Artikkeli on julkaistu Yliopisto-lehdessä 1/2024.
Vuonna 2013 biofarmasian professori Marjo Yliperttula paistoi joulutorttuja ja poltti kämmenselkänsä uuniin kattoon. Onneksi hänellä oli jääkaapissaan säilössä nanosellua.
— Nanosellu on meille perheenjäsen. Sitä oli jääkaapissa silloin muun muassa kalvona ja geelinä.
Hän huuhteli ja kuivasi orvaskedelle palaneen ihon, asetti päälle nanosellukalvon ja sitoi sen paikalleen tyttärensä muumikuvioisilla teipeillä. Seuraavana päivänä hän esitteli sidostaan pikkujouluissa tutkimusryhmälleen.
Epävirallinen ihmiskoe
Haava parani täysin. Kyseessä oli ensimmäinen, epävirallinen ihmiskoe nanosellun käytössä haavojen hoidossa.
— Kokeilin nanosellua ilman epäilyksiä, koska aiemmin olimme osoittaneet sen hiirikokeilla toimivaksi ja täysin turvalliseksi. Ihmisille kokeilimme sitä menestyksekkäästi HUS:in palovammakeskuksessa seuraavana vuonna.
Tarkkaan ottaen iho ei palannut täysin ennalleen. Parantuneen, noin neljä senttiä leveän alueen ihon pigmentti muuttui. Siinä on nyt pisamia.
Moni asia saattoi vaikuttaa tähän. Kalvo oli paksu ja jäykkä. Ehkä jäykkyyden vuoksi se ei ollut täysin kiinni haavakohdassa tai haavaan pääsi ilmaa.
— Ehkä paksuus sai aikaan sen, että nanosellu imi nesteitä haavasta. Tai ehkä kalvoon oli tarttunut jääkaapista jotain epäpuhtauksia, professori aprikoi.
Niin tai näin, tuote on nyttemmin hiottu huippuunsa.
Nanosellun alla haavat eivät tulehdu
UPM-Kymmenen valmistamassa FibDex-sidoksessa perinteiseen haavasidokseen on yhdistetty ohut nanosellukalvo. Tätä käytetään ihonsiirrealueiden peittelyyn esimerkiksi palovamma- ja plastiikkakirurgiapotilailla.
Nanosellu sitoo pinnalleen hyvin tehokkaasti vettä. Näin se muodostaa suojaavan kalvon, joka estää kosteutta haihtumasta haava-alueelta. Kosteudessa elimistön kasvutekijä- ja tulehdustekijäproteiinit voivat suorittaa rauhassa tehtäväänsä: ohjeistaa uuden iho- ja verisuonikudoksen rakentamista.
Haava paranee kalvon suojassa, ja kun uusi iho syntyy, nanosellukalvo pullahtaa vesipatjansa turvin ulos haavasta. Tämä on nanosellusidoksen suuri hyöty. Muissa vastaavissa tuotteissa terve iho tarttuu kiinni suojakalvoon. Kun kalvoa poistetaan, se samalla repii hieman ihoa mukaansa.
Nanoselluhaavasidoksen alla haavat eivät tulehdu. Vielä ei tiedetä, mistä tämä johtuu. Sidos voi olla steriili eli hyvin puhdas. Tai sitten sellun mukana tulee puiden immuunipuolustukseen kuuluvia antibakteerisia molekyylejä, jotka toimivat myös ihmisen immuunipuolustuksen apuna.
UPM osti patentit Helsingin yliopistolta
Idea nanosellun tutkimiseen syntyi vuonna 2006, kun Yliperttula sai tietää aineen sähkönjohtavuudesta. Hän alkoi miettiä, voisiko sitä hyödyntää myös biofarmasiassa.
Villit ajatukset kiinnostivat rahoittajia, ja UPM osallistui tutkimukseen tarjoamalla nanoselluloosaa. Sitä ei tuolloin vielä ollut myynnissä, ja nykyiselläänkin se on melko kallista.
Ensin Yliperttula kehitti nanosellusta implantteja, joilla annosteltiin lääkkeitä. Muuttamalla nanosellun jäykkyyttä — veden määrää — voi vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti lääkeaineet liukenevat implantista elimistöön.
Seuraavaksi Yliperttula kehitti kasvatusalustoja soluille. Muuttamalla nanosellun jäykkyyttä siinä sai elämään eri tyyppisiä soluja.
