Assessment of In-House Natural Product and Synthetic Compound Libraries Based on In vitro Inhibition of Cholinesterases

The first line medication for mild to moderate Alzheimer s disease (AD) is based on cholinesterase inhibitors which prolong the effect of the neurotransmitter acetylcholine in cholinergic nerve synapses which relieves the symptoms of the disease. Implications of cholinesterases involvement in disease modifying processes has increased interest in this research area. The drug discovery and development process is a long and expensive process that takes on average 13.5 years and costs approximately 0.9 billion US dollars. Drug attritions in the clinical phases are common due to several reasons, e.g., poor bioavailability of compounds leading to low efficacy or toxic effects. Thus, improvements in the early drug discovery process are needed to create highly potent non-toxic compounds with predicted drug-like properties. Nature has been a good source for the discovery of new medicines accounting for around half of the new drugs approved to market during the last three decades. These compounds are direct isolates from the nature, their synthetic derivatives or natural mimics. Synthetic chemistry is an alternative way to produce compounds for drug discovery purposes. Both sources have pros and cons. The screening of new bioactive compounds in vitro is based on assaying compound libraries against targets. Assay set-up has to be adapted and validated for each screen to produce high quality data. Depending on the size of the library, miniaturization and automation are often requirements to reduce solvent and compound amounts and fasten the process. In this contribution, natural extract, natural pure compound and synthetic compound libraries were assessed as sources for new bioactive compounds. The libraries were screened primarily for acetylcholinesterase inhibitory effect and secondarily for butyrylcholinesterase inhibitory effect. To be able to screen the libraries, two assays were evaluated as screening tools and adapted to be compatible with special features of each library. The assays were validated to create high quality data. Cholinesterase inhibitors with various potencies and selectivity were found in natural product and synthetic compound libraries which indicates that the two sources complement each other. It is acknowledged that natural compounds differ structurally from compounds in synthetic compound libraries which further support the view of complementation especially if a high diversity of structures is the criterion for selection of compounds in a library.

Micropillar Array Based Microchips for Electrospray Ionization Mass Spectrometry, Microreactors, and Liquid Chromatographic Separation

This dissertation deals with the design, fabrication, and applications of microscale electrospray ionization chips for mass spectrometry. The microchip consists of microchannel, which leads to a sharp electrospray tip. Microchannel contain micropillars that facilitate a powerful capillary action in the channels. The capillary action delivers the liquid sample to the electrospray tip, which sprays the liquid sample to gas phase ions that can be analyzed with mass spectrometry. The microchip uses a high voltage, which can be utilized as a valve between the microchip and mass spectrometry. The microchips can be used in various applications, such as for analyses of drugs, proteins, peptides, or metabolites. The microchip works without pumps for liquid transfer, is usable for rapid analyses, and is sensitive. The characteristics of performance of the single microchips are studied and a rotating multitip version of the microchips are designed and fabricated. It is possible to use the microchip also as a microreactor and reaction products can be detected online with mass spectrometry. This property can be utilized for protein identification for example. Proteins can be digested enzymatically on-chip and reaction products, which are in this case peptides, can be detected with mass spectrometry. Because reactions occur faster in a microscale due to shorter diffusion lengths, the amount of protein can be very low, which is a benefit of the method. The microchip is well suited to surface activated reactions because of a high surface-to-volume ratio due to a dense micropillar array. For example, titanium dioxide nanolayer on the micropillar array combined with UV radiation produces photocatalytic reactions which can be used for mimicking drug metabolism biotransformation reactions. Rapid mimicking with the microchip eases the detection of possibly toxic compounds in preclinical research and therefore could speed up the research of new drugs. A micropillar array chip can also be utilized in the fabrication of liquid chromatographic columns. Precisely ordered micropillar arrays offer a very homogenous column, where separation of compounds has been demonstrated by using both laser induced fluorescence and mass spectrometry. Because of small dimensions on the microchip, the integrated microchip based liquid chromatography electrospray microchip is especially well suited to low sample concentrations. Overall, this work demonstrates that the designed and fabricated silicon/glass three dimensionally sharp electrospray tip is unique and facilitates stable ion spray for mass spectrometry.

