Effects of repeated slash removal in thinned stands on soil chemistry and understorey vegetation

Abstract

Development of Craniofacial Bone Defect Reconstruction Implant Based on Fibre-Reinforced Composite with Photopolymerisable Resin Systems. Experimental studies in vitro and in vivo.

Reconstruction of defects in the craniomaxillofacial (CMF) area has mainly been based on bone grafts or metallic fixing plates and screws. Particularly in the case of large calvarial and/or craniofacial defects caused by trauma, tumours or congenital malformations, there is a need for reliable reconstruction biomaterials, because bone grafts or metallic fixing systems do not completely fulfill the criteria for the best possible reconstruction methods in these complicated cases. In this series of studies, the usability of fibre-reinforced composite (FRC) was studied as a biostable, nonmetallic alternative material for reconstructing artificially created bone defects in frontal and calvarial areas of rabbits. The experimental part of this work describes the different stages of the product development process from the first in vitro tests with resin-impregnated fibrereinforced composites to the in vivo animal studies, in which this FRC was tested as an implant material for reconstructing different size bone defects in rabbit frontal and calvarial areas. In the first in vitro study, the FRC was polymerised in contact with bone or blood in the laboratory. The polymerised FRC samples were then incubated in water, which was analysed for residual monomer content by using high performance liquid chromatography (HPLC). It was found that this in vitro polymerisation in contact with bone and blood did not markedly increase the residual monomer leaching from the FRC. In the second in vitro study, different adhesive systems were tested in fixing the implant to bone surface. This was done to find an alternative implant fixing system to screws and pins. On the basis of this study, it was found that the surface of the calvarial bone needed both mechanical and chemical treatments before the resinimpregnated FRC could be properly fixed onto it. In three animal studies performed with rabbit frontal bone defects and critical size calvarial bone defect models, biological responses to the FRC implants were evaluated. On the basis of theseevaluations, it can be concluded that the FRC, based on E-glass (electrical glass) fibres forming a porous fibre veil enables the ingrowth of connective tissues to the inner structures of the material, as well as the bone formation and mineralization inside the fibre veil. Bone formation could be enhanced by using bioactive glass granules fixed to the FRC implants. FRC-implanted bone defects healed partly; no total healing of defects was achieved. Biological responses during the follow-up time, at a maximum of 12 weeks, to resin-impregnated composite implant seemed to depend on the polymerization time of the resin matrix of the FRC. Both of the studied resin systems used in the FRC were photopolymerised and the heat-induced postpolymerisation was used additionally.

Molecular genetics of the immotile short tail sperm defect

Hedelmättömyyttä aiheuttavan siittiöiden puolihäntävian molekyyligenetiikka Suomalaisissa Yorkshire karjuissa yleistyi 1990-luvun lopulla autosomaalisesti ja resessiivisesti periytyvä hedelmättömyyttä aiheuttava siittiöiden puolihäntävika (ISTS, immotile short tail sperm). Sairaus aiheuttaa normaalia lyhyemmän ja täysin liikkumattoman siittiön hännän muodostuksen. Muita oireita sairailla karjuilla ei ole havaittu ja emakot ovat oireettomia. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kartoittaa siittiöiden puolihäntävian aiheuttava geenivirhe ja kehittää DNA-testi markkeri- ja geeniavusteiseen valintaan. Koko genomin kartoituksessa vian aiheuttava alue paikannettiin sian kromosomiin 16. Paikannuksen perusteella kahden geenimerkin haplotyyppi kehitettiin käytettäväksi markkeri-avusteisessa valinnassa. Sairauteen kytkeytyneen alueen hienokartoitusta jatkettiin geenitestin kehittämiseksi kantajadiagnostiikkaan. Vertailevalla kartoituksella oireeseen kytkeytynyt alue paikannettiin 2 cM:n alueelle ihmisen kromosomiin viisi (5p13.2). Tällä alueella sijaitsevia geenejä vastaavista sian sekvensseistä löydetyn muuntelun perusteella voitiin tarkentaa sairauteen kytkeytyneitä haplotyyppejä. Haplotyyppien perusteella puolihäntäoireeseen kytkeytynyt alue rajattiin kahdeksan geenin alueelle ihmisen geenikartalla. Alueelle paikannetun kandidaattigeenin (KPL2) sekvensointi paljasti introniin liittyneen liikkuvan DNA-sekvenssin, Line-1 retroposonin. Tämä retroposoni muuttaa geenin silmikointia siten, että sitä edeltävä eksoni jätetään pois tai myös osa introni- ja inserttisekvenssiä liitetään geenin mRNA tuotteeseen. Molemmissa tapauksissa tuloksena on lyhentynyt KPL2 proteiini. Tähän retroposoni-inserttiin perustuva geenitesti on ollut sianjalostajien käytössä vuodesta 2006. KPL2 geenin ilmenemisen tarkastelu sialla ja hiirellä paljasti useita kudosspesifisiä silmikointimuotoja. KPL2 geenin pitkä muoto ilmenee pääasiassa vain kiveksessä, mikä selittää geenivirheen aiheuttamat erityisesti siittiön kehitykseen liittyvät oireet. KPL2 proteiinin ilmeneminen hiiren siittiön hännän kehityksen aikana ja mahdollinen yhteistoiminta IFT20 proteiinin kanssa viittaavat tehtävään proteiinien kuljetuksessa siittiön häntään. Mahdollisen kuljetustehtävän lisäksi KPL2 saattaa toimia myös siittiön hännän rakenneosana, koska se paikannettiin valmiin siittiön hännän keskiosaan. Lisäksi KPL2 proteiini saattaa myös toimia Golgin laitteessa sekä Sertolin solujen ja spermatidien liitoksissa, mutta nämä havainnot kuitenkin vaativat lisätutkimuksia. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että KPL2 geeni on tärkeä siittiön hännän kehitykselle ja sen rakennemuutos aiheuttaa siittiöiden puolihäntäoireen suomalaisilla Yorkshire karjuilla. KPL2 proteiinin ilmeneminen ja paikannus siittiön kehityksen aikana antaa viitteitä proteiinin toiminnasta. Koska KPL2 geenisekvenssi on erittäin konservoitunut, nämä tulokset tuovat uutta tietoa kaikkien nisäkkäiden siittiöiden kehitykseen ja urosten hedelmättömyyteen syihin.

