Individual variation in in vitro efficacy of antiplatelet medication - aspirin and clopidogrel

Antiplatelet medication is known to decrease adverse effects in patients with atherothrombotic disease. However, despite ongoing antiplatelet medication considerable number of patients suffer from atherothrombotic events. The aims of the study were 1) to evaluate the individual variability in platelet functions and compare the usability of different methods in detecting it, 2) to assess variability in efficacy of antiplatelet medication with aspirin (acetylsalicylic acid) or the combination of aspirin and clopidogrel and 3) to investigate the main genetic and clinical variables as well as potential underlying mechanisms of variability in efficacy of antiplatelet medication. In comparisons of different platelet function tests in 19 healthy individuals PFA-100® correlated with traditional methods of measuring platelet function and was thus considered appropriate for testing individual variability in platelet activity. Efficacy of ongoing 100mg aspirin daily was studied in 101 patients with coronary artery disease (CAD). Aspirin response was measured with arachidonic acid (AA)-induced platelet aggregation, which reflects cyclo-oxygenase (COX)-1 dependent thromboxane (Tx) A2 formation, and PFA-100®, which evaluates platelet activation under high shear stress in the presence of collagen and epinephrine. Five percent of patients failed to show inhibition of AA-aggregation and 21% of patients had normal PFA-100® results despite aspirin and were thus considered non-responders to aspirin. Interestingly, the two methods of assessing aspirin efficacy, platelet aggregation and PFA-100®, detected different populations as being aspirin non-responders. It could be postulated that PFA-100® actually measures enhanced platelet function, which is not directly associated with TxA2 inhibition exerted by aspirin. Clopidogrel efficacy was assessed in 50 patients who received a 300mg loading dose of clopidogrel 2.5 h prior to percutaneous coronary intervention (PCI) and in 51 patients who were given a loading dose of 300mg combined with a five day treatment of 75mg clopidogrel daily mimicking ongoing treatment. Clopidogrel response was assessed with ADP-induced aggregations, due to its mechanism of action as an inhibitor of ADP-induced activation. When patients received only a loading dose of clopidogrel prior to PCI, 40% did not gain measurable inhibition of their ADP-induced platelet activity (inhibition of 10% or less). Prolongation of treatment so that all patients had reached a plateau of inhibition exerted by clopidogrel, decreased the incidence of non-responders to 20%. Polymorphisms of COX-1 and GP VI, as well as diabetes and female gender, were associated with decreased in vitro aspirin efficacy. Diabetes also impaired the in vitro efficacy of short-term clopidogrel. Decreased response to clopidogrel was associated with limited inhibition by ARMX, an antagonist of P2Y12-receptor, suggesting the reason for clopidogrel resistance to be receptor-dependent. Conclusions: Considerable numbers of CAD patients were non-responders either to aspirin, clopidogrel or both. In the future, platelet function tests may be helpful to individually select effective and safe antiplatelet medication for these patients.