The effects of organic environmental toxicants on hard tissue formation in developing tooth : An in vitro study in mice

Dioxins are organic toxicants that are known to impair tooth development, especially dental hard tissue formation. The most toxic dioxin congener is 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD). Further, clinical studies suggest that maternal smoking during pregnancy can affect child s tooth development. One of the main components of tobacco smoke is the group of non-halogenated polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), a representative of which is 7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA). Tributyltin (TBT), an organic tin compound, has been shown to impair bone mineralization in experimental animals. In addition to exposure to organic toxicants, a well-established cause for enamel hypomineralization is excess fluoride intake. The principal aim of this thesis project was to examine in vitro if, in addition to dioxins, other organic environmental toxicants, like PAHs and organic tin compounds, have adverse effects on tooth development, specifically on formation and mineralization of the major dental hard tissues, the dentin and the enamel. The second aim was to investigate in vitro if fluoride could intensify the manifestation of the detrimental developmental dental effects elicited by TCDD. The study was conducted by culturing mandibular first and second molar tooth germs of E18 NMRI mouse embryos in a Trowell-type organ culture and exposing them to DMBA, TBT, and sodium fluoride (NaF) and/or TCDD at various concentrations during the secretory and mineralization stages of development. Specific methods used were HE-staining for studying cell and tissue morphology, BrdU-staining for cell proliferation, TUNEL-staining for apoptosis, and QPCR, in situ hybridization and immunohistochemistry for the expressions of selected genes associated with mineralization. This thesis work showed that DMBA, TBT, TCDD and NaF interfere with dentin and enamel formation of embryonic mouse tooth in vitro, and that fluoride can potentiate the harmful effect of TCDD. The results suggested that adverse effects of TBT involve altered expression of genes associated with mineralization, and that DMBA and TBT as well as NaF and TCDD together primarily affect dentin mineralization. Since amelogenesis does not start until mineralization of dentin begins, impaired enamel matrix secretion could be a secondary effect. Dioxins, PAHs and organotins are all liposoluble and can be transferred to the infant by breast-feeding. Since doses are usually very low, developmental toxicity on most of the organs is difficult to indentify clinically. However, tooth may act as an indicator of exposure, since the major dental hard tissues, the dentin and the enamel, are not replaced once they have been formed. Thus, disturbed dental hard tissue formation raises the question of more extensive developmental toxicity.

Aspergillus niger -proliiniendopeptidaasi prolamiinien eliminoinnissa

Tutkielman kirjallisuusosassa perehdyttiin vehnän, rukiin ja ohran, eli Triticeaeprolamiinien erityisasemaan keliakianäkökulmasta tarkasteltuna ja prolamiinien hydrolyysiin proliinispesifeillä entsyymeillä. Lisäksi tarkasteltiin prolamiinien immunologisia määritysmenetelmiä. Keliakiassa haitalliset gluteenipeptidit sisältävät runsaasti proliinia ja ovat hankalia pilkkoa muilla kuin proliinispesifeillä peptidaaseilla. Suurin osa immunologisen reaktion aiheuttavista gluteenilähtöisistä peptideistä voidaan pilkkoa idätetyn viljan endogeenisilla entsyymeillä happamissa olosuhteissa, mutta jäljellejäävä prolamiinipitoisuus ylittää edelleen gluteenittomille tuotteille sallitun rajan. Kokeellisen työn tavoitteena oli eliminoida happamalla mallasinkubaatiolla valmistettujen vehnä-, ohra- ja ruismallasautolysaattien sisältämä jäännösprolamiini Aspergillus niger -homeen tuottamalla proliinispesifillä endopeptidaasilla (AN-PEP) siten, että hydrolysaattia voitaisiin käyttää gluteenittomissa leivontasovelluksissa. Proteiinien hydrolyysiä tarkkailtiin kokoekskluusiokromatografialla (SEC), vapaan aminotypen (FAN) muodostumisena ja SDS-PAGE-elektroforeesilla. Jäännösprolamiinien pilkkoutumista seurattiin immunologisella R5-ELISA-menetelmällä. AN-PEP-inkubaatiolla saatiin aikaan voimakasta prolamiinien pilkkoutumista; mallasautolysaattien jäännösprolamiinista pilkkoutui yli 96 %. SEC- ja FAN-analyysien perusteella inkubaatioaikaa kannatti jatkaa yli 4 h, jolloin polypeptidit pilkkoutuivat edelleen pienemmiksi hydrolyysituotteiksi. Vehnä- ja ruismallashydrolysaattien prolamiinipitoisuuden todettiin laskevan 22 h inkubaation aikana alle tason 100 mg/kg R5-ELISA-menetelmällä määritettynä. Matalimmat prolamiinipitoisuudet saavutettiin AN-PEP-pitoisuudella 35 ?l / g mallasautolysaattia. Codex Alimentarius -komission säädöksen mukaan keliakiaruokavalioon soveltuvat ns. erittäin vähägluteeniset tuotteet saavat sisältää gluteenia enintään 100 mg/kg. Erityisesti AN-PEP-käsiteltyä ruismallasraaka-ainetta voitaisiin mahdollisesti käyttää tuomaan rukiista aromia gluteenittomiin leipiin. Ennen kuin mallashydrolysaatit ovat valmiita kaupallisiin sovelluksiin, on tarkasteltava niiden todellisia mahdollisuuksia parantaa elintarvikkeiden makua ja aromia sekä todettava uuden teknologian turvallisuus keliaakikoille.