Influence of topography and surface chemistry on the wetting properties of TiO2-based ceramic coatings

Vätning av fasta ytor är ett viktigt fenomen i såväl naturen som i en lång rad av industriella tillämpningar. Det är allmänt känt att vätningen av en fast yta styrs av ytans kemi samt struktur. Målsättningen med avhandlingen var att studera hur kemisk heterogenitet och ytråhet på nanometernivå påverkar vätningsegenskaperna hos en fast yta. Ytorna som studerades var titandioxid-baserade kerama ytor som framställdes med hjälp av en sol-gel process. Vätningstudierna utfördes genom kontaktvinkelmätningar, vilket innebär att man mäter vinkeln som vätska/luft-gränsskiktet hos en vätskedroppe bildar mot en fast yta. Ytråheten hos materialen studerades främst genom atomkraftsmikroskopi (AFM). I AFM detekteras ytans struktur av en mycket skarp nål som skannar ytan. Resultaten i avhandlingen kunde framgångsrikt modelleras med existerande teorier för vätning av heterogena ytor.

Episodes in carbohydrate chemistry : from β-linked mannosides to glycoconjugates

Carbohydrates are one of the most abundant classes of biomolecules on earth. In the initial stages of research on carbohydrates much effort was focused on investigation and determination of the structural aspects and complex nature of individual monosaccharides. Later on, development of protective group strategies and methods for oligosaccharide synthesis became the main topics of research. Today, the methodologies developed early on are being utilized in the production of carbohydrates for biological screening events. This multidisciplinary approach has generated the new discipline of glycobiology which focuses on research related to the appearance and biological significance of carbohydrates. In more detail, studies in glycobiology have revealed the essential roles of carbohydrates in cell-cell interactions, biological recognition events, protein folding, cell growth and tumor cell metastasis. As a result of these studies, carbohydrate derived diagnostic and therapeutic agents are likely to be of growing interest in the future. In this doctoral thesis, a journey through the fundamentals of carbohydrate synthesis is presented. The research conducted on this journey was neither limited to the study of any particular phenomena nor to the addressing of a single synthetic challenge. Instead, the focus was deliberately shifted from time to time in order to broaden the scope of the thesis, to continue the learning process and to explore new areas of carbohydrate research. Throughout the work, several previously reported synthetic protocols, especially procedures related to glycosylation reactions and protective group manipulations, were evaluated, modified and utilized or rejected. The synthetic molecules targeted within this thesis were either required for biological evaluations or utilized to study phenomena occuring in larger molecules. In addition, much effort was invested in the complete structural characterization of the synthesized compounds by a combination of NMR spectroscopic techniques and spectral simulations with the PERCH-software. This thesis provides the basics of working with carbohydrate chemistry. In more detail, synthetic strategies and experimental procedures for many different reactions and guidelines for the NMR-spectroscopic characterization of oligosaccharides and glycoconjugates are provided. Therefore, the thesis should prove valuable to researchers starting their own journeys in the ever expanding field of carbohydrate chemistry.

