Effects of polymorphisms in beta1-adrenoceptor and alpha-subunit of G protein on heart rate and blood pressure during exercise test. The finnish cardiovascular study.

J Appl Physiol vol 100, no 2, pp 507-511, 2006

Computing the persistent homology of range images with alpha shapes

Laser scanning is becoming an increasingly popular method for measuring 3D objects in industrial design. Laser scanners produce a cloud of 3D points. For CAD software to be able to use such data, however, this point cloud needs to be turned into a vector format. A popular way to do this is to triangulate the assumed surface of the point cloud using alpha shapes. Alpha shapes start from the convex hull of the point cloud and gradually refine it towards the true surface of the object. Often it is nontrivial to decide when to stop this refinement. One criterion for this is to do so when the homology of the object stops changing. This is known as the persistent homology of the object. The goal of this thesis is to develop a way to compute the homology of a given point cloud when processed with alpha shapes, and to infer from it when the persistent homology has been achieved. Practically, the computation of such a characteristic of the target might be applied to power line tower span analysis.

Prognostic Markers and Prolonged Interferon-alpha Therapy in Renal Cell Carcinoma

Molekyylimarkkerit ja pitkäaikainen alfainterferonihoito munuaissyövässä Munuaissyöpäpotilaiden viiden vuoden elossaololuku on noin 50 %. Aikaisempien tutkimuksien mukaan viiden vuoden elossaololuku metastasoituneessa munuaissyövässä on 3-16 %, kun käytettiin alfainterferonia sisältävää hoitoa. Tyypillisesti alfainterferonia on käytetty vähemmäin kuin 6 kuukautta. Avoimia kysymyksiä ovat alfainterferonin optimaalinen hoitoannos ja hoidon kesto yksin tai yhdessä uusien täsmähoitojen kanssa. Tärkeimmät tavoitteet olivat tutkia 1) jaksotetun pitkäaikaisen alfainterferonihoidon tehoa ja siedettävyyttä metastasoituneessa munuaissyövässä ja 2) p53-, Ki-67- ja COX-2-proteiinituotannon ennusteellista merkitystä munuaissyövässä. Tutkimuksessa 117 metastasoituneelle munuaissyöpää sairastaneelle potilaalle etsittiin yksilöllinen hänen sietämänsä maksimaalinen hoitoannos rekombinanttia alfa2a-interferonia (Roferon-ATM). Hoitoa pyrittiin jatkamaan 24 kuukauden ajan. Kolmen hoitoviikon jälkeen pidettiin yhden viikon tauko. Hoito lopetettiin, jos ilmaantui vakavia haittavaikutuksia tai tauti eteni. Toisessa tutkimuksessa proteiinituotanto analysoitiin immunohistokemiallisesti munuaissyöpäpotilaiden kasvainnäytteistä, joita oli säilytetty parafiinissa. Kasvainnäytteet oli otettu talteen munuaisen poistoleikkauksen yhteydessä. Nämä potilaat jaettiin kolmeen eri ryhmään: metastasointi primaarivaiheessa (n=29), metastasointi myöhemmin (n=37) ja ei metastasointia (n=51). Keskimääräinen alfainterferonihoidon kesto oli 11 kuukautta (kk) [0,5 – 32 kk]. Objektiivinen hoitovaste todettiin 17 %:lla, tautitilanne pysyi ennallaan 42 %:lla ja myöhäinen vaste (yli 12 kk:tta hoidon aloittamisesta) todettiin 3 %:lla. Aika vasteen saavuttamisesta taudin etenemiseen oli keskimäärin 8 kk ja elinaika 19,1 kk. Viiden vuoden elossaololuku oli 16 %. Jos metastasoituneella munuaissyöpäpotilaalla oli keuhkometastasointi, hän selvisi todennäköisemmin viisi vuotta kuin muut potilaat. Henkeä uhkaavia sivuvaikutuksia ei todettu. Yli 12 kk:n ajan kestävä alfainterferonihoito on hyödyllistä niille potilaille, jotka ovat saaneet objektiivisen hoitovasteen tai tautitilanne on pysynyt ennallaan. Positiivinen p53- ja Ki-67-ekspressio yhdessä viittaavat suureen metastasoinnin todennäköisyyteen. Positiivinen COX-2-ekspressio viittaa viivästyneeseen metastaasien ilmaantumiseen. Metastasoituneilla potilailla positiiviset p53- ja Ki-67-ekspressiot viittaavat huonoon ennusteeseen, mutta positiivinen COX-2 ekspressio viittaa suotuisaan ennusteeseen. Positiivinen COX-2- ja negatiivinen Ki-67-ekspressio yhdessä viittaavat parantuneeseen ennusteeseen metastasoituneessa munuaissyövässä.