Introduction of high-content screening method for studying drug-induced mitochondrial dysfunction in hepatocytes

Drug induced liver injury is one of the frequent reasons for the drug removal from the market. During the recent years there has been a pressure to develop more cost efficient, faster and easier ways to investigate drug-induced toxicity in order to recognize hepatotoxic drugs in the earlier phases of drug development. High Content Screening (HCS) instrument is an automated microscope equipped with image analysis software. It makes the image analysis faster and decreases the risk for an error caused by a person by analyzing the images always in the same way. Because the amount of drug and time needed in the analysis are smaller and multiple parameters can be analyzed from the same cells, the method should be more sensitive, effective and cheaper than the conventional assays in cytotoxicity testing. Liver cells are rich in mitochondria and many drugs target their toxicity to hepatocyte mitochondria. Mitochondria produce the majority of the ATP in the cell through oxidative phosphorylation. They maintain biochemical homeostasis in the cell and participate in cell death. Mitochondria is divided into two compartments by inner and outer mitochondrial membranes. The oxidative phosphorylation happens in the inner mitochondrial membrane. A part of the respiratory chain, a protein called cytochrome c, activates caspase cascades when released. This leads to apoptosis. The aim of this study was to implement, optimize and compare mitochondrial toxicity HCS assays in live cells and fixed cells in two cellular models: human HepG2 hepatoma cell line and rat primary hepatocytes. Three different hepato- and mitochondriatoxic drugs (staurosporine, rotenone and tolcapone) were used. Cells were treated with the drugs, incubated with the fluorescent probes and then the images were analyzed using Cellomics ArrayScan VTI reader. Finally the results obtained after optimizing methods were compared to each other and to the results of the conventional cytotoxicity assays, ATP and LDH measurements. After optimization the live cell method and rat primary hepatocytes were selected to be used in the experiments. Staurosporine was the most toxic of the three drugs and caused most damage to the cells most quickly. Rotenone was not that toxic, but the results were more reproducible and thus it would serve as a good positive control in the screening. Tolcapone was the least toxic. So far the conventional analysis of cytotoxicity worked better than the HCS methods. More optimization needs to be done to get the HCS method more sensitive. This was not possible in this study due to time limit.