Surface chemistry of fibres and vessel elements in chemical and recycled pulps

Den viktigaste råvaran i papperstillverkning är pappersmassa. Massan innehåller (ved)fibrer men också finmaterial och andra typers (ved)celler, så som kärlceller. Hur dessa komponenter beter sig under arkformationen i pappersmaskinen eller hur de bidrar till egenskaperna hos det färdiga pappret avgörs till stor del av massakomponenternas ytkemiska sammansättning, fysiska struktur och mängden joniserbara grupper på ytan. I denna avhandling studerades ytegenskaperna hos fraktionerade kemiska massor och returfibermassor med avancerade analystekniker. Rester av avfärgningskemikalier identifierades på både returfibrer och på kärlceller. Dessa kan påverka arkformationen och arkstyrkan på returfiberpapper. Kärlcellernas cellväggsstruktur visade sig skilja sig från fibrernas. Resultaten kan främja utvecklingen av returfiberprosessen och användningen av kärlcellsrika lövvedsmassor.

Computational chemistry studies of wood-derived lignans

This thesis is based on computational chemistry studies on lignans, focusing on the naturally occurring lignan hydroxymatairesinol (HMR) (Papers I II) and on TADDOL-like conidendrin-based chiral 1,4-diol ligands (LIGNOLs) (Papers III V). A complete quantum chemical conformational analysis on HMR was previously conducted by Dr. Antti Taskinen. In the works reported in this thesis, HMR was further studied by classical molecular dynamics (MD) simulations in aqueous solution including torsional angle analysis, quantum chemical solvation e ect study by the COnductorlike Screening MOdel (COSMO), and hydrogen bond analysis (Paper I), as well as from a catalytic point of view including protonation and deprotonation studies at di erent levels of theory (Paper II). The computational LIGNOL studies in this thesis constitute a multi-level deterministic structural optimization of the following molecules: 1,1-diphenyl (2Ph), two diastereomers of 1,1,4-triphenyl (3PhR, 3PhS), 1,1,4,4-tetraphenyl (4Ph) and 1,1,4,4-tetramethyl (4Met) 1,4-diol (Paper IV) and a conformational solvation study applying MD and COSMO (Paper V). Furthermore, a computational study on hemiketals in connection with problems in the experimental work by Docent Patrik Eklund's group synthesizing the LIGNOLs based on natural products starting from HMR, is shortly described (Paper III).

Fluorescence-based imaging of cellular defect in lysinuric protein intolerance (LPI)

Fluoresenssiperusteiset kuvantamismenetelmät lysinurisen proteiini-intoleranssin (LPI) soluhäiriön tutkimuksessa Lysinurinen proteiini-intoleranssi on suomalaiseen tautiperintöön kuuluva autosomaalisesti peit¬tyvästi periytyvä sairaus, jonka aiheuttaa kationisten aminohappojen kuljetushäiriö munuaisten ja ohutsuolen epiteelisolujen basolateraalikalvolla. Aminohappojen kuljetushäiriö johtaa moniin oirei¬siin, kuten kasvuhäiriöön, osteoporoosiin, immuunijärjestelmän häiriöihin, oksenteluun ja runsaspro¬teiinisen ravinnon nauttimisen jälkeiseen hyperammonemiaan. LPI-geeni SLC7A7 (solute carrier family 7 member 7) koodaa y+LAT1 proteiinia, joka on basolateraali¬nen kationisten ja neutraalien aminohappojen kuljettimen kevyt ketju, joka muodostaa heterodimee¬rin raskaan alayksikön 4F2hc:n kanssa. Tällä hetkellä SLC7A7-geenistä tunnetaan yli 50 LPI:n aiheut¬tavaa mutaatiota. Tässä tutkimuksessa erityyppisiä y+LAT1:n LPI-mutaatiota sekä yhdeksän C-terminaalista polypep¬tidiä lyhentävää deleetiota kuvannettiin nisäkässoluissa y+LAT1:n GFP (green fluorescent protein) -fuusioproteiineina. Tulokset vahvistivat muissa soluissa tehdyt havainnot siitä, että 4F2hc on edel¬lytyksenä y+LAT1:n solukalvokuljetukselle, G54V-pistemutantti sijaitsee solukalvolla samoin kuin vil¬lityyppinen proteiini, mutta lukukehystä muuttavia ja proteiinia lyhentäviä mutantteja ei kuljeteta solukalvoon. Lisäksi havaittiin, että poikkeuksena tästä säännöstä ovat y+LAT1-deleetioproteiinit, joista puuttui korkeintaan 50 C-terminaalista aminohappoa. Nämä lyhentyneet kuljettimet sijaitsevat solukalvolla kuten villityyppiset ja LPI-pistemutanttiproteiinit. Dimerisaation osuutta kuljetushäiriön synnyssä tutkittiin käyttämällä fluorescence resonance energy transfer (FRET) menetelmää. Heterodimeerin alayksiköistä kloonattiin ECFP (cyan) ja EYFP (yellow) fuusioproteiinit, joita ilmennettiin nisäkässoluissa, ja FRET mitattiin virtaussytometri-FRET -menetel¬mällä (FACS-FRET). Tutkimuksissa kaikkien mutanttien havaittiin dimerisoituvan yhtä tehokkaasti. Kul¬jetushäiriön syynä ei siten ole alayksiköiden dimerisaation estyminen mutaation seurauksena. Tutkimuksessa havaittiin, että kaikki mutantti-y+LAT1-transfektiot tuottavat vähemmän transfektoi¬tuneita soluja kuin villityyppisen y+LAT1:n transfektiot. Solupopulaatioissa, joihin oli tranfektoitu lu¬kukehystä muuttava tai stop-kodonin tuottava mutaatio havaittiin suurempi kuolleisuus kuin saman näytteen transfektoitumattomissa soluissa, kun taas villityyppistä tai G54V-pistemutanttia tuottavas¬sa solupopulaatiossa oli pienempi kuolleisuus kuin saman näytteen fuusioproteiinia ilmentämättö¬missä soluissa. Tulos osoittaa mutanttiproteiinien erilaiset vaikutukset niitä ilmentäviin soluihin, joko suoraan y+LAT1:n tai 4F2hc:n kautta aiheutuneina. LPIFin SLC7A7 lähetti-RNA:n määrä ei merkittävästi poikennut villityyppisen määrästä fibroblasteissa ja lymfoblasteissa. SLC7A7:n promoottorianalyysissä oli osoitettavissa säätelyalueita geenin 5’ ei-koo¬daavalla alueella sekä ensimmäisten kahden intronin alueella. LPI-taudin tautimekanismin kannalta keskeisin tekijä on kuitenkin aminohappokuljetuksen häiriö, jonka vaikutuksesta näistä aminohapoista riippuvaiset prosessit elimistössä eivät toimi normaalisti. Havaittu virheellinen y+LAT1/4F2hc kuljetuskompleksin sijainti edellyttää lisätutkimuksia sen mahdol¬lisen kliinisen merkityksen selvittämiseksi.

