Joukko fyysikoita, kemistejä ja biolääketieteen asiantuntijoita työskentelee Olli Ikkalan tutkimusryhmissä. He kehittävät uusia materiaaleja, joiden ominaisuudet saavat inspiraationsa luonnosta.
”Kun olin työskennellyt Aallossa muutaman kuukauden tutkijana, silloinen esimieheni oli jäämässä eläkkeelle. Tarvitsin uuden tutkimusryhmän jatkaakseni aiheeni, erittäin ohuen materiaalin, tutkimista. Halusin työskennellä Olli Ikkalan ryhmässä, koska hänellä on moderni materiaalisynteesin laboratorio, lisäksi ryhmän tutkimusaiheet ovat hyvin monitieteisiä.
Tämä tapahtui ennen koronapandemiaa, joten kävelin vain suoraan hänen työhuoneeseensa keskustelemaan. Huomasin, että hänellä on kiinankielinen nimikortti ovessaan. En selvästikään ollut ensimmäinen kiinalainen, joka halusi tavata hänet.
Hän oli hyvin kiinnostunut hankkeestani, ja minusta tuli yksi hänen ryhmänsä jäsenistä. Olen tässä ryhmässä pystynyt rakentamaan uudenlaista yhteistyötä eri alojen ihmisten kanssa, ja tutkimusaiheeni on laajentunut huomattavasti.
Olli on myös kansainvälisesti tunnettu, esimerkiksi entinen tutkijakollegani Tukholman yliopistosta kehui hänen terävyyttään ja tarkkuuttaan vastaväittäjänä.
Korona-aikana Olli on varmistanut, että yhteistyö tapahtuu turvallisesti. Hän on järjestänyt tutkimusryhmän jäsenille etäkokouksia ja olemme grillanneet ulkona hänen kesämökillään.”
”Tutkin materiaaleja, jotka oppivat reagoimaan uuteen ärsykkeeseen. Ivan Pavlov koulutti kuuluisassa kokeessaan koiraa soittamalla kelloa näyttäessään ruokaa. Koira oppi ensin yhdistämään kellonsoiton ruokaan ja sitten kuolaamaan heti kellonsoiton kuullessaan – vaikkei haistanut tai nähnyt syötävää.
Halusimme luoda materiaaleja, jotka noudattavat samaa ehdollistumisen logiikkaa; voisiko materiaalit saada käyttäytymään tavalla, joka muistuttaa yksinkertaisia oppimisprosesseja. Onnistuimme luomaan pehmeän, vedestä ja polymeereistä koostuvan geelin. Aluksi se sulaa vain lämmittämällä mutta ’oppii’ sulamaan, kun siihen kohdistetaan valoa. Geeli sisältää nanokokoisia kultahiukkasia. Kun geeliin kohdistetaan aluksi pelkkää valoa, mitään ei tapahdu. Mutta jos geeli kuumennetaan sulamispisteeseen samalla, kun sitä valaistaan, geeli ehdollistuu sulamaan. Seuraavalla kerralla valo saa sen sulamaan ilman, että ainetta kuumennettaisiin ulkopuolelta.
Materiaalin ehdollistuminen perustuu siihen, että kultaiset nanopartikkelit muodostavat ketjuja, kun niihin kohdistetaan sekä lämpöä että valoa. Nämä nanopartikkeliketjut imevät valoa tietyllä taajuudella. Kun valoa kohdistetaan uudelleen geeliin, järjestäytyneet nanopartikkelit kuumentavat itse geeliä sisältäpäin ja muodostavat optisen muistin. Mekanismia voidaan kuvata samalla loogisella diagrammilla kuin Pavlovin koirakoetta.
Elektronisia järjestelmiä on saatu aikaisemmin käyttäytymään Pavlovin koiran tavoin, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun pehmeä materiaali on saatu ehdollistumaan. Uskomme, että eri tavoin ’oppivia’ materiaaleja nähdään tulevaisuudessa erilaisissa uusissa sovelluksissa, ehkäpä uutena keinotekoisen älykkyyden muotona.”
”Rintasyöpä on yleisin syöpätyyppi ja yksi merkittävimmistä naisten syöpäkuolemien aiheuttajista. Suomessa rintasyöpätapaukset muodostavat 30 % kaikista uusista syöpätapauksista, mikä tarkoittaa yli 5 000 uutta rintasyöpätapausta vuodessa. Vaikka syöpätutkimus on edistynyt vauhdilla, nykyinen ’yksi hoitomalli sopii kaikille’ -ajattelu tuottaa rintasyövän hoidossa vaatimattomia tuloksia.