Protein Kinase C and Anaplastic Lymphoma Kinase Targeted Compounds

The protein kinases (PKs) belong to the largest single family of enzymes, phosphotransferases, which catalyze the phosphorylation of other enzymes and proteins and function primarily in signal transduction. Consequently, PKs regulate cell mechanisms such as growth, differentiation, and proliferation. Dysfunction of these cellular mechanisms may lead to cancer, a major predicament in health care. Even though there is a range of clinically available cancer-fighting drugs, increasing number of cancer cases and setbacks such as drug resistance, constantly keep cancer research active. At the commencement of this study an isophthalic acid derivative had been suggested to bind to the regulatory domain of protein kinase C (PKC). In order to investigate the biological effects and structure-activity relationships (SARs) of this new chemical entity, a library of compounds was synthesized. The best compounds induced apoptosis in human leukemia HL-60 cells and were not cytotoxic in Swiss 3T3 fibroblasts. In addition, the best apoptosis inducers were neither cytotoxic nor mutagenic. Furthermore, results from binding affinity assays of PKC isoforms revealed the pharmacophores of these isophthalic acid derivatives. The best inhibition constants of the tested compounds were measured to 210 nM for PKCα and to 530 nM for PKCδ. Among natural compounds targeting the regulatory domain of PKC, the target of bistramide A has been a matter of debate. It was initially found to activate PKCδ; however, actin was recently reported as the main target. In order to clarify and to further study the biological effects of bistramide A, the total syntheses of the natural compound and two isomers were performed. Biological assays of the compounds revealed accumulation of 4n polyploid cells as the primary mode of action and the compounds showed similar overall antiproliferative activities. However, each compound showed a distinct distribution of antimitotic effect presumably via actin binding, proapoptotic effect presumably via PKCδ, and pro-differentiation effect as evidenced by CD11b expression. Furthermore, it was shown that the antimitotic and proapoptotic effects of bistramide A were not secondary effects of actin binding but independent effects. The third aim in this study was to synthesize a library of a new class of urea-based type II inhibitors targeted at the kinase domain of anaplastic lymphoma kinase (ALK). The best compounds in this library showed IC50 values as low as 390 nM for ALK while the initial low cellular activities were successfully increased even by more than 70 times for NPM-ALK- positive BaF3 cells. More importantly, selective antiproliferative activity on ALK-positive cell lines was achieved; while the best compound affected the BaF3 and SU-DHL-1 cells with IC50 values of 0.5 and 0.8 μM, respectively, they were less toxic to the NPM-ALK-negative human leukemic cells U937 (IC50 = 3.2 μM) and BaF3 parental cells (IC50 = 5.4 μM). Furthermore, SAR studies of the synthesized compounds revealed functional groups and positions of the scaffold, which enhanced the enzymatic and cellular activities.

Ketoprofeenin biologinen käytettävyys ja farmakokinetiikka sioilla eri antotavoilla ja ketoprofeeniyliannoksen farmakokinetiikka ja vaikutus munuaisiin lampailla

Ketoprofeeni on yleisesti käytetty ei-steroidinen tulehduskipulääke (NSAID) lampaiden ja sikojen kivunlievityksessä. Tietoa ketoprofeenin oikeista annosmääristä eri eläinlajeilla on saatavilla rajallisesti. Oikeaa lääkeainemäärää ei voida luotettavasti ekstrapoloida toisten eläinlajien tai ihmisten perusteella. Epäillyissä tulehduskipulääkemyrkytyksissä ongelmana on tietää, oliko eläimen saama lääkeannos toksinen. Lampailla tehdyn tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, muuttuuko ketoprofeenin kinetiikka kymmenkertaisella yliannoksella, tutkia yliannoksen vaikutusta munuaisiin ja löytää yksinkertainen tapa diagnosoida yliannos virtsasta. Sioilla tehdyn tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ketoprofeenin biologista käytettävyyttä ja ketoprofeenin farmakokinetiikkaa sioilla intravaskulaarisella, intramuskulaarisella ja peroraalisella annolla. Keskeiset tutkimuksessa määritettävät muuttujat olivat AUC0-_, Cmax ja tmax. Hyötyosuus laskettiin i.v. -annon perusteella. Kuudelle lampaalle annettiin 30 mg/kg i.v. -ketoprofeenia. Ketoprofeenin pitoisuuksia seurattiin 24 tunnin ajan plasmanäytteillä, joiden perusteella määritettiin farmakokineettiset parametrit. Veri- ja virtsanäytteistä tutkittiin muun muassa mahdollisesta munuaisvauriosta kertovia entsyymejä. 24 tunnin kuluttua lääkkeenannosta lampaat lopetettiin ja munuaiset tutkittiin histologisesti. Tutkittaville kahdeksalle sialle annosteltiin 3 mg/kg intravaskulaarista, intramuskulaarista ja oraalista ketoprofeenia sekä 6 mg/kg oraalista ketoprofeenia. Tutkimus suoritettiin satunnaistettuna vaihtovuorotutkimuksena. Ketoprofeenin pitoisuuksia seurattiin plasmanäytteillä 48 tunnin ajan lääkkeenannosta ja kaikille antotavoille laskettiin farmakokineettiset parametrit. Lisäksi tutkittiin valmisteiden biologinen samanarvoisuus. Molempien tutkimusten in vivo -kokeet suoritettiin Eläinlääketieteellisessä tiedekunnassa. Samoin munuaisten histologinen tutkimus ja virtsasta ja verestä tehdyt määritykset, lukuun ottamatta ketoprofeeninpitoisuuden analysointia. Plasman ketoprofeenipitoisuus analysoitiin korkean erotuskyvyn nestekromatografialla (HPLC). Ketoprofeenimääritykset ja farmakokineettinen analyysi suoritettiin Farmasian tiedekunnassa. Lampaiden kymmenkertainen ketoprofeeniyliannos oli toksinen. Seerumin urea- ja kreatiniinipitoisuus nousivat ja histologisissa näytteissä näkyi akuutti munuaistiehyen vaurio. Useiden entsyymien pitoisuus nousi virtsassa. Selvimmin ja nopeimmin nousi virtsan laktaattidehydrogenaasipitoisuus, jonka määrittäminen vaikuttaa potentiaaliselta tavalta diagnosoida ketoprofeenin toksinen annos. Ketoprofeenin eliminaation puoliintumisaika toksisella annoksella oli samaa suuruusluokkaa kuin aiemmissa tutkimuksissa terapeuttisella annoksella, joten yliannos ei muuttanut ketoprofeenin kinetiikkaa. AUC- ja Cmax -arvot olivat suhteessa suurempia kuin terapeuttisella annoksella, joten tutkimuksen perusteella kyseiset arvot eivät nousseet lineaarisesti annoksen noustessa toksiseksi. Sioille annetut ketoprofeenivalmisteet eivät olleet biologisesti samanarvoisia keskenään. Hyötyosuus oli erittäin hyvä kaikilla antotavoilla. tmax oli kaikilla antotavoilla hieman yli tunnin kuluttua lääkkeenannosta. Oraalisen 3 mg/kg -annoksen Cmax oli 5,1 mg/l ja AUC 32 mg l-1 h ja intramuskulaarisen vastaavat arvot olivat 7,6 mg/l ja 37 mg l-1 h. Oraalisen ketoprofeenin annostasojen AUC- ja Cmax -arvot korreloivat keskenään, joten ketoprofeenin kinetiikka oli lineaarista. Intravaskulaarisen ja oraalisen annon puoliintumisajoissa oli tilastollisesti merkitsevä ero. Ketoprofeenin jakautumistilavuudessa ja puhdistumassa ei ollut tilastollisesti merkitsevää eroa eri antotapojen välillä.

