The effects of low-intensity ultrasound in bioabsorbable self-reinforced poly-L-lactide -fixed cancellous bone fracture

The purpose of the present study was to investigate the effects of low-intensity ultrasound on bioabsorbable self-reinforced poly-L-lactide (SR-PLLA) screws and on fracture healing after SR-PLLA device fixation in experimental and clinical cancellous bone fracture. In the first experimental study, the assessment of the mechanical strengths of the SR-PLLA screws was performed after 12 weeks of daily 20-minute ultrasound exposure in vitro. In the second experimental study, 32 male Wistar rats with an experimental distal femur osteotomy fixed with an SR-PLLA rod were exposed for daily low-intensity ultrasound treatment for 21 days. The effects on the healing bone were assessed. The clinical studies consist of three prospective, randomized, and placebo-controlled series of dislocated lateral malleolar fractures fixed with one SR-PLLA screw. The total number of the patients in these series was 52. Half of the patients were provided randomly with a sham ultrasound device. The patients underwent ultrasound therapy 20 minutes daily for six weeks. Radiological bone healing was assessed both by radiographs at two, six, nine, and 12 weeks and by multidetector computed tomography (MDCT) scans at two weeks, nine weeks, and 18 months. Bone mineral density was assessed by dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). The clinical outcome was assessed by both Olerud-Molander scoring and clinical examination of the ankle. Low-intensity ultrasound had no effects on the mechanical properties and degradation behaviour of the SR-PLLA screws in vitro. There were no obvious signs of low-intensity ultrasound-induced enhancement in the bone healing in SR-PLLA-rod-fixed metaphyseal distal femur osteotomy in rats. The biocompatibility of low-intensity ultrasound treatment and SR-PLLA was found to be good. In the clinical series low-intensity ultrasound was observed to have no obvious effects on the bone mineral density of the fractured lateral malleolus. There were no obvious differences in the radiological bone healing times of the SR-PLLA-screw-fixed lateral malleolar fractures after low-intensity ultrasound treatment. Low-intensity ultrasound did not have any effects on radiological bone morphology, bone mineral density or clinical outcome 18 months after the injury. There were no obvious findings in the present study to support the hypothesis that low-intensity pulsed ultrasound enhances bone healing in SR-PLLA-rod-fixed experimental metaphyseal distal femur osteotomy in rats or in clinical SR-PLLA-screw-fixed lateral malleolar fractures. It is important to limit the conclusions of the present set of studies only to lateral malleolar fractures fixed with an SR-PLLA screw.

