ERC Advanced Grant -miljoonarahoitus Jyväskylän yliopistoon – tutkimuskohteena nanopartikkelien ja biomolekyylien vuorovaikutukset
Jyväskylän yliopiston laskennallisen nanotieteen professori Hannu ä쾱Ա on alallaan kansainvälisesti tunnettu tutkija, joka on mallintanut metallinanopartikkelien rakennetta ja ominaisuuksia jo yli 20 vuoden ajan. Viime vuosina äen mielenkiintonsa on kohdistunut siihen, kuinka partikkelit vuorovaikuttavat biomolekyylien (esimerkiksi DNA ja proteiinit) kanssa ja kuinka vuorovaikutus muuttaa joko partikkelin tai biomolekyylin rakennetta ja ominaisuuksia siten, että syntyvää hybridirakennetta voitaisiin käyttää nanolääketieteen sovelluksissa.
Tavoitteena laskentamenetelmien tehokas yhdistäminen
ä쾱 ERC-projekti ”Dynamic Nanocluster – Biomolecule Interfaces” kohdistuu erityisesti vain muutaman nanometrin kokoluokkaa oleviin partikkeleihin, joiden atomirakenne tunnetaan kokeellisista tutkimuksista ja niille voidaan rakentaa atomitason tarkka malli. Supertietokoneita hyödyntävillä laskentamenetelmillä voidaan tutkia esimerkiksi kyseisen partikkelin elektronirakenteen ominaisuuksia. Toisaalta biomolekyylejä kuten DNA:ta ja proteiineja voidaan mallintaa esimerkiksi molekyylidynamiikka-menetelmillä. Haasteena on näiden hyvin erilaisten systeemien ja niihin liittyvien laskentamenetelmien yhdistäminen.
- Biomolekyylien olennaiset toiminnalliset rakennemuutokset tapahtuvat yleensä nopeimmillaan mikrosekuntien aikaskaalassa. Se on noin neljä tai viisi kertaluokkaa pidempi aika kuin pisin aika, jonka aikana voisimme simuloida partikkelin elektronirakenteessa tapahtuvia muutoksia, kun se on kiinnittynyt biomolekyyliin. ERC-projektini vastaa tää haasteeseen yhdistämällä koneoppimismenetelmiä aiemmin tunnettuihin simulointimenetelmiin, kuvailee professori Hannu ä쾱Ա projektin menetelmäosuutta.
Uusia ratkaisuja syövän hoitoon
Projektissa kehitettäviä laskentamenetelmiä tullaan käyttämään nanolääketieteeseen liittyviin sovelluksiin. Yksi sovelluksista liittyy metallinanopartikkelin käyttöön syövän fotodynaamisessa terapiassa, jossa partikkeli ”imee” energiaa siihen kohdistettavasta säteilystä ja tuhoaa syöpäsolun joko kuumentamalla sitä paikallisesti tai aikaansaamalla kemiallisia reaktioita solun pinnalla. Toinen sovellus liittyy nanopartikkelien käyttöön syöpälääkemolekyylien kantajina, sillä partikkelia suojaavaan molekyylikerrokseen voidaan lisätä ä lääkemolekyylejä että syöpäsoluja tunnistavia molekyylejä. Näin lääkemolekyylit kulkeutuvat oikeaan kohteeseen eivätkä vahingoita terveitä soluja.
- Tällaisista sovelluksista on jo saatu lupaavia tuloksia ”puhtaissa” laboratorio-olosuhteissa ja alustavissa mallinnuksissa, kertoo ä쾱Ա. Ongelmana on kuitenkin se, ettei vielä tiedetä, kuinka biologisessa ympäristössä olevat muut molekyylit kuten proteiinit tarttuvat metallipartikkelin pintaan ja kuinka ne vaikuttavat partikkelin toimintaan sellaisissa aikaskaaloissa, jotka ovat relevantteja biologisessa ympäristössä tapahtuvien muutosten kannalta. Tää ERC-projektini pyrkii tuomaan lisää ymmärrystä, jatkaa ä쾱Ա.
Globaalia yhteistyötä useassa maassa
ä쾱 tutkimus on pääosin supertietokoneita käyttävää laskennallista mallitusta, minkä vuoksi tarvitaan yhteistyötä kokeellista tutkimusta tekevien ryhmien kanssa. ERC-projektiin liittyvät yhteistyöverkostot ovat tällä hetkellä USA:ssa, Kanadassa, Tanskassa ja Singaporessa.
- Laskemamme ennusteet nanopartikkeli-biomolekyyli -hybridien mitattaville ominaisuuksille on testattava laboratoriokokeissa, jotta saamme tietoa menetelmiemme toimivuudesta ja ennustustemme luotettavuudesta, sanoo ä쾱Ա.
Kansainvälinen yhteistyö on parhaillaan hyvin kiinteää, ja kokeellisia tuloksia saadaan vertailtavaksi nopealla tahdilla.
- Laskennan ja kokeen antaman tiedon yhteensovittaminen ja siitä syntyvän uuden tiedon tuottaminen ongelmissa, joita kukaan ei ole vielä ratkaissut, on ollut intohimonani oikeastaan koko tutkijaurani ajan. Olenkin saanut tehdä työtä todella ison kansainvälisen kollegajoukon kanssa vuosien varrella ja niin odotan nytkin käyvän, iloitsee ä쾱Ա.
Usean tieteenalan arvostettu ammattilainen
Hannu ä쾱Ա on työskennellyt vuodesta 2007 äپ laskennallisen nanotieteen professorina Jyväskylän yliopiston fysiikan ja kemian laitoksilla ä nanotiedekeskuksessa. ä쾱 ٳٰܳ쾱ܲä on alallaan ٳä tunnettu ja arvostettu. äԱ ٱٲöܳ貹ԱԲ on ollut mm. kemian nobelisti Roger D Kornberg Stanfordista. Hän toimi Xiamenin yliopiston vierailevana professorina vuodet 2017–2021.
ä쾱Ա toimi akatemiaprofessorina kaudella 2016–2020. Vuodesta 2022 äپ ä on ollut Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan tutkimuksesta vastaava varadekaani. Vuosien 2012–2017 aikana ä toimi Jyväskylän yliopiston nanotiedekeskuksen پٱä johtajana. Suomalaisen Tiedeakatemian ä ä on ollut vuodesta 2015 alkaen.
Suomen Tiedeseura öԲ ä쾱 professori Theodor dzéԾ fysiikan palkinnon 쾱ٳää پٱä ansioista vuonna 2018. Samana vuonna tiedemaailman viittauksia seuraava Clarivate Analytics listasi ä쾱 yhdeksi viitatuimmaksi oman alansa tutkijaksi maailmassa, mikä kuvaa tutkijan työn merkitystä alan tiedeyhteisössä. Jyväskylän yliopisto on palkinnut ä쾱 Jyväskylän yliopiston tiedepalkinnolla vuonna 2011.
ERC Advanced Grants on Euroopan suurin henkilökohtainen tutkimusrahoitus. Rahoituksella tuetaan edistyneitä tutkijoita, jotka tavoittelevat uusia tieteen läpimurtoja. Rahoitusta myönnetään yhdelle hankkeelle enintään 3,5 miljoonaa euroa viiden vuoden ajaksi.