Putative neuroprotective compounds in in vitro models of dopaminergic neurodegeneration

Parkinson´s disease (PD) is a debilitating age-related neurological disorder that affects various motor skills and can lead to a loss of cognitive functions. The motor symptoms are the result of the progressive degeneration of dopaminergic neurons within the substantia nigra. The factors that influence the pathogenesis and the progression of the neurodegeneration remain mostly unclear. This study investigated the role of various programmed cell death (PCD) pathways, oxidative stress, and glial cells both in dopaminergic neurodegeneration and in the protective action of various drugs. To this end, we exposed dopaminergic neuroblastoma cells (SH-SY5Y cells) to 6-OHDA, which produces oxidative stress and activates various PCD modalities that result in neuronal degeneration. Additionally, to explore the role of glia, we prepared rat midbrain primary mixed-cell cultures containing both neurons and glial cell types such as microglia and astroglia and then exposed the cultures to either MPP plus or lipopolysaccharide. Our results revealed that 6-OHDA activated several PCD pathways including apoptosis, autophagic stress, lysosomal membrane permeabilization, and perhaps paraptosis in SH-SY5Y cells. Furthermore, we found that minocycline protected SH-SY5Y cells from 6-OHDA by inhibiting both apoptotic and non-apoptotic PCD modalities. We also observed an inconsistent neuroprotective effect of various dietary anti-oxidant compounds against 6-OHDA toxicity in vitro in SH-SY5Y cells. Specifically, quercetin and curcumin exerted neuroprotection only within a narrow concentration range and a limited time frame, whereas resveratrol and epigallocatechin 3-gallate provided no protection whatsoever. Lastly, we found that molecules such as amantadine may delay or even halt the neurodegeneration in primary cell cultures by inhibiting the release of neurotoxic factors from overactivated microglia and by enhancing the pro-survival actions of astroglia. Together these data suggest that the strategy of dampening oxidative species with anti-oxidants is less effective than preventing the production of toxic factors such as oxidative and pro-inflammatory molecules by pathologically activated microglia. This would subsequently prevent the activation of various PCD modalities that cause neuronal degeneration.

