Tekoäly ja supertietokonesimuloinnit auttavat tutkijoita ennustamaan kultananopartikkelien ja plasmaproteiinien vuorovaikutuksia

18.11.2024 06:00:00 EET | Jyväskylän yliopisto | Tiedote

Jaa

Jyväskylän yliopiston nanotiedekeskuksen tutkijat käyttivät tekoälyä ja Euroopan tehokkainta supertietokonetta tutkiakseen kultananopartikkelien sitoutumista plasmaproteiineihin. Tutkimuksessa havaittiin, että on mahdollista rakentaa tekoälymalleja, jotka ennustavat luotettavasti nanopartikkelien sitoutumispaikkoja. Uudet ennustavat mallit mahdollistavat jatkotutkimukset, joiden tavoitteena on selvittää partikkelien tehoa lääkemolekyylien täsmäkantajina.

Kuva 1. Bioconjugate Chemistry -lehden kansikuva 10/2024. Visualisointi kuvaa peptidi- ja lääkeainemolekyyleillä muokatun kultananopartikkelia ja integriiniproteiinia. Grafiikka: María Francisca Matus Jyväskylän yliopistosta.

Biomolekyylien ja epäorgaanisten nanomateriaalien muodostamat hybridiset nanorakenteet ovat herättäneet tutkijoissa laajaa kiinnostusta, sillä niitä voi mahdollisesti käyttää useaan sovelluskohteeseen biokuvantamisessa, biotunnistuksessa ja nanolääketieteessä. Sovellusten kehittäminen vaatii bio-nano-rajapinnan rakenteen ja toiminnan ymmärrystä. Atomitason simuloinneilla rajapinnasta voidaan saada yksityiskohtaista tietoa, mutta simuloinnit ovat yleensä numeerisesti erittäin raskaita, koska rajapinnassa tapahtuvat kriittiset prosessit voivat tapahtua useassa pituus- ja aikaskaalassa.

Tekoäly apuna atomitason vuorovaikutusten tutkimisessa

Hiljattain julkaistussa tutkimuksessa Jyväskylän yliopiston tutkijat havaitsivat, että atomitason simulointeja voi huomattavasti nopeuttaa kehittämällä tekoälymalleja, jotka ennustavat todennäköisimpiä kultananopartikkelien sitoutumispaikkoja veressä esiintyviin yleisimpiin plasmaproteiineihin. Mallien kehityksessä käytettiin graafiteoriaa rajapinnan olennaisten piirteiden kuvaamiseen sekä neuroverkkoja vuorovaikutusten voimakkuuksien ennustamiseen. Mallien ennustukset todennettiin atomitason simulointien avulla.

- Muutama kuukausi sitten julkaisimme toisen laskennallisen tutkimuksen, jonka päätulos oli, että lääkemolekyylejä kantavan kultananopartikkelien tarttumista syöpäsolun pinnalla oleviin proteiineihin voidaan kontrolloidusti parantaa partikkelin pintaa muokkaavilla peptideillä, kertoo tutkimusta johtanut laskennallisen nanotieteen professori Hannu Häkkinen Jyväskylän yliopistosta. Nyt uusimman tutkimuksen tuloksena kehitetyillä tekoälymalleilla voimme jatkossa tutkia, kuinka veressä esiintyvät yleisimmät proteiinit vaikuttaisivat partikkelien tehoon lääkeaineiden kantajina, Häkkinen jatkaa.

null — Kuva 2: Tutkijaryhmä vasemmalta: Sami Malola, María Francisca Matus, Hannu Häkkinen, Antti Pihlajamäki. **Kevin Stamplecoskie**

Tutkimukselle tulossa lisää jatkoa

Nyt saadut tulokset mahdollistavat lisätutkimukset, joiden avulla on helpompi kehittää uusia laskennallisia menetelmiä nanopartikkelien ja biomolekyylien välisten vuorovaikutusten tutkimiseen.

- Tekoälystä näyttää olevan paljonkin hyötyä tutkittaessa nanopartikkelien käyttöä nanolääketieteen alaan kuuluvissa diagnostiikan ja terapian sovelluksissa. Tutkimusta jatketaan Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) rahoittamassa ”Dynamic Nanocluster – Biomolecule Interfaces” projektissani, joka alkoi lokakuussa, iloitsee Häkkinen.

Tutkimus julkaistiin kahdessa vertaisarvioidussa kansainvälisessä julkaisusarjassa: Advanced Materials ja Bioconjugate Chemistry. Tutkimus sai rahoitusta Suomen Akatemian EuroHPC-ohjelmasta ja siinä käytetyt tietokoneresurssit myönnettiin Häkkisen johtamille kansallisille Grand Challenge -laskentaprojekteille BIOINT ja NanoGaC. Tutkimuksessa käytettiin sekä Suomen tehokkainta Mahti-superkonetta että CSC:n hallinnoimaa, Euroopan tehokkainta LUMI-supertietokonetta.

