoi lähtöaineiden kanssa.

Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Kuuntele Mikko Ritala kaksi: Miten paikkaselektiivisyys toteutetaan?

Kuuntele Mikko Ritala kolme: Uusia tutkimussuuntia ovat orgaaniset reaktiot ja erilaisten hybridimateriaalien kerrostaminen.

Löytyisikö pihkasta uusi antibiootti?

mennessä | elo 22, 2018 | Haastattelut, Podcastit, uutiset

Jo kansanperinteestä tiedetään, että pihka tappaa bakteereita ja ehkäisee tulehduksia. Pihkalla on hoidettu haavoja jo vuosisatoja, joten kenties siitä löytyy uusi antibiootti.
Professori Jari Yli-Kauhaluoma Helsingin yliopistosta on sen verran pihkassa pihkaan että on ryhmineen jo vuosia syventynyt pihkan kemiaan.

”Halusimme penkoa pihkan yhdisteitä, jotka tuhoavat stafylokokkibakteereja ja selvittää, voisiko niistä kemian avulla muokata vielä tehokkaampia”, Yli-Kauhaluoma kertoo.

Tutkimuksen tavoitteena on löytää uusi antibioottiaihio. Uusille antibiooteille on hurja tilaus, koska osa tauteja aiheuttavista bakteereista on muuttunut vastustuskykyisiksi käytössä oleville antibiooteille.

”Viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana on tullut markkinoille vain kaksi rakenteeltaan uutta antibioottiaihiota. Lääketeollisuus ei ole investoinut juurikaan niiden kehittämiseen, mikä johtuu siitä, että potilas ei tuota tulovirtaa lääkeyhtiölle infektiosta parannuttuaan”.

Täällä tutkitaan pihkan kemiaa.
Dehydroabietiinihappo osoittautui hyväksi lähtöaineeksi

Havupuupihkalle tyypillisten haihtumattomien yhdisteiden, abietiinihapon ja dehydroabietiinihapon on todettu tuhoavan bakteereiden muodostamaa biofilmiä.

Ne eivät myöskään ole nisäkässoluille myrkyllisiä.

Yli-Kauhaluoman tutkimusryhmä päätti tutkia, voiko niistä kenties kehittää synteesikemian konstein vieläkin tehokkaampia bakteerien tuhoajia. Kahdesta vaihtoehdosta jatkojalostukseen valikoitui dehydroabietiinihappo parempien ominaisuuksiensa vuoksi.

”Se on suhteellisen pysyvä, sitä on helppo käsitellä ja muokata kemiallisesti. Myös mikrobiologisissa kokeissa sen teho osoittautui lupaavaksi stafylokokkibakteeria vastaan”, Yli-Kauhaluoma perustelee.

Ryhmässä tiedettiin, että osa antimikrobisista peptideistä sisältää rakenneosanaan D-alaniini-nimistä aminohappoa. Niinpä tutkijat tekivät hybridimolekyylejä, amidijohdannaisia, antamalla dehydroabietiinihapon reagoida yksinkertaisten aminohappojen tai vaihtoehtoisesti erilaisten luonnollisten tai keinotekoisten dipeptidien kanssa.

”Iloksemme havaitsimme, että jotkut näistä hybridimolekyyleistä olivat alkuperäistä dehydroabietiinihappoa tehokkaampia stafylokokkibakteeria ja sen muodostamaa biofilmiä vastaan”.

Luonnossa, kuten ihmiselimistössä bakteerit muodostavat suojakseen biofilmiä, jonka läpi antibiootti ei pääse tunkeutumaan. Tuttu esimerkki biofilmistä on hampaiden pinnalle kertyvä plakki. Biofilmiä voi syntyä myös tekonivelien päälle.

”Muutamat hybridimolekyyleistämme tuhosivat stafylokokkibakteerin muodostaman biofilmin lähes sataprosenttisesti ja estivät sitä kasvamasta tai muodostumasta uudelleen”, Yli-Kauhaluoma iloitsee.

Hybridimolekyylien soveltuvuutta biofilmien tuhoamiseen on jo tutkittu Farmasian tiedekunnan farmaseuttisen biologian osastossa. Yli-Kauhaluoman ryhmässä taas keskitytään parantamaan hybridimolekyylien ominaisuuksia kuten tehoa, turvallisuutta ja liukoisuutta.

”Voimme parantaa valmistettujen aineiden liukoisuutta kehittämällä formulaatioita tai käyttämällä nanopartikkeleita tai mikronointia”.

Synteesituote
Antibioottiaihioita kartoitetaan jätevesiprosesseista ja kompostista

Perinteisesti uusia antibiootteja on etsitty luonnosta, kuten maanäytteistä, sädesienten tuottamista sekundäärimetaboliiteista, homeista ja pieneliöistä, mutta suurelta osin luonto on edelleenkin tässä suhteessa kartoittamaton aarreaitta.

”Syvän meren organismeja, merten pieneliöitä, bakteereita ja muita mikrobeja tunnetaan varsin vähän. Ei tiedetä, millaisia sekundäärimetaboliitteja tai pienmolekyylisiä yhdisteitä ne tuottavat ja mitkä niistä olisivat antibioottisesti hyödynnettäviä”, Yli-Kauhaluoma pohtii.

Aivan uusi aluevaltaus antibiootin etsinnässä ovat jätevesiprosessit ja komposti. Kuulostaa yllättävältä mutta Suomen Akatemia rahoittaa tutkimushanketta, jossa syynätään antibioottisesti vaikuttavia aineita kunnallisen jätevedenpuhdistamon prosesseista.

Kompostit sisältävät erilaisia bakteereita ja muita mikrobeja, jotka kilpailevat elinoloista keskenään ja tuottavat kemiallisia aineita kilpailijoidensa tuhoamiseksi. Ehkäpä niiden joukossa on myös uuden antibiootin aihio.

Kuuntele PODCAST/Professori Jari Yli-Kauhaluoma kertoo jätevesiprosessin ja kompostin tutkimushankkeesta.

Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Professori Jari Yli-Kauhaluoma kertoo jätevesiprosessin ja kompostin tutkimushankkeesta.