Video: Hélder Santos tekee täsmätoimituslääkkeitä huokoisesta piistä

Video: Hélder Santos tekee täsmätoimituslääkkeitä huokoisesta piistä

Tämänvuotinen Suomen Akatemian Akatemiapalkinto yhteiskunnallisesta vaikuttavuudesta annettiin viime torstaina portugalilaissyntyiselle, Helsingin yliopiston Viikin kampuksella apulaisprofessorina toimivalle dosentille, akatemiatutkija Hélder Santosille.

27.11.2016

Hän on erikoistunut työryhmineen lääketieteelliseen nanoteknologiaan – monitieteelliseen tutkimukseen, jonka tavoitteena on kehittää uudenlaisia täsmälääkkeitä.

“Olen pohjimmiltani kemisti, sillä kiinnostuin siitä jo nuorena ja menin lukemaan alaa Porton yliopistoon”, kertoo Hélder.

Hän valmistui sieltä vuonna 2003, minkä jälkeen hän halusi erikoistua fysikaaliseen kemiaan, eli katsomaan kemiaa fyysikon näkökulmista ja fysiikan menetelmin.

Koska tämä ei ollut mahdollista Portossa, hän etsi sopivia yliopistoja, ja päätyi Suomeen, Aalto-yliopistoon. Vuonna 2003 se tosin oli vielä Teknillinen korkeakoulu. Viiden vuoden puristuksen jälkeen hän valmistui sieltä tohtoriksi vuonna 2007.

Sopiva tohtoritutkijan paikka löytyi Otaniemen sijaan Viikistä, Helsingin yliopiston Farmaseuttisen kemian ja teknologian osastolta.

Siellä Hélderin ura eteni raketin lailla, hänestä tuli vuonna 2009 akatemiatutkija ja nyt hänellä on nimeään kantava tutkimusryhmä.

“Yhdistämme työssämme siis kahta eri asiaa, lääketiedettä ja nanoteknologiaa”, selittää Hélder. “Teemme pieniä, huokoisia nanokokoisia kappaleita, jotka pystyvät toimittamaan lääkeainetta kehossamme juuri oikeaan paikkaan ja oikeaan aikaan – ja häviämään sen jälkeen kun ne ovat tehneet tehtävänsä.”

Hélder vertaa piistä rakennettuja nanopartikkeleitaan sokeripalaan: siihen laitetaan lääkeainetta, joka imeytyy sokeriin, ja sen jälkeen sokeripala itse sulaa pois, kun se on tehnyt tehtävänsä.

Nykyisin lääkkeet leviävät normaalisti tasaisesti joka puolelle kehoa, joten esimerkiksi maksaan vaikuttava lääkeaine vaikuttaa myös ihoon. Tämä voi saada aikaan sivuvaikutuksia, tai ainakin heikentää lääkkeen tehoa. Mikäli lääkeaine voitaisiin toimittaa vain siihen paikkaan, missä sen tulee vaikuttaa, voitaisiin käyttää uudenlaisia, parempia lääkeaineita, ja niitä tarvittaisiin vähemmän.

Lääkkeiden lisäksi merkkiaineiden täsmätoimituksella elimistön sisällä on suuri merkitys lääketieteelliselle kuvantamiselle – tulokset olisivat tarkempia, hinta putoaisi ja potilaan mukavuus paranisi sekä mahdolliset haittavaikutukset vähenisivät.

Kummastakin on erityistä hyötyä syöpien hoidossa, kun kuvannus ja lääkitseminen voidaan kohdentaa suoraan kasvainkudokseen.

“Pyrimme valmistamaan piistä juuri sopivanlaisia nanokokoisia kappaleita, jotta tietynlaiset lääke- tai merkkiaineet voivat kiinnittyä niihin. Niiden muodon ja koon tulee olla siis juuri sopivia, ja niiden rakenteen huokoinen.”

Nanokokoinen tarkoittaa noin 400 kertaa hiuksen paksuutta pienempää, eli kooltaan alle 200 nanometriä olevia kappaleita.

“Työmme on hyvin monitieteellistä, sillä tarvitsemme materiaalitieteilijöitä kehittämään ainetta, joka on huokoista ja liukenevaa; lääketieteilijöitä, jotka tekevät lääkkeen; sekä insinöörejä, jotka pystyvät yhdistämään nämä kaksi maailmaa.”

Hélder saa Akatemiapalkinnon yhteiskunnallisesta vaikuttavuudesta, koska hänen tutkimusryhmänsä kehittämällä tekniikalla voi olla hyvinkin suuria yhteiskunnallisia vaikutuksia. Lääkkeiden täsmätoimitus pelastaa ihmishenkiä, parantaa monien ihmisten elämän laatua ja vähentää hoitojen kustannuksia.