Helsingin yliopiston syöpäbiologian professori Juha Klefström tutkimusryhmineen alkoi yhdessä Olli Ikkalan ryhmän kanssa kehittää yksilöllistä rintasyöpähoitoa. Tavoitteena oli kehittää materiaaleja, jotka jäljittelevät rintasyöpäkudoksen soluympäristöä. Nämä materiaalit säilyttävät potilaalta leikkauksessa poistetut kasvainkudokset elävinä ja muuttumattomina jopa viikkoja laboratorio-olosuhteissa.
Menetelmää on kehitetty yli 2 000 potilaan näytteellä, ja se on merkittävä läpimurto syöpäbiologiassa ja rintasyövän hoidossa. Olemme saaneet kaksi kertaa Business Finlandin rahoituksen tutkimuksen kaupallistamista ja hoitojen kehittämistä varten.
Kehittämämme biologinen materiaali on edullinen, ja sen mekaanisia ja toiminnallisia ominaisuuksia voidaan säätää. Tämän ainutlaatuisen geelin avulla voimme pitää potilaan syöpäkudoksen muuttumattomana, ja mallintamisen avulla löytää hänelle optimaalisen yksilöllisen hoidon.”
”Edistykselliset lääkkeet, kuten mRNA ja terapeuttiset proteiinit, ovat tulleet yleisesti tunnetuiksi nyt, kun monet koronarokotteet perustuvat mRNA- eli lähettitekniikkaan. Tutkin itse silmäsairauksien hoitamista menetelmällä, jossa polymeerit kuljettavat lääkeaineen kohdennetusti silmään. Hanke on osa GeneCellNano-lippulaivahanketta.
Esimerkiksi rokotteista ei pystytä täsmällisesti määrittämään, mihin kohtaan kehossa kemikaali päätyy, mutta immuunijärjestelmä reagoi lääkkeeseen joka tapauksessa. Kohdennetuissa hoidoissa tilanne on toinen. Jos hoidetaan esimerkiksi silmäsairautta, ei kehoon pistettävä lääke saisi päätyä vaikkapa jalkaterään. Siksi kehitämme materiaaleja, jotka voivat kuljettaa lääkettä turvallisesti oikeaan kohtaan, ja vapauttaa sen siellä, missä tarvitaan.
Kun kemistinä aloitan työskentelyn lääketieteellisen tutkimuksen parissa, saan ensiksi pitkän luettelon materiaaliin kohdistuvista vaatimuksista. Toisinaan tuo lista tuntuu ylivoimaiselta. Onkin mahtavaa työskennellä Olli Ikkalan laboratoriossa, koska hänellä on aina luovia ratkaisuideoita ongelmiin. Hän on yksi kekseliäimmistä ihmisistä, joita olen tavannut. Voimme käydä vaikka kymmenen minuutin kävelyllä, ja sen seurauksena on kolme uutta ideaa kokeiltavaksi.”
”Biologit ovat tunnistaneet, että jotkut eläimet, kuten linnut ja kilpikonnat, suunnistavat ja liikkuvat valtavan pitkiä matkoja sen perusteella, miten ne havaitsevat maan magneettikentät. Vielä ei kuitenkaan tarkasti tiedetä, miten havainnointi tapahtuu. Halusimme kokeilla, pystymmekö luomaan magneettisia materiaaleja, joiden käyttäytyminen muistuttaisi yksinkertaisia oppimisprosesseja, eli herkistymistä ja tottumista.
Luodaksemme materiaaleja, jotka havaitsevat magneettisia kenttiä, käytämme koeasetelmassa laitetta, jonka sisällä täytämme kahden elektrodin välisen aukon osittain magneettisilla nanohiukkasilla. Normaalitilassa sähkö ei voi virrata aukosta läpi, joten elektrodien välillä ei ole juurikaan johtavuutta. Mutta kun laite altistetaan magneettikentälle, nanohiukkaset muodostavat ketjuja, jotka yhdistävät elektrodien välisen raon ja pystymme mittaamaan sähkönjohtavuuden elektrodien välillä. Tästä johtavuuden lisääntymisestä pystymme päättelemään, että laite on havainnut magneettikentän.
Teemme perustutkimusta, mutta tulevia sovellusmahdollisuuksia voi olla erityisesti pehmeässä robotiikassa. Haluamme, että niin sanottujen pehmeiden eli ihmiskehosta ja luonnosta mallia ottavien robottien materiaalit pystyvät havaitsemaan ympäristöään, esimerkiksi sen magneettisuutta, ja pystyvät myös reagoimaan siihen.”
Helsingin yliopiston rintasyöpätutkijat ja Aalto-yliopiston materiaalitutkijat ovat yhdessä kehittäneet geelissä kasvavan ”minirintasyövän”, jonka avulla voidaan löytää entistä tehokkaampia hoitoja hormoneista riippuvaisiin rintasyöpiin.
Teksti: Matthew Allinson ja Tiina Aulanko-Jokirinne
Kuvat: Jaakko Kahilaniemi
Artikkeli on julkaistu Aalto University Magazinen numerossa 29, lokakuussa 2021.
