Akatemiatutkija Pasi Jalava Itä-Suomen yliopistosta tutkii moottoripäästöjen ja etenkin terveydelle erittäin haitallisten nanokokoisten hiukkasten toksisuutta altistamalla soluja suoraan savu- ja pakokaasuille.

Uskomatonta, mutta meillä ei ole laajaa vertailua nykyaikaisista polttoaineista, ainakaan jos halutaan arvioida niiden vaikutuksia suoraan päästölähteestä. Tilanne muuttuu Pasi Jalavan johtamassa akatemiahankkeessa, jossa tarkastellaan dieselin, eri bioperustaisten dieselien, moottoribensiinin ja etanolipolttoaineen päästöjen haittavaikutuksia.

Jalava korostaa heti kättelyssä, että päästöjen kannalta polttotekniikka on polttoainetta tärkeämpi. Nykyisellään esimerkiksi bensiini- ja dieselajoneuvojen päästöt ovat lähellä toisiaan, kunhan ajoneuvot ja päästöjen käsittelytekniikka toimivat oikein.

"Esimerkiksi autovalmistajien päästöskandaaleissa on ollut kyse lähinnä typen oksideista. Oikein toimivan EURO 6 -auton päästöt ovat hyvin alhaiset, hiukkaspitoisuudet jopa mitattavuuden rajoilla. Siksi on tärkeää selvittää uusien teknologioiden vaikutusta päästöihin ja niiden terveyshaittoihin. Ja kun puhutaan liikenteen hiukkaspäästöistä Suomessa, ei saa unohtaa renkaiden ja jarrujen kulumisen ja katupölyn suurta vaikutusta."

Kuva: Auton mittaustyötä Jalavan tutkimusryhmän laboratoriossa.

Tämä akatemiatutkimus antaa osaltaan lisätietoa siitä, ovatko liikenteeseen viime aikoina kohdistetut toimet ja poliittiset päätökset oikean suuntaisia. Tutkimus on kansainvälisesti tärkeä, ajankohtainen ja herättää kiinnostusta konferensseissa, joten tulosten yhteiskunnallinen vaikuttavuus saattaa yltää maailmanlaajuiselle tasolle asti. 

Nanohiukkasten terveyshaitat tunnetaan… vai tunnetaanko?

Nanohiukkaset ovat halkaisijaltaan alle sadan nanometrin kokoisia hiukkasia, jotka kulkeutuvat syvälle keuhkoihin tekemään tuhojaan ja leviävät sieltä vielä verenkierron mukana muihin elimiin – jopa aivoihin.

"Polttoprosessissa syntyy paljon eri kokoisia hiukkasia. Nykyisillä päästötoimilla on vähennetty hiukkasten kokonaismassaa, mutta koska nanohiukkasten massa on pieni ja määrä suuri, ne eivät ole vähentyneet samassa suhteessa."

Nanohiukkaset aiheuttavat elimistön soluissa erilaisia muutoksia: tulehdusta, solutoksisuutta, DNA-vaurioita ja hapettavaa stressiä. Seuraukset näkyvät muun muassa sydän- ja hengityssairauksina ja syöpinä. Tulevaisuudessa lista pidentynee esimerkiksi hiukkasten neurotoksisuudella ja ilmansaasteiden mahdollisilla yhteyksillä neurologisiin sairauksiin.

Ainutlaatuista: solut altistetaan suoraan päästölle

Hiukkasten toksikologisia vaikutuksia tutkitaan solumalleilla, mutta aiemmin käytössä ei ole ollut suora-altistusmenetelmää nanokokoisille hiukkasille. Perinteisesti näyte on kerätty suodattimelle jatkokäsittelyä varten, mutta Jalavan ryhmä yhteistyössä muiden Itä-Suomen yliopiston tutkimusryhmien kanssa on kehittänyt solualtistuslaitteiston, jossa solut altistetaan aidolle, kaikki kaasut ja hiukkaset sisältävälle savu- tai pakokaasulle.

Solualtistuslaitteistosta kaavaillaan liikuteltavaa, jotta mittauksia voitaisiin tulevaisuudessa tehdä paikan päällä. Nyt päästö tuotetaan polttoreaktiossa laboratoriossa. Kaupunki-ilmatutkimuksessa käytetään edelleen perinteistä suodatinkeräyksiin perustuvaa menetelmää, jossa solut altistetaan ilmasta kerätylle näytteelle pipetoimalla solujen päälle hiukkasista valmistettua näytesuspensiota. Kaasua ei kuitenkaan tupruteta suoraan solumaljaan.

"Ensin päästö ohjataan muutuntakammioon laimenemaan ja ikääntymään, koska emme oikeastikaan saa altistusta suoraan pakoputkesta tai savupiipusta. Ilmansaasteet laimenevat, reagoivat keskenään ja muuntuvat auringon säteilyn ja reaktiivisten kaasujen johdosta. Vasta tälle sekoitukselle altistutaan."

Ryhmä tarkastelee kammiossa muodostuvia uusia hiukkasia ja tutkii soluihin kohdistuvia toksikologisia vaikutuksia, kuten DNA-vaurioita, solukuolemaa ja solujen elatusnesteeseen erittämiä tulehdusvälittäjäaineita. 

Kuva: Muutuntakammiossa on pussi, jonka sisältöä muutetaan simuloimalla auringonvaloa ulkoilmassa seinillä olevien UV- valolähteiden avulla.

Akatemiarahoituksella palkataan myös väitöskirjantekijät  

Ilmansaastetutkimuksessa Jalava arvostaa aitoa monitieteellisyyttä: on fysiikkaa, kemiaa, toksikologiaa, ympäristötiedettä ja terveystieteitä. Menetelmiä jaetaan yli aiherajojen laajassa, kansainvälisessä yhteistyöverkostossa. Kuopion kampuksen tutkimusinfraa Jalava kehuu ainutlaatuiseksi: samassa paketissa ovat poltto- ja ilmakehäprosessit ja toksikologia.

Lataa isompi kuva käyttöösi

"Tässä hankkeessa työskentelen inhalaatiotoksikologian ryhmässä. Meitä on useampi seniorimpi tutkija, kaikilla oma tutkimusalueensa ja väitöskirjatyöntekijänsä."

Aineistoa kerätään mittauskampanjoilla, ja niiden välissä tutkijat tekevät solu- ja altistustutkimusta.

"Akatemian rahoituksella on aivan keskeinen rooli. Ensinnäkin se mahdollistaa keskittymisen työhön vuosien ajan. Lisäksi väitöskirjantekijät, jotka ovat käytännössä korvaamattomia, voidaan palkata akatemiatutkijan rahoitusmallin kautta."

Ainutlaatuisen tutkimuslaitteiston kehitystyön ohella tulokseksi saadaan dataa – väitöskirjojen lisäksi kansainvälisiä artikkeleita – jolla voidaan arvioida uusien teknologioiden päästöhaittavaikutuksia. Jalava tietää tulosten kiinnostavan kansainvälistä tutkimusyhteisöä ja toivoo, että niillä tulee olemaan laajempi merkitys muun muassa arvioitaessa päästöjen vähennystarvetta.

Kuva: Nanohiukkasten solutoksisuustutkimuksessa käytettävä solualtistuslaite.

Kuva: Työmatkat kuljettavat tutkijaa maailmalla. Joskus onneksi ehtii lentokenttien lisäksi näkemään vaikkapa Niagaran putoukset.

Teksti: Nina Mäki-Kihniä

Kuvat: Antti Karppinen ja Pasi Jalava