Polyelektrolyyttien vuorovaikutuksen simulointi voi auttaa geeniterapian tehostamisessa

Sähköisesti varatut polymeerit eli polyelektrolyytit (PE) ovat monipuolisia synteettisiä materiaaleja, joita hyödynnetään muun muassa veden käsittelyssä.  Luonnossa esiintyvistä makromolekyyleistä tärkein polyelektrolyytti on ihmisen geeniperimän sisältävä DNA.

Monet polyelektrolyyttien sovelluksista perustuvat vastakkaisesti varattujen polymeerien muodostamille komplekseille, jotka ovat kuitenkin herkkiä liuoksen ylimääräisille ioneille.

Hanne Antila lähti väitöstutkimuksessaan mallintamaan polyelektrolyyttien vuorovaikutuksia suolaliuoksessa. Tutkimuksessa kävi ilmi, että liuoksen mikroionit purkavat polyelektrolyyttien väliset sidokset vetoketjumaisesti eli ne korvaavat PE-PE-sidokset mikroioni-PE-sidoksilla yksi kerrallaan. Sidosten purkautumiseen vaikuttaa polyelektrolyyttien varaustiheyksien suhde.

– Löysin kaksi mekanismia, joilla positiivisesti ja negatiivisesti varatun polymeerin välinen vuorovaikutus voidaan suolaliuoksissa kääntää hylkiväksi, kertoo Hanne Antila.

Apua geeniterapian kantajamolekyylien suunnitteluun

Geeniterapiassa negatiivisesti varattu DNA kompleksoidaan eli tavallaan paketoidaan positiivisesti varattuun kantajamolekyyliin. Hyvä kantajamolekyyli tarjoaa DNA:lle riittävän suojan matkalla soluun. Jotta DNA:n sisältämä geneettinen koodi saadaan luettua, pitää kantajan kuitenkin pystyä vapauttamaan DNA solun sisällä.

– Näytin työssäni, kuinka kompleksin stabiilisuuteen voidaan vaikuttaa kantajamolekyylin varausta ja suolakonsentraatiota säätämällä. Tuloksista on siten hyötyä geeniterapian kantajamolekyylien suunnittelussa, Antila jatkaa.

Tulokset auttavat myös polyelektrolyyteistä koostuvien monikerrosrakenteiden kehittämisessä. Havaittu vetoketjumainen purkautuminen auttaa nimittäin selittämään suolakonsentraation vaikutuksen kerrosrakenteiden kasvatusnopeuteen sekä stabiilisuuteen.

– Kompleksaation avulla voidaan rakentaa sadoista vastakkaisvarauksisista polymeerikerroksista koostuvia ohutkalvoja. Näitä monikerrosrakenteita voidaan hyödyntää muun muassa metallien päällystämisessä haluttujen ominaisuuksien kuten antimikrobisuuden saavuttamiseksi, sanoo Antila.

Tutkimus on tehty Aalto-yliopiston kemian laitoksella Maria Sammalkorven Novel Materials Via Self Assembly -tutkimusryhmässä.

Väitöstilaisuus

DI Hanne Antila väittelee fysikaalisen kemian alalta torstaina 18. helmikuuta klo 12, osoitteessa Kemistintie 1, Espoo.

Väitöskirja Simulations of Polyelectrolyte Interactions in Salt on luettavissa sähköisenä täällä (aaltodoc.aalto.fi).

Lisätietoja:
Hanne Antila
Puh. 0500 563 674
[email protected]

DNA paketoituna geeniterapiassa käytettävään polykationioniseen kantajamolekyyliin (PLL).