Soluista ryhmä eteni minikudosten kasvatukseen. Nanosellun eduksi kasvatusalustana ilmeni se, että siitä kudokset irtosivat helposti. Niitä ei joutunut repimään irti niin kuin monista muista alustoista.
UPM osti nämä patentit Helsingin yliopistolta 2010-luvun alussa. Yliperttula ei kerro summaa, mutta rahalla hänen ryhmänsä saattoi rauhassa tehdä tutkimusta viisi vuotta. UPM valmistaa nanoselluloosahydrogeeliä nyt muun muassa Lappeenrannan tehtaillaan.
Epäseksikäs mutta tärkeä tutkimuskohde
Kaikkiaan Yliperttulan aloittama tutkimus nanosellun käytöstä biofarmasiassa on poikinut 11 väitöskirjaa ja liki sata kansainvälistä tiedejulkaisua. Yliperttula on keksijänä tusinassa patentissa, jotka ovat edelleen poikineet yli 180 kansainvälistä patenttia tai patenttihakemusta.
Ryhmältä syntyi syksyllä jälleen uusi julkaisu. Tutkijat olivat laittaneet syvään haavaan veren ainesosia sisältävää nanoselluloosahydrogeeliä. Veren ainesosat auttoivat verisuonia korjaamaan itse itsensä, ja haavan parannuttua hydrogeeli pullahti ulos haavasta.
— Tästä voi olla apua syvien makuuhaavojen hoidossa. Haavanhoito on tärkeä mutta hyvin epäseksikäs tutkimuskohde, joten sitä pitää tutkia ylipistoissa.
Kylmäkuivatus avuksi
Kun nanosellusta poistaa veden kokonaan, siitä saadaan nanosellupulveria. Pulverin voi ”herättää eloon” lisäämällä siihen vettä. Kevyen nanosellupulverin kuljetus auttaa ehkä jatkossa sairaanhoidossa ja ensiavussa etenkin maailman kriisialueilla.
Yliperttula miettii jo seuraavia siirtoja. Nanosellun sisällä lääkkeet, solut tai kudokset voisi kylmäkuivata pulveriksi. Pulveri säilyy huoneenlämmössä.
Kylmäkuivauksessa vesi sublimoituu eli muuttuu jäästä höyryksi. Tällöin lääkkeiden, solujen tai kudoksien ympärillä oleva nanosellurakenne ei hajoa.
— Rasvakudoksen kudosnesteitä olemme jo onnistuneet kylmäkuivaamaan nanosellun sisällä ja palauttamaan takaisin eloon. Miksi emme voisi vielä onnistua soluillakin?
Yliopisto-lehti on Helsingin yliopiston tiedeaikakauslehti, joka on sitoutunut Journalistin ohjeisiin.
Selluloosa on pitkä ja vahva hiilihydraatti, kasvisolujen soluseinien tärkein rakennusaine. Selluloosamolekyylit kietoutuvat yhteen ja muodostavat sellukuitua. Puussa selluloosaa on jopa puolet.
Sellu on pääasiassa sellukuitua ja vettä sisältävää massaa. Se erotetaan puusta sellutehtaissa keittämällä ja kemikaaleilla.
Nanoselluksi kutsutaan veden ja selluloosan seosta, jossa selluloosamolekyylit eivät ole kietoutuneina yhteen vaan ne ovat yksittäin. Yksittäisen kuidun paksuus on sama kuin molekyylin paksuus, vain 4—7 nanometriä. Pituus vaihtelee ja on tyypillisesti joitain satoja nanometrejä.
Rakennusaineet nanosellussa ovat miltei samat kuin sellussa, mutta ominaisuudet erilaiset. Kyse on matematiikasta. Kun esimerkiksi pallon säde kasvaa, sen pinta-ala kasvaa toiseen potenssiin mutta tilavuus kasvaa kolmanteen potenssiin. Mitä pienempi kappale, sitä suurempi sen pinta-ala on suhteessa kappaleen kokoon.
Nanosellussa kuidut ovat vain yhden molekyylin paksuisia eli niissä on suhteellisesti ottaen valtavasti pinta-alaa. Tämä selittää nanosellun vedensitomiskyvyn. Selluloosamolekyylin pinnasta viidesosa on vapaata hydroksyyliryhmää (-OH), joka sitoo herkästi vesimolekyylejä itseensä.
Kun nanosellussa on vain yksittäisiä molekyylejä, siinä on valtavasti vettä sitovaa pintaa.