Biomateriaalitutkimus etenee Ukrainan sodan varjossa

Ukrainalainen johtava tutkija Sergiy Kyrylenko oli vuodenvaihteessa Marie Curie Staff Exchange -tutkijavaihdossa Itä-Suomen yliopiston Kuopion kampuksella. Hän työskentelee Sumyn valtionyliopiston lääketieteen laitoksen biolääketieteellisessä tutkimuskeskuksessa Ukrainassa.

Yliopisto sijaitsee noin 30 kilometrin päässä Venäjän rajalta.

– Täällä yliopistolla kaikki vain yrittävät tehdä työtänsä. Oikeat sankarit taistelevat rintamalla, Kyrylenko sanoo.

– Olemme pystyneet jatkamaan tutkimusta yliopistossamme miltei entiseen tapaan, vaikka monia opiskelijoita ja henkilökunnan jäseniä on evakuoitu. Sumya on tähän mennessä pommitettu vähemmän kuin esimerkiksi Harkovaa, kiitos sankarillisen armeijamme, hän sanoo.

– Puolustuksemme on pystynyt pitämään kaupunkia ympäröivät vihollisjoukot poissa itse kaupungista. 

Kyrylenkon mukaan sodan ensimmäinen kuukausi oli paha, sillä vihollisjoukot ympäröivät kaupunkia ja vihollinen onnistui tunkeutumaan yli sata kilometriä maan rajojen sisään. Kiivaiden taisteluiden äänet kantautuivat kaikkialle ja ilmassa oli jatkuva tykistötulen uhka. Tulevaisuus oli täysin avoinna. Yliopistossa oli paljon kansainvälisiä opiskelijoita, joista lähes kaikki lähtivät. Sähköt olivat poikki useita päiviä kerrallaan, tutkijoiden piti keskeyttää kaikki kokeensa ja laboratorion kylmävarastossa olleet näytteet menivät täysin pilalle. 

– Nyt laboratoriomme pyörii kohtuullisen hyvin. Asiaa edesauttaa se, että toimimme hankkimamme ulkoisen rahoituksen turvin. Meillä on lukuisia Horisontti Eurooppa -hankkeita ja ERASMUS+ Jean Monnet Chair and Module -hankkeita, sekä muun muassa useita Ukrainan opetus- ja tiedeministeriön myöntämiä apurahoja ja kahdenvälisiä hankkeita latvialaisten kumppanien kanssa. Kampuksen sähköt ja vesi sekä puhelin- ja nettiyhteydet on saatu palautettua. Tutkimusta ei tarvitse tehdä kynttilän valossa eikä laitteita enää tarvitse ladata auton akusta. Meillä ei myöskään ole ruoka- tai vesipulaa, sillä kunnalliset palvelut ja yritykset kykenivät mukautumaan muuttuviin olosuhteisiin nopeasti ja tehokkaasti. 

– Saamme apua Suomesta ja muualta. Olemme siitä kiitollisia, Kyrylenko sanoo.

MXene-materiaalit johtavat sähköä ja sopivat ihmisen elimistöön

Kyrylenkolle Itä-Suomen yliopisto on tuttu paikka jo Kuopion yliopiston ajoilta vuodesta 1998, jolloin hän työskenteli neurotieteen ja biokemian tutkimusryhmissä. Vuonna 2009 Kyrylenko lähti Brnoon Tšekkiin tekemään kantasolututkimusta. Hän viipyi Brnossa vuoteen 2013 Marie Skłodowska-Curie COFUND fellowship -rahoituksen turvin.

– Sitten sain hienon mahdollisuuden jatkaa kantasolututkimusta Brasiliassa Unicamp-yliopistossa. Työskentelin siellä kolme vuotta vierailevana professorina. 

– Sen jälkeen työskentelin vielä vuoden São Paulon valtionyliopiston, UNESPin, Botucatun-kampuksella. Se oli hyvin jännittävää aikaa, sillä iso osa tutkimuksesta etenkin UNESPissä tehtiin portugalin kielellä, mikä oli paitsi haastavaa myös palkitsevaa. Sitten Brasiliaan tuli talouskriisi ja tutkimusrahoituksen saaminen vaikeutui.  Muutin Ukrainaan vuonna 2017 ja työskentelin kansanterveyden yksikössä lehtorina, kunnes siirryin tutkijaksi biolääketieteelliseen tutkimuskeskukseen.

Suomeen Kyrylenkoa vetää paitsi tutkimus myös henkilökohtaiset siteet, kuten jo aikuiset lapset Suomessa. Hän ja professori Aku Seppänen teknillisen fysiikan laitokselta ovat ystävystyneet vuosia sitten kuopiolaisen Judoseura Sakuran treeneissä. 