POP-inhibiittorin KYP-2047 vaikutukset angiogeneesiin in vitro

Angiogeneesi on tärkeä ilmiö elimistön fysiologiassa, mutta myös lukuisissa patologisissa tiloissa. Angiogeneesi on monivaiheinen prosessi, joka sisältää angiogeneesiä indusoivia ja sitä inhiboivia tekijöitä tasapainossa keskenään. Useat tutkimukset puoltavat sitä, että tymosiini ȕ4 (Tȕ4) ja tetrapeptidi Ac-SDKP (N-asetyyliseryyli- aspartyyli-lysyyli-proliini) indusoivat angiogeneesiä in vitro ja in vivo. Tutkimukset viittaavat myös siihen, että prolyylioligopeptidaasi (POP) hydrolysoi peptidifragmentin Ac- SDKP Tȕ4:n (43 ah) proliinin jälkeen. POP on laajalti esiintyvä seriiniproteaasi, joka pystyy pilkkomaan vain alle 30 aminohapon oligopeptidejä. Tȕ4:n tulee siksi pilkkoutua ensin jonkin, vielä tuntemattoman peptidaasin johdosta. POP:ia on löydetty eniten aivoista, minkä vuoksi sitä on tutkittu varsinkin muistin ja oppimisen häiriötiloissa sekä neurodegeneratiivisten sairausten yhteydessä. POP:in todellinen fysiologinen merkitys on kuitenkin vielä selvittämättä. Tämän pro gradun kirjallisuusosiossa selvitetään angiogeneesiin liittyvien tekijöiden yhteyksiä sekä kuvataan angiogeenisten Tȕ4:n, Ac-SDKP:n ja POP:in ominaisuuksia, esiintymistä ja toimintaa. Kokeellisen osion tarkoituksena oli osoittaa, osallistuvatko POP ja Tȕ4 tetrapeptidin Ac-SDKP muodostumiseen ja kapillaarimuodostumiseen ja edelleen, voidaanko POPaktiivisuutta, tetrapeptidi- ja kapillaarimuodostumista estää spesifisellä POP-inhibiittorilla, KYP-2047:llä. Kokeellinen osa oli kaksiosainen. Ensimmäisessä osassa tutkittiin POPaktiivisuutta ja suoritettiin Ac-SDKP –pitoisuusmittauksia ajanjaksolla 0-180 min Wistarkannan rotista tehdyillä homogenaateilla. Tutkimusryhminä olivat 0,1 ja 0,5 μM KYP-2047 (+2 μM Tȕ4), 1:20 (0,625 μM) humaaniperäinen rekombinantti-POP (+ 2 μM Tȕ4), 2 μM Tȕ4 (pos. kontrolli) ja raakahomogenaatti (neg. kontrolli). Toisessa osassa tutkittiin kapillaarimuodostumista ajanjaksolla 0-180 min humaaniperäisillä napanuoralaskimon primaariendoteelisoluilla MatrigelTM Matrix -päällystetyllä 48- kuoppalevyllä, jolle oli siirrostettu 50 000 solua/kuoppa. Naudan seerumilla ja antibiooteilla käsitellyt tutkimusryhmät olivat 5 ja 10 μM KYP-2047 (+4 μM Tȕ4), 1:20 (0,625 μM) humaaniperäinen rekombinantti-POP (+4 μM Tȕ4), 4 μM Tȕ4 (pos. kontrolli) ja DMEM (neg. kontrolli). Kuoppia inkuboitiin ja kapillaarimuodostuminen kuvattiin valomikroskoopilla digitaalikameralla. Kutakin tutkimusryhmää pipetoitiin kolmeen rinnakkaiseen kuoppaan ja kokeet toistettiin neljästi. Sulkeutuneiden kapillaarien lukumäärä laskettiin manuaalisesti ja tuloksista tehtiin tilastollinen analyysi. 7ȕ4:n ja POP:in havaittiin molempien osallistuvan tetrapeptidin AC-SDKP muodostumiseen munuaishomogenaateissa. Primaariendoteelisolut muodostivat selkeitä kapillaareja Matrigelilla, erityisesti POP- ja Tȕ4–ryhmissä. KYP-2047 inhiboi tehokkaasti POP:ia kaikissa kokeissa osoittautuen hyväksi antiangiogeeniseksi yhdisteeksi. Angiogeneesin mekanismien ja POP:in, Tȕ4:n ja Ac-SDKP:n yhteyksien selvittäminen vaatii luonnollisesti vielä lisätutkimuksia.

Diabetic cardiomyopathy and post-infarct ventricular remodelling : Effects of levosimendan in a rodent model of type II diabetes

Type 2 diabetes is a risk factor for the development of cardiovascular disease. Recently, the term diabetic cardiomyopathy has been proposed to describe the changes in the heart that occur in response to chronic hyperglycemia and insulin resistance. Ventricular remodelling in diabetic cardiomyopathy includes left ventricular hypertrophy, increased interstitial fibrosis, apoptosis and diastolic dysfunction. Mechanisms behind these changes are increased oxidative stress and renin-angiotensin system activation. The diabetic Goto-Kakizaki rat is a non-obese model of type 2 diabetes that exhibits defective insulin signalling. Recently two interconnected stress response pathways have been discovered that link insulin signalling, longevity, apoptosis and cardiomyocyte hypertrophy. The insulin-receptor PI3K/Ak pathway inhibits proapoptotic FOXO3a in response to insulin signalling and the nuclear Sirt1 deacetylase inhibits proapoptotic p53 and modulates FOXO3a in favour of survival and growth. --- Levosimendan is a calcium sensitizing agent used for the management of acute decompensated heart failure. Levosimendan acts as a positive inotrope by sensitizing cardiac troponin C to calcium and exerts vasodilation by opening mitochondrial and sarcolemmal ATP-sensitive potassium channels. Levosimendan has been described to have beneficial effects in ventricular remodelling after myocardial infarction. The aims of the study were to characterize whether diabetic cardiomyopathy associates with cardiac dysfunction, cardiomyocyte apoptosis, hypertrophy and fibrosis in spontaneously diabetic Goto-Kakizaki (GK) rats, which were used to model type 2 diabetes. Protein expression and activation of the Akt FOXO3a and Sirt1 p53 pathways were examined in the development of ventricular remodelling in GK rats with and without myocardial infarction (MI). The third and fourth studies examined the effects of levosimendan on ventricular remodelling and gene expression in post-MI GK rats. The results demonstrated that diabetic GK rats develop both modest hypertension and features similar to diabetic cardiomyopathy including cardiac dysfunction, LV hypertrophy and fibrosis and increased apoptotic signalling. MI induced a sustained increase in cardiomyocyte apoptosis in GK rats together with aggravated LV hypertrophy and fibrosis. The GK rat myocardium exhibited decreased Akt- FOXO3a phosphorylation and increased nuclear translocation of FOXO3a and overproduction of the Sirt1 protein. Treatment with levosimendan decreased cardiomyocyte apoptosis, senescence and LV hypertrophy and altered the gene expression profile in GK rat myocardium. The findings indicate that impaired cardioprotection via Akt FOXO3a and p38 MAPK is associated with increased apoptosis, whereas Sirt1 functions in counteracting apoptosis and the development of LV hypertrophy in the GK rat myocardium. Overall, levosimendan treatment protects against post-MI ventricular remodelling and alters the gene expression profile in the GK rat myocardium.

