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

Marjatta ja Eino Kollin säätiö vauhdittaa harvinaisten maametallien kestävää tutkimusta Jyväskylässä19.5.2026 07:05:00 EEST | Tiedote

Marjatta ja Eino Kollin säätiö ja Jyväskylän yliopiston kemian laitos käynnistävät merkittävän, nelivuotisen tutkimusyhteistyön harvinaisten maametallien parissa. Säätiön rahoittamassa, arvoltaan 400.000 euron Edistykselliset teknologiat harvinaisten maametallien tuotannossa -hankkeessa kehitetään uusia, ympäristöystävällisiä tapoja harvinaisten maametallien talteenottoon ja niiden erottamiseen toisistaan.

Liikuntaharjoittelun vaikutukset vaihtelevat ikääntyneillä yksilöllisesti19.5.2026 07:00:00 EEST | Tiedote

Jyväskylän yliopiston tuore väitöstutkimus vahvistaa, että liikuntasuosituksien mukaisella harjoittelulla voi ehkäistä lihasvoiman ja –massan katoa vielä yli 70-vuotiaana. Harjoittelun vaikutukset ovat yksilöllisiä, mutta parhaat tulokset saadaan kuntosaliharjoittelulla. Myös henkilöt, joilla on monia sairauksia voivat saada harjoittelulla hyviä tuloksia.

Luonnonilmiöt vaikuttavat poliittiseen päätöksentekoon19.5.2026 06:58:00 EEST | Tiedote

FM Atte Arffmanin ympäristöhistorian väitöskirja osoittaa, että luonnonilmiöt vaikuttavat merkittävästi poliittiseen päätöksentekoon. Luonnonilmiöt eivät ole vain politiikan kohteita, vaan ne voivat kiihdyttää, jarruttaa tai ylläpitää päätöksentekoprosesseja ja paljastaa aiempien ratkaisujen toimimattomuuden.

Jyväskylän yliopiston promootion juhlallisuudet näkyvät katukuvassa lauantaina18.5.2026 12:15:00 EEST | Tiedote

Jyväskylän yliopiston kahdennessatoista tiedekuntien yhteisessä promootiossa vihitään 80 maisteria ja 117 tohtoria. Lauantaina 23.5.2026 Jyväskylän yliopiston päärakennuksessa toimitettavaan promootioaktiin osallistuu noin 500 henkilöä.

Tyypin 2 diabeteksen verensokeritasapainoa voi parantaa lihasaktivoinnilla jopa istuen13.5.2026 07:00:00 EEST | Tiedote

TtM Suvi Lambergin väitöstutkimus osoittaa, että pitkäaikaisen istumisen keskeyttäminen dynaamisella lihastyöllä — tapahtuipa se istuen tai pystyasennossa — vähentää aterianjälkeisiä glukoosi- ja insuliinivasteita noin 22 %. Suurin vaikutus havaittiin etureiden lihasten aktivoinnilla.

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