Characterisation of Human Neutral and Lysosomal alpha-Mannosidases

Neutral alpha-mannosidase and lysosomal MAN2B1 alpha-mannosidase belong to glycoside hydrolase family 38, which contains essential enzymes required for the modification and catabolism of asparagine-linked glycans on proteins. MAN2B1 catalyses lysosomal glycan degradation, while neutral α-mannosidase is most likely involved in the catabolism of cytosolic free oligosaccharides. These mannose containing saccharides are generated during glycosylation or released from misfolded glycoproteins, which are detected by quality control in the endoplasmic reticulum. To characterise the biological function of human neutral α-mannosidase, I cloned the alpha-mannosidase cDNA and recombinantly expressed the enzyme. The purified enzyme trimmed the putative natural substrate Man9GlcNAc to Man5GlcNAc, whereas the reducing end GlcNAc2 limited trimming to Man8GlcNAc2. Neutral α-mannosidase showed highest enzyme activity at neutral pH and was activated by the cations Fe₂+, Co2+ and Mn₂+, Cu2+ in turn had a strong inhibitory effect on alpha-mannosidase activity. Analysis of its intracellular localisation revealed that neutral alpha-mannosidase is cytosolic and colocalises with proteasomes. Further work showed that the overexpression of neutral alpha-mannosidase affected the cytosolic free oligosaccharide content and led to enhanced endoplasmic reticulum associated degradation and underglycosylation of secreted proteins. The second part of the study focused on MAN2B1 and the inherited lysosomal storage disorder α-mannosidosis. In this disorder, deficient MAN2B1 activity is associated with mutations in the MAN2B1 gene. The thesis reports the molecular consequences of 35 alpha-mannosidosis associated mutations, including 29 novel missense mutations. According to experimental analyses, the mutations fall into four groups: Mutations, which prevent transport to lysosomes are accompanied with a lack of proteolytic processing of the enzyme (groups 1 and 3). Although the rest of the mutations (groups 2 and 4) allow transport to lysosomes, the mutated proteins are less efficiently processed to their mature form than is wild type MAN2B1. Analysis of the effect of the mutations on the model structure of human lysosomal alpha-mannosidase provides insights on their structural consequences. Mutations, which affect amino acids important for folding (prolines, glycines, cysteines) or domain interface interactions (arginines), arrest the enzyme in the endoplasmic reticulum. Surface mutations and changes, which do not drastically alter residue volume, are tolerated better. Descriptions of the mutations and clinical data are compiled in an α-mannosidosis database, which will be available for the scientific community. This thesis provides a detailed insight into two ubiquitous human alpha-mannosidases. It demonstrates that neutral alpha-mannosidase is involved in the degradation of cytosolic oligosaccharides and suggests that the regulation of this α-mannosidase is important for maintaining the cellular homeostasis of N-glycosylation and glycan degradation. The study on alpha-mannosidosis associated mutations identifies multiple mechanisms for how these mutations are detrimental for MAN2B1 activity. The α-mannosidosis database will benefit both clinicians and scientific research on lysosomal alpha‑mannosidosis.

The Effects of Anesthetic Induced Loss of Consciousness on Quantitative Electroen Cephalogram, and Bispectral and Spectral Entropy Indices. Studies on Healthy Male

Changes in the electroencephalography (EEG) signal have been used to study the effects of anesthetic agents on the brain function. Several commercial EEG based anesthesia depth monitors have been developed to measure the level of the hypnotic component of anesthesia. Specific anesthetic related changes can be seen in the EEG, but still it remains difficult to determine whether the subject is consciousness or not during anesthesia. EEG reactivity to external stimuli may be seen in unconsciousness subjects, in anesthesia or even in coma. Changes in regional cerebral blood flow, which can be measured with positron emission tomography (PET), can be used as a surrogate for changes in neuronal activity. The aim of this study was to investigate the effects of dexmedetomidine, propofol, sevoflurane and xenon on the EEG and the behavior of two commercial anesthesia depth monitors, Bispectral Index (BIS) and Entropy. Slowly escalating drug concentrations were used with dexmedetomidine, propofol and sevoflurane. EEG reactivity at clinically determined similar level of consciousness was studied and the performance of BIS and Entropy in differentiating consciousness form unconsciousness was evaluated. Changes in brain activity during emergence from dexmedetomidine and propofol induced unconsciousness were studied using PET imaging. Additionally, the effects of normobaric hyperoxia, induced during denitrogenation prior to xenon anesthesia induction, on the EEG were studied. Dexmedetomidine and propofol caused increases in the low frequency, high amplitude (delta 0.5-4 Hz and theta 4.1-8 Hz) EEG activity during stepwise increased drug concentrations from the awake state to unconsciousness. With sevoflurane, an increase in delta activity was also seen, and an increase in alpha- slow beta (8.1-15 Hz) band power was seen in both propofol and sevoflurane. EEG reactivity to a verbal command in the unconsciousness state was best retained with propofol, and almost disappeared with sevoflurane. The ability of BIS and Entropy to differentiate consciousness from unconsciousness was poor. At the emergence from dexmedetomidine and propofol induced unconsciousness, activation was detected in deep brain structures, but not within the cortex. In xenon anesthesia, EEG band powers increased in delta, theta and alpha (8-12Hz) frequencies. In steady state xenon anesthesia, BIS and Entropy indices were low and these monitors seemed to work well in xenon anesthesia. Normobaric hyperoxia alone did not cause changes in the EEG. All of these results are based on studies in healthy volunteers and their application to clinical practice should be considered carefully.