Molekyylibiologisten menetelmien kehittäminen ihmisen suoliston sulfaattia pelkistävien bakteerien määrittämiseksi

Ihmisen ruuansulatuskanavan bakteeriston kehitys alkaa syntymästä, jolloin ensimmäiset bakteerit kansoittavat steriilin ruuansulatuskanavan. Bakteeristo kehittyy perimän, ympäristön ja varhaisen ruokavalion vaikutuksesta kohti monimuotoisempaa bakteeripopulaatiota. Aikuisen ruuansulatuskanavan normaalibakteeristo on varsin muuttumaton, mutta siihen vaikuttavat monet tekijät, kuten ikä, terveydentila, ruokavalio ja antibioottien käyttö. Bakteeriston koostumus vaihtelee ruuansulatuskanavan eri osissa ja bakteerimäärä kasvaa kohti paksusuolta, ollen paksusuolessa ja ulosteessa peräti 1010-1012 pmy/ml. Suurin osa ruuansulatuskanavan bakteereista on anaerobeja. Ruuansulatuskanavan bakteeristo vaikuttaa muun muassa suoliston kehittymiseen ja hiilihydraattien ja proteiinien hajotukseen sekä toimii osana immuunipuolustusta. Sulfaattia pelkistävät bakteerit (SRB) ovat monimuotoinen ryhmä pääosin anaerobisia bakteereita, jotka käyttävät aineenvaihdunnassaan elektronin vastaanottajana sulfaattia muuttaen sen lopulta sulfidiksi. SRB:t ovat sopeutuneet useisiin erilaisiin ympäristöihin. Niitä tavataan mm. vesistöjen sedimenteissä sekä ihmisen ruuansulatuskanavassa. Ihmisen ruuansulatuskanavassa on SRB:ta n. 105-108 pmy/g, ja niitä on löydetty erityisesti anaerobisista osista kuten suun ientaskuista ja paksusuolesta. SRB:t voivat olla haitaksi ruuansulatuskanavalle tuottamansa sulfidin vuoksi, joka esiintyy vesiliuoksessa vetysulfidina. Tämän on havaittu olevan toksista suoliston epiteelisoluille. Viimeaikoina on kiinnostuttu sulfaatinpelkistäjien yhteydestä suoliston sairaustiloihin, kuten tulehduksellisiin suolistosairauksiin (IBD). Pro gradu -tutkimukseni tavoitteena oli kehittää PCR-DGGE- ja qPCR-menetelmät ulosteen sulfaattia pelkistävien bakteerien määritykseen. Kohdegeeninä menetelmänkehityksessä käytettiin dsrAB-geeniä, joka koodaa dissimilatorista sulfiitinpelkistysentsyymiä. dsrAB-geeni on sulfaatinpelkistäjille ominainen konservoitunut geenialue, johon perustuvia tutkimuksia ei vielä ole paljon ihmispuolelta. qPCR-menetelmä saatiin optimoitua herkäksi ja spesifiseksi käyttäen dsrA-geenispesifisiä alukkeita, mutta PCR-DGGE-menetelmää ei saatu optimoitua käytössä olleilla alukkeilla, jotka monistivat PCR-DGGE:ssa myös negatiivikontrollikantoja. Tutkittaessa qPCR:lla IBD:tä (Crohn ja ulseratiivinen koliitti) sairastavien lasten ja terveiden kontrollihenkilöiden ulostenäytteistä eristettyä DNA:ta, merkittävää eroa SRB-määrissä ei havaittu eri ryhmien välillä. Crohnin tautia sairastavien aktiivisen vaiheen ja oireettoman vaiheen näytteiden välillä oli kuitenkin tilastollisesti merkitsevä ero (SRB-määrät; oireeton vaihe>oireellinen vaihe) (P <0,05).

