Tiina Sikanen siirtää tutkimusryhmineen kemian operaatioita miniatyyrimittaan, toteutettavaksi mikrosiruilla, jossa kemian yksikköoperaatiot tehdään joko rinnakkain tai peräkkäin. Jopa kolikonkokoiselle sirulle mahtuu useita toimenpiteitä. Mikrofluidistinen teknologia tuo myös kustannussäästöjä.

Tiina Sikanen on innostunut mikrofluidistiikasta, jossa hän voi hyödyntää koulutustaan sekä farmasian tohtorina että kemian diplomi-insinöörinä.

Pyrkimys miniatyrisoida kemian perinteisiä analytiikan operaatioita

Farmasian tohtori, diplomi-insinööri Tiina Sikanen tutkii ja kehittää Helsingin yliopiston farmasian tiedekunnassa tekniikoita, joiden avulla lääkeaineiden aineenvaihdunnan yksityiskohtia voi tutkia miniatyyrimittakaavassa.

”Tutkimme mikrofluidististen ja miniatyrisoitujen analyysisysteemien käyttöä lääkkeiden aineenvaihdunnan tutkimiseen ja lääkekehitykseen. Pyrimme miniatyrisoimaan kemian perinteisiä analytiikan operaatioita”, Sikanen kuvaa tutkimustaan.

Reaktiot tehdään mikrosiruilla, jotka ovat kooltaan kolikonsuuruisesta kämmenenkokoiseen. Reaktiot tapahtuvat mikrosirujen hiuksenohuissa kanavissa, joiden poikkileikkaus on 50-200 mikrometrin luokkaa.

Sirulle voidaan mahduttaa useita yksikköoperaatioita rinnakkain tai peräkkäin. Biokemiallinen reaktio, reaktiotuotteiden erotus ja rikastus ja lopulta yhdisteiden tunnistus voivat kaikki periaatteessa sijaita samalla pienellä sirulla. Käytännössä kuitenkin yhdelle sirulle valitaan vain pari kolme operaatiota.

”Mikrokanavia yhdistelemällä voimme liittää kemiallisen analyysiketjun eri vaiheita toisiinsa”, Sikanen selventää.

 

Mikrosiru voi näyttää vaikkapa tällaiselta.

Siruteknologia auttaa tutkimaan esimerkiksi lääke-lääke –vuorovaikutusten mekanismeja

Sikasen ryhmässä siruteknologian avulla on kehitetty entsyymireaktori, jossa entsyymit on kiinnitetty mikrokanavan pintaan kemiallisin ja biokemiallisin sidoksin. Tutkimusryhmä keskittyy sytokromi P450 –entsyymeihin, jotka vastaavat lääkeaineen ensimmäisen vaiheen muuntumisreaktiosta elimistössä. Kyseiset reaktiot ovat hapetus-pelkistys –tyyppisiä.

”Voimme kiinnittää mikrokanavan pintaan koko solun lipidikalvon, jossa sytokromi P450-entsyymit sijaitsevat. Entsymaattinen reaktio tapahtuu mikrokanavan pinnalla ja auttaa meitä tutkimaan esimerkiksi lääke-lääke –vuorovaikutusten mekanismeja”.

”Mikrofluidistiikan avulla voidaan myös ennustaa, millaisia muuntumistuotteita lääkeaineesta syntyy ja mitata, ovatko tuotteet toksisia. Jos reaktioissa syntyy useita tuotteita, mikrosirulle voidaan kytkeä laitteisto, joka erottaa tuotteet toisistaan. Sen jälkeen ne voidaan mahdollisesti myös tunnistaa sirulla”.

Erotusmenetelmistä Sikasen ryhmässä on tutkittu muun muassa elektroforeesia ja kromatografiaa.
”Erityisesti elektroforeesi on erinomainen miniatyrisoinnin näkökulmasta. Jopa minuutissa voidaan erottaa iso joukko yhdisteitä, mikäli ne sopivat erotettaviksi elektroforeesilla”.

Mikrosirut entsyymireaktoreina – Tiina Sikasen haastattelu

Entsyymireaktori voidaan tehdä jopa paperille

Tutkijoiden mielikuvituksella ei ole rajoja, sillä reaktori voidaan tehdä jopa paperipohjaiseksi. Tällaisesta on valokuva alla. Paperipohjaisella alustalla on yhteensä 24 hiuksenohutta mikrokanavaa, joissa reaktioita voidaan tehdä yhtä aikaa rinnakkain. Tätä paperipohjaista reaktoria Sikasen ryhmä on kehittänyt yhteistyössä Aalto-yliopiston professorin Patrick Ganen ryhmän ja Omya International Ltd:n kanssa.

Mikrofluidistista tekniikkaa kehitetään jäljittämään myös molekyyli-molekyyli –vuorovaikutuksia elimistössä

Ravinnon mukana altistumme huomaamattamme erilaisille lisäaineille ja samaan aikaan saatamme syödä myös lääkekuuria. Miten niin sanotut ylimääräiset kemikaalit vaikuttavat elimistössämme lääkeaineiden käyttäytymiseen? Vastausta ei täysin tiedä vielä kukaan, mutta Tiina Sikanen sai vuonna 2012 Euroopan tutkimusneuvostolta apurahan tutkiakseen ja kehittääkseen tekniikoita, joita tarvitaan näiden molekyyli-molekyyli –vuorovaikutusten tutkimiseen mikrofluidistiikan keinoin.

Tiina Sikanen kertoo molekyyli-molekyyli –vuorovaikutusten tutkimisesta

Tiina Sikanen alkaa pipetoida paperipohjaiselle sirulle.

Sirulla on 24 mikrokanavaa, joissa voi tehdä reaktioita rinnakkain.

Tiina Sikanen kertoo paperipohjaisesta reaktorista.

Tiina Sikasen tutkimusryhmä on mukana Strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamassa uudessa, professori Jari Yli-Kauhaluoman johtamassa SUDDEN-hankkeessa. Sikasen ryhmä pyrkii siruteknologian avulla syventämään ymmärrystä lääkkeiden ympäristöriskeistä.

Jutun toimitus ja valokuvat: Sisko Loikkanen

Share This