Combinatorics on Words. New Aspects on Avoidability, Defect Effect, Equations and Palindromes

In this thesis we examine four well-known and traditional concepts of combinatorics on words. However the contexts in which these topics are treated are not the traditional ones. More precisely, the question of avoidability is asked, for example, in terms of k-abelian squares. Two words are said to be k-abelian equivalent if they have the same number of occurrences of each factor up to length k. Consequently, k-abelian equivalence can be seen as a sharpening of abelian equivalence. This fairly new concept is discussed broader than the other topics of this thesis. The second main subject concerns the defect property. The defect theorem is a well-known result for words. We will analyze the property, for example, among the sets of 2-dimensional words, i.e., polyominoes composed of labelled unit squares. From the defect effect we move to equations. We will use a special way to define a product operation for words and then solve a few basic equations over constructed partial semigroup. We will also consider the satisfiability question and the compactness property with respect to this kind of equations. The final topic of the thesis deals with palindromes. Some finite words, including all binary words, are uniquely determined up to word isomorphism by the position and length of some of its palindromic factors. The famous Thue-Morse word has the property that for each positive integer n, there exists a factor which cannot be generated by fewer than n palindromes. We prove that in general, every non ultimately periodic word contains a factor which cannot be generated by fewer than 3 palindromes, and we obtain a classification of those binary words each of whose factors are generated by at most 3 palindromes. Surprisingly these words are related to another much studied set of words, Sturmian words.

Iron(III) as Lewis acid catalyst in organosilicon and carbonyl chemistry

Iron is one of the most common elements in the earth’s crust and thus its availability and economic viability far exceed that of metals commonly used in catalysis. Also the toxicity of iron is miniscule, compared to the likes of platinum and nickel, making it very desirable as a catalyst. Despite this, prior to the 21st century, the applicability of iron in catalysis was not thoroughly investigated, as it was considered to be inefficient and unselective in desired transformations. In this doctoral thesis, the application of iron catalysis in combination with organosilicon reagents for transformations of carbonyl compounds has been investigated together with insights into iron catalyzed chlorination of silanes and silanols. In the first part of the thesis, the synthetic application of iron(III)-catalyzed chlorination of silanes (Si-H) and the monochlorination of silanes (SiH2) using acetyl chloride as the chlorine source is described. The reactions proceed under ambient conditions, although some compounds need to be protected from excess moisture. In addition, the mechanism and kinetics of the chlorination reaction are briefly adressed. In the second part of this thesis a versatile methodology for transformation of carbonyl compounds into three different compound classes by changing the conditions and amounts of reagents is discussed. One pot reductive benzylation, reductive halogenation and reductive etherification of ketones and aldehydes using silanes as the reducing agent, halide source or cocatalyst, were investigated. Also the reaction kinetics and mechanism of the reductive halogenation of acetophenone are briefly discussed.