Mathematical modeling of level of anaesthesia from EEG measurements

Problem of modeling of anaesthesia depth level is studied in this Master Thesis. It applies analysis of EEG signals with nonlinear dynamics theory and further classification of obtained values. The main stages of this study are the following: data preprocessing; calculation of optimal embedding parameters for phase space reconstruction; obtaining reconstructed phase portraits of each EEG signal; formation of the feature set to characterise obtained phase portraits; classification of four different anaesthesia levels basing on previously estimated features. Classification was performed with: Linear and quadratic Discriminant Analysis, k Nearest Neighbours method and online clustering. In addition, this work provides overview of existing approaches to anaesthesia depth monitoring, description of basic concepts of nonlinear dynamics theory used in this Master Thesis and comparative analysis of several different classification methods.

Alpha- and gamma-melanocyte stimulating hormones in obesity. A study of the key central areas of metabolic regulation

The melanocortin system is an important regulator of feeding, energy metabolism,and cardiovascular function and it consists of the pro-opiomelanocortin (POMC) derived melanocyte stimulating hormones (α-, β- and γ-MSH) and their endogenous melanocortin receptors, MC1R to MC5R. In the hypothalamus, α-MSH reduces food intake, and increases energy expenditure and sympathetic tone by binding to MC4R. Mutations affecting the MC4R gene lead to obesity in mammals. On the other hand, the metabolic effects of MC3R stimulation using agonists such as the endogenously expressed γ-MSH have been less extensively explored. The main objective of this study was to investigate the long-term effects of increased melanocortin tone in key areas of metabolic regulation in the central nervous system (CNS) in order to investigate the sitespecific roles of both α-MSH and γ-MSH. The aim was to stereotaxically induce local overexpression of single melanocortin peptides using lentiviral vectors expressing α-MSH (LVi-α-MSH-EGFP) and γ-MSH (LVi-γ-MSH-EGFP). The lentiviral vectors were shown to produce a long-term overexpression and biologically active peptides in cell-based assays. The LVi-α-MSHEGFP was targeted to the arcuate nucleus in the hypothalamus of diet induced obese mice where it reduced weight gain and adiposity independently of food intake. When the nucleus tractus solitarus in the brainstem was targeted, the LVi-α-MSH-EGFP treatment was shown to cause a small decrease in adiposity, which did not impact weight development. However, the α-MSH treatment increased heart rate, which was attenuated by adrenergic receptor blockade indicative of increased sympathetic activity. The LVi-γ-MSH-EGFP was targeted to the hypothalamus where it decreased fat mass in mice eating the standard diet, but the effect was abated if animals consumed a high-fat Western type diet. When the diet induced obese mice were subjected again to the standard diet, the LVi-γ-MSH-EGFP treated animals displayed increased weight loss and reduced adiposity. These results indicate that the long-term central anti-obesity effects of α-MSH are independent of food intake. In addition, overexpression of α-MSH in the brain stem efficiently blocked the development of adiposity, but increased sympathetic tone. The evidence presented in this thesis also indicates that selective MC3R agonists such as γ-MSH could be potential therapeutics in combination with low fat diets.

