Dissecting the molecular mechanisms of breast cancer bone metastasis for therapeutic targeting

Breast cancer that has metastasized to bone is currently an incurable disease, causing significant morbidity and mortality. The aim of this thesis work was to elucidate molecular mechanisms of bone metastasis and thereby gain insights into novel therapeutic approaches. First, we found that L‐serine biosynthesis genes, phosphoglycerate dehydrogenase (PHGDH), phosphoserine aminotransferase 1 (PSAT1) and phosphoserine phosphatase (PSPH), were up‐regulated in highly bone metastatic MDA‐MB‐231(SA) cells as compared with the parental breast cancer cell line. Knockdown of serine biosynthesis inhibited proliferation of MDA‐MB‐231(SA) cells, and L‐serine was essential for the formation of bone resorbing osteoclasts. Clinical data demonstrated that high expression of PHGDH and PSAT1 was associated with decreased relapse‐free and overall survival and with features typical of poor outcome in breast cancer. Second, RNA interference screening pointed out heparan sulfate 6‐O‐sulfotransferase 2 (HS6ST2) as a critical gene for transforming growth factor β (TGF‐β)‐induced interleukin 11 (IL‐11) production in MDA‐MB‐231(SA) cells. Exogenous heparan sulfate glycosaminoglycans heparin and K5‐NSOS also inhibited TGF‐β‐induced IL‐11 production in MDA‐MB‐231(SA) cells. Furthermore, K5‐NSOS decreased osteolytic lesion area and tumor burden in bone in mice. Third, we discovered that the microRNAs miR‐204, ‐211 and ‐379 inhibited IL‐11 expression in MDA‐MB‐231(SA) cells through direct targeting of the IL‐11 mRNA. MiR‐379 also inhibited Smad‐mediated signaling. Gene expression profiling of miR‐204 and ‐379 transfected cells indicated that these microRNAs down‐regulate several bone metastasis‐relevant genes, including prostaglandin‐endoperoxide synthase 2 (PTGS2). Taken together, this study identified three potential treatment strategies for bone metastatic breast cancer: inhibition of serine biosynthesis, heparan sulfate glycosaminoglycans and restoration of miR‐204/‐211/‐379.

Ultrasuodatusmembraanin modifiointi entsyymeillä suodatusominaisuuksien parantamiseksi

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kiinnittää lakkaasientsyymi polyeetterisulfonimembraaniin suodatusominaisuuksien parantamiseksi. Lakkaasientsyymin tiedetään pilkkovan ligniiniä ja kiinnittämällä lakkaasientsyymi membraaniin tavoiteltiin ligniinin aiheuttaman membraanin likaantumisen vähentämistä. Tällöin vältyttäisiin lisäksi erilliseltä esikäsittely vaiheelta ja voitaisiin saada puhtaampi lopputuote. Lakkaasientsyymivalmisteena tutkimuksessa käytettiin Novozym® 51003 ja ristisilloittajana käytettiin glutaarialdehydiä. Vapaan ja kiinnitetyn lakkaasientsyymin aktiivisuuden määritettiin 2,2-atso-bis(3- etyylibentsotiatsolyyli-6-sulfonihappo):n avulla. Lakkaasin kiinnittymistä membraaniin tutkittiin ATR-FTIR spektroskoopilla kiinnittymisen varmentamiseksi. Lakkaasi modifioituja membraaneja testattiin koivu-uute suodatuksella ja adsorptio kokeella. Lakkaasientsyymi saatiin kiinnitettyä membraaniin ristisilloittajan avulla, mutta lakkaasilla modifioitujen membraanien vesivuot laskivat noin puoleen alkuperäisestä. Koivu-uuteen suodatuksissa modifioidusta membraanista ei saatu permeaattia lävitse, mutta adsorptiokokeen tulosten perusteella voidaan todeta lakkaasientsyymin pilkkoneen ligniiniä. Kiinnitetyn lakkaasin aktiivisuus vaihteli rinnakkaisten määritysten välillä, minkä vuoksi lakkaasin kiinnitysmekanismin lisätutkiminen olisi tarpeen luotettavimpien tulosten saamiseksi.

Kevyen istutuskoneen suunnittelu puuntaimille

Työssä pyritään suunnittelemaan kevyempi versio jo olemassa olevasta puuntaimien istutuslaitteesta. Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä teoria osuudessa käydään läpi mekatronisen koneen suunnittelussa huomioitavia seikkoja ja järjestelmällistä tuotekehitysprosessia yleisesti. Toisessa osassa esitellään nykyisten istutuslaitteiden kehityshistoriaa ja nykyisin koneellisessa metsänistutuksessa käytössä olevia laitteita. Loppuratkaisujen aikaan saamisessa pyritään QFD-menetelmää käyttämällä saamaan aikaan kevyen istutuskoneen vaatimusprofiili ja profiilissa ilmi tulleiden vaatimusten ja toiveiden pohjalta kehitettiin ratkaisuja joilla perinteistä koneellista istutus toimintaa voidaan uudistaa. Materiaalinvalinnan avulla optimoitiin kevyttä istutuskonetta pyrkimällä löytämään ympäristöystävälliset materiaalit jotka ovat tuotteen elinkaarta kokonaisuutena ajatellen parhaat mahdolliset. Työssä saatiin aikaan malli jolla on mahdollista jatkokehittelyn jälkeen ja kunnolla tuotteistettuna edistää koneellisen metsänistutuksen yleistymistä. Työn aikana huomattiin, että suurimmat esteet metsän istutuksen koneellistumiselle ovat nykyisten koneiden korkeat hankinta- ja käyttökustannukset sekä koneiden käyttämisen vaatima ammattitaito. Kustannuksia alentamalla ja käyttökynnystä madaltamalla voi edistää koneellisen metsänistutuksen yleistymistä tehostamisen rinnalla.