Sydämen hypertrofian ja kroonisen vajaatoiminnan farmakologinen hoito

Sydämen krooninen vajaatoiminta on merkittävä maailmanlaajuinen ongelma. Se on erilaisten sydän- ja verisuonisairauksien aiheuttama monimuotoinen oireyhtymä. Sydämen vasemman kammion hypertrofia eli sydämen seinämien paksuuntuminen on yksi keskeinen tekijä, joka voi olla sydämen vajaatoiminnan taustalla. Kohonnut verenpaine on yleisin syy, joka johtaa sydänlihaksen paksuuntumiseen. Tämä johtaa sydämen pumppaustoiminnan häiriintymiseen, erilaisten neurohormonaalisten mekanismien aktivaatioon ja edelleen sydämen vajaatoimintaan. Sydämen vajaatoiminnan neurohormonaalisista mekanismeista tärkeimmät ovat reniini-angiotensiini-aldosteroni-järjestelmän ja sympaattisen hermoston aktivaatio, sydämen rakenteiden uudelleenmuovautuminen, sydänlihassolujen apoptoosi ja systeeminen tulehdustila. Sydämen hypertrofiaa ja sen syntymistä pyritään estämään kohonneen verenpaineen lääkehoidolla. Reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmällä on keskeinen merkitys sydämen vajaatoiminnassa. Sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavista lääkeaineista angiotensiinikonvertasin estäjät (ACEestäjät) ovat säilyttäneet johtoasemansa jo vuosikymmenten ajan. Angiotensiinireseptoreiden salpaajien (AT1-salpaajien) odotettiin syrjäyttävän ACE-estäjät sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta toistaiseksi niitä pidetään vain vaihtoehtoisina lääkkeinä. Sympaattisen hermoston aktivaatiota vähentävät β-salpaajat ovat vakiinnuttaneet asemansa toiseksi tärkeimpänä lääkeryhmänä. Diureetit ovat paljon käytetty lääkeaineryhmä sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta niistä ainoastaan aldosteroniantagonisteilla on tutkitusti ennustetta parantavaa vaikutusta. Kroonisen vajaatoiminnan hoidossa käytetään edelleen myös digoksiinia. Tulevaisuudessa sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavia lääkeaineita voivat olla reniinin estäjät, neutraaliendopeptidaasin estäjät, vasopressiinin antagonistit tai inflammatroisiin sytokiineihin vaikuttavat molekyylit. Erikoistyön kokeellisessa osiossa tarkoituksena oli tutkia sydämen hypertrofian kehittymistä vatsa-aortta kuristetuilla rotilla ja kalsiumherkistäjä levosimendaanin sekä AT1-salpaaja valsartaanin vaikutuksia hypertrofian kehittymiseen. Kokeellisessa osiossa arvioitiin myös sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan jyrsijämallina käytetyn vatsa-aortan kuristuksen (koarktaation) toimivuutta ja vaikutuksia ultraäänen avulla määritettyihin kardiovaskulaarisiin parametreihin. Vatsa-aortta kuristettiin munuaisvaltimoiden yläpuolelta. Kuristus saa aikaan verenpaineen kohoamisen ja sydämen työtaakan lisääntymisen. Pitkittyessään tila johtaa sydänlihaksen hypertrofiaan ja vajaatoimintaan. 64 eläintä jaettiin ryhmiin, siten että jokaiseen ryhmään tuli kahdeksan eläintä. Ryhmistä kolmelle annettiin lääkeaineena levosimendaania kolmella eri päiväannoksella (0,01 mg/kg; 0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg) ja kolmelle valsartaania kolmella eri päiväannoksella (0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg; 10,00 mg/kg) juomaveden mukana. Lääkitys aloitettiin leikkauksen jälkeen ja jatkettiin kahdeksan viikon ajan. Kardiovaskulaariset parametrit, kuten isovolumetrinen relaksaatioaika (IVRT), vasemman kammion läpimitta systolessa ja diastolessa sekä seinämäpaksuudet, ejektiofraktio (EF), supistuvuusosuus (FS), minuuttitilavuus (CO) ja iskutilavuus (SV) määritettiin kahdeksan viikon kuluttua leikkauksesta ultraäänitutkimuksen avulla. Lisäksi määritettiin eläinten sydämen paino suhteessa ruumiin painoon. Tuloksia verrattiin ilman lääkehoitoa olleeseen koarktaatioryhmään. Eläinmallin toimivuutta arvioitiin vertaamalla koarktaatioryhmän tuloksia sham-operoidun ryhmän tuloksiin. Levosimendaanilla havaittiin työssä sydämen systolista toimintaa parantava vaikutus. Tämä näkyi tendenssinä parantaa ejektiofraktioita ja vasemman kammion supistuvuusosuuksia. Sydämen diastoliseen toimintaan ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Diastolista toimintaa arvioitiin isovolumetrisen relaksaatioajan muutoksilla. Sydämen hypertrofian kehittymiseen ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Eläinmallin todettiin mallintavan hyvin sydämen hypetrofiaa ihmisellä, mutta ei niinkään sydämen vajaatoimintaa.