Medetomidiinin glukuronidaation inhibitio

Lääkeainemetabolialla tarkoitetaan entsymaattisia reaktioita, jotka muuttavat lääkeaineita paremmin elimistöstä poistuvaan muotoon. Lääkeaineet voivat vaikuttaa toistensa metaboliaan inhiboimalla tai indusoimalla metaboloivia entsyymejä. Tällaisten interaktioiden seurauksena lääkeaineen pitoisuus elimistössä voi kasvaa jopa toksiseksi tai vähentyä merkittävästi. Tämä on erityisesti ongelmana silloin, kun käytössä on useita lääkkeitä samanaikaisesti. Lääketutkimuksessa onkin keskitytty tällaisten interaktioiden ennustamiseen ja niitä yritetään välttää tai ainakin vähentää. Työssä tutkittiin medetomidiinia, jonka on äskettäin havaittu metaboloituvan UDP-glukuronosyylitransferaasien (UGT) välityksellä. Työn tarkoituksena oli löytää medetomidiinin glukuronidaatiota inhiboivia yhdisteitä. Lisäksi haluttiin selvittää mahdollisen inhibition mekanismeja. On yleistä tutkia tietyn entsyymin substraatin interaktioita muiden saman perheen entsyymien kanssa. On kuitenkin harvinaisempaa tutkia tällaisia interaktioita kahden eri entsyymiperheen välillä. Tässä työssä tutkittiin inhiboivatko mahdolliset sytokromi P450 -entsyymiä (CYP) inhiboivat yhdisteet myös medetomidiinia glukuronoivia UDP-glukuronosyylitransferaaseja. Glukuronidaation inhibitiota tutkittiin HPLC-menetelmällä, joka on kehitetty aiemmin medetomidiinin glukuronidaation tutkimiseen. Aluksi glukuronidaatiota tutkittiin ilman inhibiittoreita. Tämän jälkeen tutkittiin kolmen mahdollisen inhibiittoriyhdisteen vaikutuksia medetomidiinin glukuronidaatioon ja tuloksia verrattiin ilman inhibiittoria saatuihin tuloksiin. Kolmen tutkitun yhdisteen havaittiin inhiboivan medetomidiinin glukuronidaatiota. Tutkimuksessa havaittiin myös mielenkiintoinen ilmiö, jossa inhibiittoriyhdisteen sitoutuminen aiheutti entsyymikineettisiä muutoksia UDP-glukuronosyylitransferaasin toiminnassa. On mielenkiintoista, että samat yhdisteet inhiboivat sekä CYP- että UGT-metaboliaa. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että jos CYP ja UGT metaboloivat samaa yhdistettä, on mahdollista että yhdisteen rakenteelliset analogit aiheuttavat interaktioita molempien entsyymien kanssa. Uusia lääkeaineita kehitettäessä onkin otettava huomioon yleisesti tunnettujen CYP-entsyymien lisäksi myös UGT:t ja niiden mahdolliset yhteisvaikutukset.

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.

The potential of microbial ecological indicators to guide ecosophisticated management of hydrocarbon-contaminated soils

Soil is an unrenewable natural resource under increasing anthropogenic pressure. One of the main threats to soils, compromising their ability to provide us with the goods and ecosystem services we expect, is pollution. Oil hydrocarbons are the most common soil contaminants, and they disturb not just the biota but also the physicochemical properties of soils. Indigenous soil micro-organisms respond rapidly to changes in the soil ecosystem, and are chronically in direct contact with the hydrophobic pollutants on the soil surfaces. Soil microbial variables could thus serve as an intrinsically relevant indicator of soil quality, to be used in the ecological risk assessment of contaminated and remediated soils. Two contrasting studies were designed to investigate soil microbial ecological responses to hydrocarbons, together with parallel changes in soil physicochemical and ecotoxicological properties. The aim was to identify quantitative or qualitative microbiological variables that would be practicable and broadly applicable for the assessment of the quality and restoration of oil-polluted soil. Soil bacteria commonly react on hydrocarbons as a beneficial substrate, which lead to a positive response in the classical microbiological soil quality indicators; negative impacts were accurately reflected only after severe contamination. Hydrocarbon contaminants become less bioavailable due to weathering processes, and their potentially toxic effects decrease faster than the total concentration. Indigenous hydrocarbon degrader bacteria, naturally present in any terrestrial environment, use specific mechanisms to improve access to the hydrocarbon molecules adsorbed on soil surfaces. Thus when contaminants are unavailable even to the specialised degraders, they should pose no hazard to other biota either. Change in the ratio of hydrocarbon degrader numbers to total microbes was detected to predictably indicate pollutant effects and bioavailability. Also bacterial diversity, a qualitative community characteristic, decreased as a response to hydrocarbons. Stabilisation of community evenness, and community structure that reflected clean reference soil, indicated community recovery. If long-term temporal monitoring is difficult and appropriate clean reference soil unavailable, such comparison could possibly be based on DNA-based community analysis, reflecting past+present, and RNA-based community analysis, showing exclusively present conditions. Microbial ecological indicators cannot replace chemical oil analyses, but they are theoretically relevant and operationally practicable additional tools for ecological risk assessment. As such, they can guide ecologically informed and sustainable ecosophisticated management of oil-contaminated lands.