Artikkelien tiedot:

Advanced Materials: A. Pihlajamäki, M.F. Matus, S. Malola and H. Häkkinen, GraphBNC: Machine Learning – Aided Prediction of Interactions Between Metal Nanoclusters and Blood Proteins, Advanced Materials, https://doi.org/10.1002/adma.202407046 (published online September 24, 2024).
Bioconjugate Chemistry: M.F. Matus and H. Häkkinen, Rational Design of Targeted Gold Nanoclusters with High Affinity to Integrin avb3 for Combination Cancer Therapy, Bioconjugate Chemistry, https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.4c00248 (published online July 15, 2024, cover article of October issue 2024).

Avainsanat

tekoäly supertietokone nanopartikkelit plasmaproteiinit simuloinnit laskennallinen nanotiede nanotiede nanotiedekeskus jyväskylän yliopisto tutkimus supertietokoneet

Yhteyshenkilöt

Prof. Hannu Häkkinen, University of Jyväskylä, hannu.j.hakkinen@jyu.fi
Yliopistotutkija María Francisca Matus, University of Jyväskylä, maria.f.matus-cortes@jyu.fi

Elina LeskinenViestinnän asiantuntija

Puh:+358 50 461 7880elina.leskinen@jyu.fi

Kuvat

Kuva 2: Tutkijaryhmä vasemmalta: Sami Malola, María Francisca Matus, Hannu Häkkinen, Antti Pihlajamäki.

Linkit

Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto

Väitös: Aikuissosiaalityön tietopohja rakentuu moniäänisesti ja jännitteisessä toimintaympäristössä16.10.2025 08:00:00 EEST | Tiedote

YTM Tuija Kuorikosken sosiaalityön väitöstutkimus tarkastelee aikuissosiaalityön ammattilaisten ja asiakkaiden kokemustiedosta, teoreettisesta- ja tutkimustiedosta sekä hallinnollisista vaatimuksista rakentuvaa tietopohjaa. Väitöstutkimus osoittaa, että nämä tiedonmuodot eivät aina kohtaa: niitä ohjaavat erilaiset arvot ja tavoitteet, jotka voivat olla keskenään ristiriidassa. Tutkimuksen mukaan moniäänisyys haastaa tietopohjan rakentumista, mutta samalla myös rikastuttaa sitä.

Vertaistuki rintasyövässä edellyttää joustavuutta – potilaan tarpeet vaihtelevat hoitopolun aikana15.10.2025 07:00:00 EEST | Tiedote

Rintasyöpään sairastuneiden vertaistuki on moniulotteista vuorovaikutusta, jossa potilaat rakentavat identiteettiään ja suhdettaan vertaistukijoihin. Uusi tutkimus tuo esiin potilaiden kokemuksia vertaistuen vuorovaikutuksen eri ulottuvuuksista. Kansainvälistä vertaistuen päivää vietetään 16.10.2025.

Väitös: Radioaktiivisten ionien tutkimukseen kehitetyllä laitteistolla läpimurto eksoottisten ytimien tutkimuksessa (Virtanen)14.10.2025 13:00:00 EEST | Tiedote

Väitöstyössään Ville Virtanen kehitti ja otti käyttöön uudenlaisen ionikimputtimen sekä massaspektrometrin Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa. Monikierroslentoaika-massaspektrometri (MR-ToF-MS) on jo osoittautunut menestykseksi ja tulee avaamaan täysin uusia mahdollisuuksia eksoottisten ionien tutkimukseen.

Raakun ääni kuuluu Rovaniemellä 16.10.202514.10.2025 07:05:00 EEST | Tiedote

Tiedekeskus Pilkkeessä Rovaniemellä järjestetään järjestyksessään kolmas kansallinen raakkuseminaari 16.10.2025 teemalla Raakut, kalatalous, tuulivoima ja kaivokset. Seminaarin järjestäjänä on LIFE Revives -hanke, jonka tavoitteena on lohi-, taimen- ja raakkukantojen elvyttäminen.

Yläkoululaiset pääsevät tutustumaan tiedeleirillä avaruuteen14.10.2025 07:05:00 EEST | Tiedote

Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta ja Keski-Suomen LUMA-keskus järjestävät yläkoululaisille tarkoitetun tiedeleirin Jyväskylän yliopiston Konneveden tutkimusasemalla 13.-15.10.2025.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme