Kirjallisuuskatsaus: Eturauhassyövän androgeeniresponsiiviset in vivo -mallit; Kokeellinen osa: Bioluminesenssiin perustuvan ortotooppisen eturauhassyöpämallin optimointi

Eturauhassyöpä on yksi yleisimmistä syövistä länsimaissa. Eturauhassyöpä on yleensä hitaasti kehittyvä tauti. Edetessään se voi kuitenkin muuntua aggressiivisemmaksi ja aiheuttaa metastaaseja, jotka ovat pääasiallisena syynä taudin kuolleisuuteen. Androgeenit ovat merkittäviä tekijöitä eturauhassyövän patogeneesissä ja eturauhassyöpäkudos on useimmiten riippuvainen androgeeneista. Tämän vuoksi hoidon tavoitteena on estää niiden eritys kirurgisella tai kemiallisella kastraatiolla ja/tai estää androgeenien vaikutus antiandrogeeneilla. Eturauhassyöpää sekä sen hoitoon tarkoitettuja uusia lääkehoitomahdollisuuksia tutkitaan kiivaasti. Eturauhassyövän tutkimiseen on kehitetty lukematon määrä erilaisia in vivo -malleja. Koska eturauhassyöpä on yleensä androgeeneille herkkä, kuvaavat androgeeniresponsiiviset eläinmallit ihmisen tautia parhaiten. Eturauhassyövän mallintamiseen in vivo voidaan käyttää eri eläinlajeja, mutta hiiri on ylivoimaisesti käytetyin mallieläin. Immuunipuutteisiin hiiriin voidaan aiheuttaa kasvaimia inokuloimalla ihmisen kasvainsoluja tai osia ihmisen kasvaimista. Ortotooppisesti eturauhaseen inokuloitavat kasvainmallit mallintavat eturauhassyövässä esiintyvää syöpäsolujen ja stroomasolujen välistä epänormaalia vuorovaikutusta. Muuntogeeniset hiirimallit ovat yhä yleisempiä eturauhassyövän tutkimuksessa. Muuntogeenisilla malleilla voidaan mallintaa taudin kehittymistä ja sen etenemistä kokonaisuudessaan parhaiten. Eturauhasessa olevaa kasvainta ja sen kasvua on vaikea seurata ilman prostataspesifisen antigeenin (PSA) pitoisuuden mittausta tai erityisiä kuvantamistekniikoita. Tällaisia menetelmiä, kuten optista kuvantamista, käytetään yhä enemmän hyödyksi erilaisissa eturauhassyövän in vivo -malleissa. Tutkielman kokeellisen osan tavoitteena oli optimoida bioluminesenssiin perustuva optinen kuvantamismenetelmä androgeeniresponsiivisessa LNCaP-luc2-solulinjassa ortotooppisessa eturauhassyöpämallissa. Bioluminesenssikuvantaminen perustuu kasvainsolujen ilmentämän lusiferaasin katalysoimaan reaktioon, jossa entsyymin substraatti, lusiferiini, hapettuu ja tuottaa näkyvää valoa. Lisäksi tavoitteena oli tutkia lääkehoitojen ja kastraation vasteita mallissa. Bioluminesenssiin perustuvalla kuvantamisella oli mahdollista seurata eturauhaskasvainten kasvua noninvasiivisesti, reaaliaikaisesti ja toistuvasti. Bioluminesenssikuvantamisen avulla kasvainten kvantitointi oli nopeampaa kuin ultraäänikuvantamisen avulla, ja kasvainten kasvua oli myös mahdollista seurata useammin kuin seerumin PSA-mittausten avulla. Bioluminesenssikuvantamisen todettiin korreloivan paremmin PSA-pitoisuuden kanssa kuin kasvaimen todelliseen kokoon lopetushetkellä. Seerumin PSA-pitoisuus korreloi kuitenkin bioluminesenssimittausta paremmin eturauhaskasvaimen kokoon tässä kokeessa. Kasvainten oletettua suurempaa kokoa voidaan pitää todennäköisimpänä syynä sille, ettei lääkehoitojen tai kastraation todettu vaikuttavan kasvainten kasvuun bioluminesenssikuvantamisella mitattuna. Bioluminesenssikuvantaminen ei sovellu suurille eikä nekroottisille kasvaimille, sillä kuvantamismenetelmä toimii vain elävillä soluilla. Bioluminesenssikuvantamisen hyödyntämisen kannalta oleellista tässä mallissa on myös lusiferiini-injektion onnistuminen. Jatkotutkimuksia tarvitaan edelleen mallin validoimiseksi mm. lääkehoitojen vasteiden osoittamiseksi.

Noninvasive biomarkers for early smoking related lung disease

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a slowly progressive disease characterized by airway inflammation and largely irreversible airflow limitation. One major risk factor for COPD is cigarette smoking. Since the inflammatory process starts many years prior to the onset of clinical symptoms and still continues after smoking cessation, there is an urgent need to find simple non-invasive biomarkers that can be used in the early diagnosis of COPD and which could help in predicting the disease progression. The first aim of the present study was to evaluate the involvement of different oxidative/nitrosative stress markers, matrix metalloproteinases (MMPs) and their tissue inhibitor-1 (TIMP-1) in smokers and in COPD. Elevated numbers of inducible nitric oxide synthase (iNOS), nitrotyrosine, myeloperoxidase (MPO) and 4-hydroxy-2-nonenal (4-HNE) positive cells and increased levels of 8-isoprostane and lactoferrin were found in sputum of non-symptomatic smokers compared to non-smokers, and especially in subjects with stable mild to moderate COPD, and they correlated with the severity of airway obstruction. This suggests that an increased oxidant burden exists already in the airways of smokers with normal lung function values. However, none of these markers could differentiate healthy smokers from symptomatic smokers with normal lung function values i.e. those individuals who are at risk of developing COPD. In contrast what is known about asthma exhaled nitric oxide (FENO) was lower in smokers than in non-smokers, the reduced FENO value was significantly associated with neutrophilic inflammation and the elevated oxidant burden (positive cells for iNOS, nitrotyrosine and MPO). The levels of sputum MMP-8 and plasma MMP-12 appeared to differentiate subjects who have a risk for COPD development but these finding require further investigations. The levels of all studied MMPs correlated with the numbers of neutrophils, and MMP-8 and MMP-9 with markers of neutrophil activation (MPO, lactoferrin) suggesting that especially neutrophil derived oxidants may stimulate the tissue destructive MMPs already in lungs of smokers who are not yet experiencing any airflow limitation. When investigating the role of neutrophil proteases (neutrophil elastase, MMP-8, MMP-9) during COPD exacerbation and its recovery period, we found that levels of all these proteases were increased in sputum of patients with COPD exacerbation as compared to stable COPD and controls, and decreased during the one-month recovery period, giving evidence for a role of these enzymes in COPD exacerbations. In the last study, the effects of subject`s age and smoking habits were evaluated on the plasma levels of surfactant protein A (SP-A), SP-D, MMP-9 and TIMP-1. Long-term smoking increased the levels of all of these proteins. SP-A most clearly correlated with age, pack years and lung function decline (FEV1/FVC), and based on the receiver operating characteristic curve analysis, SP-A was the best marker for discriminating subjects with COPD from controls. In conclusion, these findings support the hypothesis that especially neutrophil derived oxidants may activate MMPs and induce an active remodeling process already in the lungs of smokers with normal lung function values. The marked increase of sputum levels of neutrophil proteases in smokers, stable COPD and/or during its exacerbations suggest that these enzymes play a role in the development and progression of COPD. Based on the comparison of various biomarkers, SP-A can be proposed to serve as sensitive biomarker in COPD development.

Monitoring Indigenous Tropical Montane Forests in the Taita Hills Using Airborne Digital Camera Imagery

The loss and degradation of forest cover is currently a globally recognised problem. The fragmentation of forests is further affecting the biodiversity and well-being of the ecosystems also in Kenya. This study focuses on two indigenous tropical montane forests in the Taita Hills in southeastern Kenya. The study is a part of the TAITA-project within the Department of Geography in the University of Helsinki. The study forests, Ngangao and Chawia, are studied by remote sensing and GIS methods. The main data includes black and white aerial photography from 1955 and true colour digital camera data from 2004. This data is used to produce aerial mosaics from the study areas. The land cover of these study areas is studied by visual interpretation, pixel-based supervised classification and object-oriented supervised classification. The change of the forest cover is studied with GIS methods using the visual interpretations from 1955 and 2004. Furthermore, the present state of the study forests is assessed with leaf area index and canopy closure parameters retrieved from hemispherical photographs as well as with additional, previously collected forest health monitoring data. The canopy parameters are also compared with textural parameters from digital aerial mosaics. This study concludes that the classification of forest areas by using true colour data is not an easy task although the digital aerial mosaics are proved to be very accurate. The best classifications are still achieved with visual interpretation methods as the accuracies of the pixel-based and object-oriented supervised classification methods are not satisfying. According to the change detection of the land cover in the study areas, the area of indigenous woodland in both forests has decreased in 1955 2004. However in Ngangao, the overall woodland area has grown mainly because of plantations of exotic species. In general, the land cover of both study areas is more fragmented in 2004 than in 1955. Although the forest area has decreased, forests seem to have a more optimistic future than before. This is due to the increasing appreciation of the forest areas.