Auger-emitter radiochemotherapy in squamous cell cancers : in vitro and in vivo experiments with In-111-BLMC

Head and neck squamous cell cancer (HNSCC) is the sixth most common cancer worldwide. Despite advances in combined modality therapy (surgery, radiotherapy, chemotherapy) the 5-year survival rate in stage III and IV disease remains at 40% - 60%. Short-range Auger-electron emitters, such as In-111 and In-114m, tagged with a drug, molecule, peptide, protein or nanoparticles brought in close proximity to nuclear DNA represent a fascinating alternative for treating cancer. In this thesis, we studied the usefulness of Indium-111-bleomycin complex (In-111-BLMC) in the diagnostics and potential therapy of HNSCC using in vitro HNSCC cell lines, in vivo nude mice, and in vivo HNSCC patients. In in vitro experiments with HNSCC cell lines, the sensitivity to external beam radiation, BLM, In-111-BLMC, and In-111-Cl3 was studied using the 96-well plate clonogenic assay. The influence of BLM and In-111-BLMC on the cell cycle was measured with flow cytometry. In in vivo nude mice xenograft studies, the activity ratios of In-111-BLMC were obtained in gamma camera images. The effect of In-111-BLMC in HNSCC xenografts was studied. In in vivo patient studies, we determined the tumor uptake of In-111-BLMC with gamma camera and the radioactivity from tumor samples using In-111-BLMC with specific activity of 75, 175, or 375 MBq/mg BLM. The S values, i.e. absorbed dose in a target organ per cumulated activity in a source organ, were simulated for In-111 and In-114m. In vitro studies showed the variation of sensitivity for external beam radiation, BLM, and In-111-BLMC between HNSCC cell lines. IC50 values for BLM were 1.6-, 1.8-, and 2.1-fold higher than In-111-BLMC (40 MBq/mg BLM) in three HNSCC cell lines. Specific In-111 activity of 40 MBq/mgBLM was more effective in killing cells than specific In-111 activity of 195MBq/mgBLM (p=0.0023). In-111-Cl3 alone had no killing effect. The percentage of cells in the G2/M phase increased after exposure to BLM and especially to In-111-BLMC in the three cell lines studied, indicating a G2/M block. The tumor-seeking behavior was shown in the in vivo imaging study of xenografted mice. BLM and In-111-BLMC were more effective than NaCl in reducing xenografted tumor size in HNSCC. The uptake ratios received from gamma images in the in vivo patient study varied from 1.2 to 2.8 in malignant tumors. However, the uptake of In-111-BLMC was unaffected by increasing the injected activity. A positive correlation existed between In-111-BLMC uptake, Ki-67/MIB activity, and number of mitoses. Regarding the S values, In-114m delivered a 4-fold absorbed radiation dose into the tumor compared with In-111, and thus, In-114m-BLMC might be more effective than In-111-BLMC at the DNA level. Auger-electron emitters, such as In-111 and In-114m, might have potential in the treatment of HNSCC. Further studies are needed to develop a radiopharmaceutical agent with appropriate physical properties of the radionuclide and a suitable carrier to bring it to the targeted tissue.

Development of biogenic VOC emission inventories for the boreal forest

Luonnosta haihtuvat orgaaniset yhdisteet, joita pääsee ilmaan etenkin metsistä, voivat vaikuttaa paikalliseen ja alueelliseen ilmanlaatuun, koska ne reagoivat ilmakehässä. Niiden reaktiotuotteet voivat myös osallistua uusien hiukkasten muodostumiseen ja kasvuun, millä voi olla vaikutusta ilmakehän säteilytaseeseen ja tätä kautta myös ilmastoon. Hiukkaset absorboivat ja sirottavat auringon säteilyä ja maapallon lämpösäteilyä minkä lisäksi ne vaikuttavat pilvien säteilyominaisuuksiin, määrään ja elinikään. Koko maapallon mittakaavassa luonnosta tulevat hiilivetypäästöt ylittävät ihmistoiminnan aiheuttamat päästöt moninkertaisesti. Tämän vuoksi luonnon päästöjen arviointi on tärkeää kun halutaan kehittää tehokkaita ilmanlaatu- ja ilmastostrategioita. Tämä tutkimus käsittelee boreaalisen metsän hiilivetypäästöjä. Boreaalinen metsä eli pohjoinen havumetsä on suurin maanpäällinen ekosysteemi, ja se ulottuu lähes yhtenäisenä nauhana koko pohjoisen pallonpuoliskon ympäri. Sille on tyypillistä puulajien suhteellisen pieni kirjo sekä olosuhteiden ja kasvun voimakkaat vuodenaikaisvaihtelut. Työssä on tutkittu Suomen yleisimmän boreaalisen puun eli männyn hiilivetypäästöjen vuodenaikaisvaihtelua sekä päästöjen riippuvuutta lämpötilasta ja valosta. Saatuja tuloksia on käytetty yhdessä muiden boreaalisilla puilla tehtyjen päästömittaustulosten kanssa Suomen metsiä varten kehitetyssä päästömallissa. Malli perustuu lisäksi maankäyttötietoihin, suomen metsille kehitettyyn luokitukseen ja meteorologisiin tietoihin, joiden avulla se laskee metsien hiilivetypäästöt kasvukauden aikana. Suomen metsien päästöt koostuvat koko kasvukauden ajan suurelta osin alfa- ja beta-pineenistä sekä delta-kareenista. Kesällä ja syksyllä päästöissä on myös paljon sabineenia, jota tulee etenkin lehtipuista. Päästöt seuraavat lämpötilan keskimääräistä vaihtelua, ovat suurimmillaan maan eteläosissa ja laskevat tasaisesti pohjoiseen siirryttäessä. Metsän isopreenipäästö on suhteellisen pieni – Suomessa tärkein isopreeniä päästävä puu on vähäpäästöinen kuusi, koska runsaspäästöisten pajun ja haavan osuus metsän lehtimassasta on hyvin pieni. Tässä työssä on myös laskettu ensimmäinen arvio metsän seskviterpeenipäästöistä. Seskviterpeenipäästöt alkavat Juhannuksen jälkeen ja ovat kasvukauden aikana samaa suuruusluokkaa kuin isopreenipäästöt. Vuositasolla Suomen metsien hiilivetypäästöt ovat noin kaksinkertaiset ihmistoiminnasta aiheutuviin päästöihin verrattuna.