Microbial life and deposits in paper machine circuits

Väitöskirjani käsittele mikrobien ja erilaisten kemikaalien rooleja saostumien ja biofilmien muodostumisessa paperi- ja kartonkikoneilla. "Saostuma" tässä työssä tarkoittaa kiinteän aineen kertymää konepinnoille tai rajapinnoille konekierroissa, jotka on tarkoitettu massasulppujen, lietteiden, vesien tai ilman kuljetukseen. Saostumasta tulee "biofilmi" silloin kun sen oleellinen rakennekomponentti on mikrobisolut tai niiden tuotteet. Väitöstyöni työhypoteesina oli, että i. tietämys saostumien koostumuksesta, sekä ii. niiden rakenteesta, biologisista, fysikaalis-kemiallisista ja teknisistä ominaisuuksista ohjaavat tutkijaa löytämään ympäristöä säästäviä keinoja estää epätoivottujen saostumien muodostus tai purkaa jo muodostuneita saostumia. Selvittääkseni saostumien koostumista ja rakennetta käytin monia erilaisia analytiikan työkaluja, kuten elektronimikroskopiaa, konfokaali-laser mikroskopiaa (CLSM), energiadispersiivistä röntgenanalyysiä (EDX), pyrolyysi kaasukromatografiaa yhdistettynä massaspektrometriaan (Py-GCMS), joninvaihtokromatografiaa, kaasukromatografiaa ja mikrobiologisia analyysejä. Osallistuin aktiivisesti innovatiivisen, valon takaisinsirontaan perustuvan sensorin kehittämistyöhön, käytettäväksi biofilmin kasvun mittaukseen suoraan koneen vesikierroista ja säiliöistä. Työni osoitti, että monet paperinvalmistuksessa käytetyistä kemikaaleista reagoivat keskenään tuottaen orgaanisia tahmakerroksia konekiertojen teräspinnoille. Löysin myös kerrostumia, jotka valomikroskooppisessa tarkastelussa oli tulkittu mikrobeiksi, mutta jotka elektronimikroskopia paljasti alunasta syntyneiksi, alumiinihydroksidiksi joka saostui pH:ssa 6,8 kiertokuitua käyttävän koneen viiravesistä. Monet paperintekijät käyttävät vieläkin alunaa kiinnitysaineena vaikka prosessiolot ovat muuttuneet happamista neutraaleiksi. Sitä pidetään paperitekijän "aspiriinina", mutta väitöstutkimukseni osoitti sen riskit. Löysin myös orgaanisia saostumia, joiden alkuperä oli aineiden, kuten pihkan, saippuoituminen (kalsium saippuat) niin että muodostui tahmankasvua ylläpitävä alusta monilla paperi- ja kartonkikoneilla. Näin solumuodoiltaan Deinococcus geothermalista muistuttavia bakteereita kasvamassa lujasti teräskoepalojen pintaan kiinnittyneinä pesäkkeinä, kun koepaloja upotettiin paperikoneiden vesikiertoihin. Nämä deinokokkimaiset pesäkkeet voivat toimia jalustana, tarttumisalustana muiden mikrobien massoille, joka selittäisi miksi saostumat yleisesti sisältävät deinokokkeja pienenä, muttei koskaan pääasiallisena rakenneosana. Kun paperikoneiden käyttämien vesien (raakavedet, lämminvesi, biologisesti puhdistettu jätevesi) laatua tutkitaan, mittausmenetelmällä on suuri merkitys. Koepalan upotusmenetelmällä todettu biofilmikasvu ja viljelmenetelmällä mitattu bakteerisaastuneisuus korreloivat toisiinsa huonosti etenkin silloin kun likaantumisessa oli mukana rihmamaiseti kasvavia bakteereja. Huoli ympäristöstä on pakottanut paperi- ja kartonkikoneiden vesikiertojen sulkemiseen. Vesien kierrätys ja prosessivesien uudelleenkäyttö nostavat prosessilämpötilaa ja lisäävät koneella kiertävien kolloidisten ja liuenneiden aineiden määriä. Tutkin kiertovesien pitoisuuksia kolmessa eriasteisesti suljetussa tehtaassa, joiden päästöt olivat 0 m3, 0,5 m3 ja 4 m3 jätevettä tuotetonnia kohden, perustuen puhdistetun jäteveden uudelleen käyttöön. Nollapäästöisellä tehtaalla kiertovesiin kertyi paljon orgaanisesti sidottua hiiltä (> 10 g L-1), etenkin haihtuvina happoina (maito-, etikka-, propioni- ja voi-). Myös sulfaatteja, klorideja, natriumia ja kalsiumia kertyi paljon, > 1 g L-1 kutakin. Pääosa (>40%) kaikista bakteereista oli 16S rRNA geenisekvenssianalyysien tulosten perusteella sukua, joskin etäistä (< 96%) ainoastaan Enterococcus cecorum bakteerille. 4 m3 päästävältä tehtaalta löytyi lisäksi Bacillus thermoamylovorans ja Bacillus coagulans. Tehtaiden saostumat sisälsivät arkkeja suurina pitoisuuksina, ≥ 108 g-1, mutta tunnistukseen riittävää sekvenssisamanlaisuutta löytyi vain yhteen arkkisukuun, Methanothrix. Tutkimustulokset osoittivat että tehtaan vesikiertojen sulkeminen vähensi rajusti mikrobiston monimuotoisuutta, muttei estänyt liuenneen aineen ja kiintoaineen mineralisoitumista.