Nyt Kyrylenko tekee Seppäsen kanssa yhteistyötä tutkimuksen parissa. Kummankin yliopisto on mukana ESCULAPE-konsortiossa, johon kuuluu yliopistoja ja yrityksiä useista eri maista. Hankkeen tavoitteena on tutkia uusia grafeenin kaltaisia kaksiulotteisia nanomateriaaleja, eli MXene-materiaaleja. Näitä materiaaleja on tarkoitus hyödyntää sähköä johtavien polymeeritukirakenteiden suunnittelussa muun muassa kudosteknologian tarpeisiin.

– MXene-materiaalit ovat uusia ja hyvin lupaavia nanomateriaaleja, joita tutkitaan paljon niin tieteen kuin teknologian saroilla. Ne ovat rakenteeltaan todella ohuita ja kaksiulotteisia, vähän kuten grafeenikin, mutta niillä on enemmän suotuisia ominaisuuksia. MXene-materiaalien biolääketieteellisiä ominaisuuksia on tutkittu vasta vähän, Kyrylenko kuvailee.

– MXene-materiaalit koostuvat siirtymämetallien, kuten titaanin, atomikerroksista sekä hiilestä tai typestä. Ne johtavat sähköä paremmin kuin grafeeni ja ne ovat hydrofiilisiä, mikä tekee niistä grafeenia monipuolisempia. Sitä, kuinka erilaiset fysikaaliset ja kemialliset olosuhteet vaikuttavat materiaalien sähkönjohtavuuteen, ei kuitenkaan vielä ihan tiedetä. Tämän selvittäminen on yksi hankkeemme tärkeimmistä tavoitteista. MXene-materiaalit ovat tutkimusryhmällemme aivan uusi tuttavuus, Seppänen lisää.

Biomateriaalin vaatimukset ovat tiukkoja. Materiaalin pitää olla myrkytön, kierrätettävä ja ennen kaikkea bioyhteensopiva ihmisen kudosten kanssa, jos materiaalia käytetään lääketieteellisissä sovelluksissa. 

MXene-materiaalit nopeuttaisivat hermo- ja sydänvaurioiden paranemista

MXene-materiaaleilla on paljon mahdollisia käyttökohteita varsinkin lääketieteessä. Esimerkiksi hermovaurioita voitaisiin korjata biomateriaalista tehdyllä putkella, joka yhdistäisi hermojen päät. Hermoyhteyden korjaantumista voitaisiin nopeuttaa sähköisesti stimuloimalla.

– Toinen sovelluskohde voisivat olla sydäninfarktin jälkeiset, epäaktiiviset alueet sydämessä. Sydämeen voitaisiin ommella MXene-materiaalista tehty polymeeritukirakenne, eräänlainen ”lappu”, joka johtaisi sähköä alueella. Sydämen toimintaahan ohjaavat sähköiset signaalit, Seppänen kuvailee.

– Tässä tärkeimmät yhteistyökumppanimme ovat tutkijat tutkimus- ja kehitystyötä tekevästä Materials Research Centre -yrityksestä Kiovasta, Latvian yliopistosta sekä Yhdysvaltain Philadelphiassa sijaitsevasta Drexelin yliopistosta. Vaikka tämän alan tutkimus on vasta alussa, käytännön sovelluksia voidaan odottaa melko nopeastikin, kunhan asiaan panostetaan riittävästi, Kyrylenko lisää.

Seppäsen tutkimusryhmässä keskitytään tutkimaan materiaalin ominaisuuksia etenkin sähköisen impedanssitomografian avulla. Ensimmäiset materiaalinäytteet ovat jo saapuneet Kuopioon Latviasta.

–  Toivottavasti pystymme näkemään, miten hyvin MXene-päällyste on onnistunut, ja johtaako se sähköä. Olemme optimistisia, mutta jos tämä ei toimikaan, voimme muokata materiaalin rakennetta ja ominaisuuksia, tutkijat sanovat.

MXene-materiaaleja voidaan hyödyntää myös esimerkiksi fototermisissä syöpähoidoissa kajoamattomien hoitoprotokollien kehittämisessä sekä lääkkeiden täsmäkuljettamisessa elimistöön. Matkapuhelimissa tästä materiaalista tehty näkymätön kalvo taas voisi suojata käyttäjää sähkömagneettiselta säteilyltä. 

Vesimolekyylit pystyvät läpäisemään MXene-pohjaisia kalvomateriaaleja, joten niitä voidaan hyödyntää veden suolanpoistossa. Lisäksi MXene-materiaalit pystyvät imemään itseensä ureaa monimutkaisista seoksista, kuten veren seerumista.

– Jo nyt USA:ssa on olemassa yritys, joka hyödyntää tätä MXene-materiaalien ominaisuutta kehittäessään munuaispotilaille tarkoitettuja puettavia dialyysilaitteita. Tämä vapauttaa heidät sairaaloissa tehtävistä dialyysihoidoista, Kyrylenko sanoo.