Fenomenologinen tutkimus video-EEG potilaiden kohtauskokemuksista

Tässä fenomenologisessa tutkimuksessa kuvaillaan Video-EEG –tutkimukseen (VEEG) tulevien potilaiden kokemuksia kohtauksistaan. Tutkimusasetelmana on käytetty fenomenologiseen psykologiaan kuuluvaa Giorgin menetelmää soveltaen sitä hoitotieteen tutkimukseen. Tutkimuksen tarkoituksena oli kuvailla neurologisten kohtausoireiden vuoksi VEEG-tutkimukseen tulleiden potilaiden kokemuksia kohtauksistaan ja tunnistaa sekä kuvailla kokemukseen liittyviä tekijöitä. Tutkimuksen tavoitteena oli lisäta terveydenhoitohenkilökunnan ymmärrystä neurologisia kohtausoireita saavien ihmisten ohjaustarpeista. Materiaali kerättiin kahdeksalta potilaalta avoimilla haastatteluilla ja analysoitiin Giorgin analyysimenetelmällä. Aineistoon yhdistettiin kliinisen neurofysiologin lausunto ja muodostettiin kokemuskertomukset. Aineistosta tunnistettiin fenomenologista reduktiota käyttäen keskeiset kohtauksiin ja sairauteen liittyvät kokemukset. Käsitteiden suhdetta toisiinsa ja merkitystä sopeutumiselle analysoitiin käyttäen apuna Uncertainty in illness -mallia. Keskeisten kokemusten pohjalta toteutettiin kirjallisuushaku, jonka tuloksia reflektoitiin tämän tutkimuksen tuloksiin. Aineistosta muodostui kolme erillistä kokemuskertomusta: kertomus konkreettisista tapahtumista, kokemus hallinnan menettämisestä ja kokemus sairauden kanssa elämisesta. Keskeisiksi kokemussisällöiksi tunnistettiin kokemus terveysongelman hallinnasta, kokemus hallinnan menettämisestä, kokemus ympäristön negatiivisesta suhtautumisesta ja huoli läheisistä. Aikaisempaa tutkimusta löytyi kokemuksista terveysongelman hallinnasta ja hallinnan menetyksestä sekä ympäristön suhtautumisesta.

Fenomenologinen tutkimus video-EEG potilaiden kohtauskokemuksista

Tässä fenomenologisessa tutkimuksessa kuvaillaan Video-EEG –tutkimukseen (VEEG) tulevien potilaiden kokemuksia kohtauksistaan. Tutkimusasetelmana on käytetty fenomenologiseen psykologiaan kuuluvaa Giorgin menetelmää soveltaen sitä hoitotieteen tutkimukseen. Tutkimuksen tarkoituksena oli kuvailla neurologisten kohtausoireiden vuoksi VEEGtutkimukseen tulleiden potilaiden kokemuksia kohtauksistaan ja tunnistaa sekä kuvailla kokemukseen liittyviä tekijöitä. Tutkimuksen tavoitteena oli lisätä terveydenhoitohenkilökunnan ymmärrystä neurologisia kohtausoireita saavien ihmisten ohjaustarpeista. Materiaali kerättiin kahdeksalta potilaalta avoimilla haastatteluilla ja analysoitiin Giorgin analyysimenetelmällä. Aineistoon yhdistettiin kliinisen neurofysiologin lausunto ja muodostettiin kokemuskertomukset. Aineistosta tunnistettiin fenomenologista reduktiota käyttäen keskeiset kohtauksiin ja sairauteen liittyvät kokemukset. Käsitteiden suhdetta toisiinsa ja merkitystä sopeutumiselle analysoitiin käyttäen apuna Uncertainty in illness -mallia. Keskeisten kokemusten pohjalta toteutettiin kirjallisuushaku, jonka tuloksia reflektoitiin tämän tutkimuksen tuloksiin. Aineistosta muodostui kolme erillistä kokemuskertomusta: kertomus konkreettisista tapahtumista, kokemus hallinnan menettämisestä ja kokemus sairauden kanssa elämisestä. Keskeisiksi kokemussisällöiksi tunnistettiin kokemus terveysongelman hallinnasta, kokemus hallinnan menettämisestä, kokemus ympäristön negatiivisesta suhtautumisesta ja huoli läheisistä. Aikaisempaa tutkimusta löytyi kokemuksista terveysongelman hallinnasta ja hallinnan menetyksestä sekä ympäristön suhtautumisesta.

Detection of Epilepsy with a Commercial EEG Headband

Epilepsy is a chronic brain disorder, characterized by reoccurring seizures. Automatic sei-zure detector, incorporated into a mobile closed-loop system, can improve the quality of life for the people with epilepsy. Commercial EEG headbands, such as Emotiv Epoc, have a potential to be used as the data acquisition devices for such a system. In order to estimate that potential, epileptic EEG signals from the commercial devices were emulated in this work based on the EEG data from a clinical dataset. The emulated characteristics include the referencing scheme, the set of electrodes used, the sampling rate, the sample resolution and the noise level. Performance of the existing algorithm for detection of epileptic seizures, developed in the context of clinical data, has been evaluated on the emulated commercial data. The results show, that after the transformation of the data towards the characteristics of Emotiv Epoc, the detection capabilities of the algorithm are mostly preserved. The ranges of acceptable changes in the signal parameters are also estimated.