Hypertension, kardiotoxicitet och njursvikt i samband med tyrosinkinashämmaren sunitinib

Nybildning av blodkärl från tidigare existerande kärl, angiogenes, är ett väsentligt skede vid tumörtillväxt. Denna process regleras av bland annat tillväxtfaktorer, var av den vaskulära endoteliala tillväxtfaktorn har en central roll. Hämning av angiogenes kan ske antingen extracellulärt med hjälp av humaniserade monoklonala antikroppar eller intracellulärt med hjälp av småmolekylära hämmaren. Sunitinib är en småmolekylär multikinashämmare och inhiberar flera tyrosinkinasreceptorer som påverkar tumörtillväxten och metastasutvecklingen vid cancer. Sunitinibs främsta indikationer är gastrointestinala stromacellstumörer, metastaserad njurcellscancer och neuroendokrina tumörer i bukspottskörteln. Behandling med tyrosinkinashämmare orsakar biverkningar som hypertension, kardiotoxicitet och njursvikt, vilka antas bero på de hämmande effekterna på mål som inte är väsentliga för anti-cancer-aktiviteten (”off-target” biverkningar). Bland annat AMP-aktiverat proteinkinas (AMPK), ett kinas som upprätthåller metabolisk homeostas i hjärtat, inhiberas av sunitinib och antas framkalla kardiovaskulära biverkningar. För att reducera ”off-target” biverkningar strävar man till att hitta alternativ som minskar de skadliga effekterna utan att den terapeutiska aktiviteten försvagas. Bland annat ett begränsat kaloriintag har uppvisat skyddande effekt på hjärtat via mekanismer sammankopplade till ökad resistens mot oxidativ stress, inflammation och mitokondriell dysfunktion, samt avtagande apoptos och autofagi. Detta sker delvis genom aktivering av enzymet Sirt1. Syftet med den här studien var att undersöka ifall kaloribegränsning skyddar mot kardiovaskulära och renala biverkningar inducerade av sunitinib hos råttor. Dessutom studerades vilka signalkedjor i cellen som medverkar. I studien användes 40 spontant hypertensiva råttor samt 10 normotensiva Wistar-Kyoto råttor. Försöksdjuren delades in i fem grupper beroende på behandling; I WKY kontroll, II SHR kontroll, III SHR + kaloribegränsning 70 %, IV SHR + sunitinib 3 mg/kg och V SHR + sunitinib 3 mg/kg + kaloribegränsning 70 %. Behandlingsperioden var åtta veckor. Blodtrycket mättes varje vecka med svansmanchett, urinutsöndringen undersöktes vecka 4 och vecka 8 med metabolismburar, ultraljudsundersökning av hjärtat utfördes sista veckan och blodkärlens respons till acetylkolin och natriumnitroprussid studerades i samband med avlivning. Proteinerna Sirt1 och AMPK analyserades i hjärtat med Western blotting samt förekomsten av makrofagmarkören ED1 i njurarna med immunhistokemi. Studien visade att sunitinibdosen 3 mg/kg är mycket väl tolererbar hos råttor eftersom sunitinib inte orsakade högre blodtryck, kraftigare hypertrofi eller mer omfattande njurskada jämfört med obehandlade SHR- grupper. Utgående från resultaten kan man också konstatera att kaloribegränsningen har positiva kardiovaskulära effekter.