“Lisäksi lääkkeet tulevaisuudessa voivat olla henkilökohtaisesti suunniteltuja, jolloin ne toimivat parhaalla mahdollisella tavalla. Voit vain mennä apteekkiin, ja he antavat juuri sinulle suunniteltuja, täsmäkohdentuvia nanotekniikkaan perustuvia lääkkeitä.”

Viime aikoina tutkimusryhmäänsä johtava Hélder ei ole juurikaan tekemään itse tutkimusta, mutta hän ei valita. Hänen ryhmäänsä pyritään joka puolelta maailmaa, ja hän saa useita hakemuksia joka päivä – ja koska hän voi valita mielestään parhaimpia, on ryhmä hyvin kansainvälinen. Joukkoon mahtuu itse asiassa vain yksi suomalainen.

Tieto Akatemiapalkinnosta tuli Hélderille yllätyksenä: “Olen hyvin kiitollinen tästä huomionosoituksesta, mutta pitää muistaa, että me olemme tiimi. Tämä palkinto kuuluu kaikille täällä Viikin kampuksella!”

Tiedetuubin Jari Mäkinen on tehnyt yllä olevan esittelyvideon Suomen Akatemialle.

Uudenlaista optiikkaa: piipilarien muodostama metapinta

Metapintalinssi

Litteät linssit ovat olleet Tiedetuubissa esillä aiemminkin, mutta nyt kehitetyssä optiikassa on luovuttu perinteisestä lasistakin. NASAn JPL:ssä (Jet Propulsion Laboratory) ja Caltechissa (California Institute of Technology) on kehitelty lattalinssi, jolla valoa voidaan manipuloida aiemmin hankalina tai peräti mahdottomina pidetyillä tavoilla.

Uudenlainen optiikka perustuu piistä tehtyihin nanopilareihin, jotka muodostavat hunajakennomaisen rakenteen. Tällainen "metapinta" muuttaa sen läpi kulkevan valon suuntaa ja ominaisuuksia.

Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla tarkasteltuna optinen metapinta muistuttaa kaadettua metsää, josta on vain kannot jäljellä. Jokaisen "piikannon" tai pilarin poikkileikkaus on ellipsin muotoinen. Muuttamalla pilarien läpimittaa ja asentoa on mahdollista muokata pinnan läpi kulkevien valoaaltojen vaihetta ja polarisaatiota.

Jos valoaallot ovat samassa vaiheessa, niiden muodostama valonsäde on voimakkaampi. Siihen perustuu esimerkiksi laserin teho. Toisaalta vaiheen muuttaminen vaikuttaa valonsäteen taittumisen määrään ja sitä kautta esimerkiksi kameroissa kuvan tarkentumiseen.

Valon polarisaatio on puolestaan tärkeä tekijä monissa optiikan sovelluksissa, joista tutuimpia ovat aurinkolasit ja 3D-elokuvien katsomiseen tarvittavat lasit.

Lattalinsseillä voidaan myös muokata valonsäteen muotoa. Esimerkiksi puolijohdelaserien synnyttämä lasersäde on poikkileikkaukseltaan yleensä elliptinen, mikä vaikeuttaa sen käyttöä erilaisissa sovelluksissa. Säteen pyöristämiseen on tarvittu kalliita optisia järjestelmiä, mutta uusilla metapintalinsseillä se onnistuu paljon edullisemmin. 

Lattalinsseille löytyy potentiaalisia sovelluskohteita mikroskoopeista näyttöihin ja erilaisista ilmaisimista kameroihin. Optiikan koko ei ole enää rajoittava tekijä, sillä metapinnan muodostaman linssin paksuus on alle sadasosa hiuksen paksuudesta.

"Nykyisin optiset järjestelmät tehdään osa kerrallaan ja ne kootaan usein käsityönä", toteaa tutkimusryhmää johtanut Andrei Faraon

"Kehittämämme uusi tekniikka muistuttaa hyvin paljon puolijohdesirujen tulostamista piikiekoille, joten sillä voidaan valmistaa kerralla miljoonia järjestelmiä esimerkiksi mikroskooppeihin tai kameroihin."

Tutkimusryhmä on aloittanut jo yhteistyön alan teollisuuden kanssa. Tarkoituksena on kehittää metapintoja, joita voidaan käyttää kaupallisissa laitteissa, kuten pienikokoisissa kameroissa. 

Uudenlaisesta optiikasta kerrottiin JPL:n uutissivuilla.

Kuva: Amir Arbabi/Faraon Lab/Caltech