Tutkijat valmistavat syövän kasvua hillitseviä nanomateriaaleja jäljittelemällä merenpohjan tulivuorten olosuhteita

Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet syövän kasvua hillitseviä nanomateriaaleja jäljittelemällä syvänmeren tulivuoriperäistä dynaamista kemiaa. Uudella ympäristöystävällisellä menetelmällään tutkijat voivat valmistaa sinkkiperoksidista nanoklustereita ilman lisäkemikaaleja. Näitä sinkkiperoksidinanopartikkeleita voidaan käyttää syövän ja muiden vaikeiden sairauksien hoidossa.

Tutkijat loivat räätälöityjä nanoklustereita hyödyntämällä kotikeittiöissäkin tuttua Leidenfrost-ilmiötä.  Kuumalle levylle pudotettu vesipisara jää leijumaan levyn päälle, sillä levyn ja pisaran väliin syntyvä eristävä höyrykerros estää nestettä kiehumasta nopeasti pois, vaikka neste on kiehumispistettään huomattavasti kuumemman kappaleen lähellä. Tulivuoren purkausaukon lähellä syvällä merenpinnan alapuolella, tai esimerkiksi erityisolosuhteissa laboratoriossa, höyrykerros voi peittää nesteen alla suurenkin alueen höyryn nousematta pintaan. Tämä höyrykerros saa nesteen molekyylit käyttäytymään poikkeuksellisella tavalla.

Leidenfrost-ilmiö saa kuumalle levylle pudonneet vesipisarat leijumaan levyn päällä. Kuva: Mikko Raskinen/Aalto-yliopisto

”Luonnossa tavattava dynaaminen vedenalainen kemia innoitti kehittämään seuraavan sukupolven ympäristöystävällistä nanokemiaa. Helpolla ja skaalattavalla dynaamisella prosessilla tuotettavien räätälöityjen nanopartikkelien vihreää synteesiä ei ole tässä asiayhteydessä aiemmin esitelty”, kertoo professori Mady Elbahri Aalto-yliopistosta.

”Olemme osoittaneet, että Leidenfrost-ilmiöön liittyvällä, erittäin kuumalla ja rajatulla vedenalaisella alueella esiintyvällä dynaamisella kemialla voidaan luoda nanoklustereita sinkkiperoksidista. Tämän ilmiön hydrodynaaminen luonne varmistaa sen, että nanoklusterit purkautuvat kohti huomattavasti kylmempää aluetta lisäten samalla yhdenkokoisten, räätälöityjen nanoklusterien kasvua”, Elbahri jatkaa.

”Tutkimuksemme voi edistää yhdenkokoisten partikkelien kestävää synteesiä”, selittää Ramzy Abdelaziz, Elbahrin ryhmään kuuluva tutkijatohtori ja tutkimuksen toinen tekijä.

Biolääketieteen näkökulmasta peroksidit toimivat hapettajina, joten niitä voidaan hyödyntää lukuisien anaerobisten solujen ja jopa syöpäsolujen aiheuttamien sairauksien hoidossa.

”Tutkimme nanopartikkeleitamme selvittääksemme niiden sytotoksisen vaikutuksen suspensioon ja adherentteihin soluihin, jotta voisimme osoittaa niiden soveltuvuuden syövän nanohoitoon”, toteaa Duygu Disci-Zayed, tutkimusryhmän aiempi jäsen.

Syövän kasvua hillitsevät nanoklusterit nousevat pintaan sopivan kokoisina. Leidenfrost-ilmiö saa nesteen molekyylit käyttäytymään poikkeuksellisella tavalla. Kuva: Mikko Raskinen/Aalto-yliopisto

Syntetisoituaan yhdenkokoiset ZnO2-partikkelit tutkijat tekivät useita alustavia tieteellisiä kokeita määritelläkseen, miten nämä nanopartikkelit vaikuttivat terveisiin ja syöpäsoluihin. Tämän tutkimuksen mukaan ZnO2-nanopartikkelit voivat tuhota syöpäsoluja apoptoottisin ja ei-apoptoottisin mekanismein.

Tutkimus julkaistiin tänään Nature Communications -lehdessä.

Lisätietoja:
Professori Mady Elbahri, Aalto-yliopisto
mady.elbahri@aalto.fi
Puh.: +358 50 464 8990

Artikkeli: Mady Elbahri, Ramzy Abdelaziz, Duygu Disci-Zayed, Shahin Homaeigohar, Justyna Sosna, Dieter Adam, Lorenz Kienle, Torben Dankwort, Moheb Abdelaziz: Underwater Leidenfrost nanochemistry for creation of size-tailored zinc peroxide cancer nanotherapeutics. Nature Communications 2017. DOI: 10.1038/NCOMMS15319