New [18F]Tracers for Alzheimer's Disease Imaging. Labeling Synthesis And Biological Testing

Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia. Characteristic changes in an AD brain are the formation of β-amyloid protein (Aβ) plaques and neurofibrillary tangles, though other alterations in the brain have also been connected to AD. No cure is available for AD and it is one of the leading causes of death among the elderly in developed countries. Liposomes are biocompatible and biodegradable spherical phospholipid bilayer vesicles that can enclose various compounds. Several functional groups can be attached on the surface of liposomes in order to achieve long-circulating target-specific liposomes. Liposomes can be utilized as drug carriers and vehicles for imaging agents. Positron emission tomography (PET) is a non-invasive imaging method to study biological processes in living organisms. In this study using nucleophilic 18F-labeling synthesis, various synthesis approaches and leaving groups for novel PET imaging tracers have been developed to target AD pathology in the brain. The tracers were the thioflavin derivative [18F]flutemetamol, curcumin derivative [18F]treg-curcumin, and functionalized [18F]nanoliposomes, which all target Aβ in the AD brain. These tracers were evaluated using transgenic AD mouse models. In addition, 18F-labeling synthesis was developed for a tracer targeting the S1P3 receptor. The chosen 18F-fluorination strategy had an effect on the radiochemical yield and specific activity of the tracers. [18F]Treg-curcumin and functionalized [18F]nanoliposomes had low uptake in AD mouse brain, whereas [18F]flutemetamol exhibited the appropriate properties for preclinical Aβ-imaging. All of these tracers can be utilized in studies of the pathology and treatment of AD and related diseases.

Dosis 30 vuotta : katsaus farmasian tutkimukseen

Farmaseuttinen aikakauskirja Dosis 30 v. 1984-2014.

Spatiotemporal Features of Coastal Waters in Southwest Finland

In coastal waters, physico-chemical and biological properties and constituents vary at different time scales. In the study area of this thesis, within the Archipelago Sea in the northern Baltic Sea, seasonal cycles of light and temperature set preconditions for intra-annual variations, but developments at other temporal scales occur as well. Weather-induced runoffs and currents may alter water properties over the short term, and the consequences over time of eutrophication and global changes are to a degree unpredictable. The dynamic characteristics of northern Baltic Sea waters are further diversified at the archipelago coasts. Water properties may differ in adjacent basins, which are separated by island and underwater thresholds limiting water exchange, making the area not only a mosaic of islands but also one of water masses. Long-term monitoring and in situ observations provide an essential data reserve for coastal management and research. Since the seasonal amplitudes of water properties are so high, inter-annual comparisons of water-quality variables have to be based on observations sampled at the same time each year. In this thesis I compare areas by their temporal characteristics, using both inter-annual and seasonal data. After comparing spatial differences in seasonal cycles, I conclude that spatial comparisons and temporal generalizations have to be made with caution. In classifying areas by the state of their waters, the results may be biased even if the sampling is annually simultaneous, since the dynamics of water properties may vary according to the area. The most comprehensive view of the spatiotemporal dynamics of water properties would be achieved by means of comparisons with data consisting of multiple annual samples. For practical reasons, this cannot be achieved with conventional in situ sampling. A holistic understanding of the spatiotemporal features of the water properties of the Archipelago Sea will have to be based on the application of multiple methods, complementing each other’s spatial and temporal coverage. The integration of multi-source observational data and time-series analysis may be methodologically challenging, but it will yield new information as to the spatiotemporal regime of the Archipelago Sea.

Pirkanmaan arvokkaiden harjualueiden inventoinnin tarkistus 2014 : Pohjaveden suojelun ja kiviaineshuollon yhteensovittaminen Pirkanmaalla (POSKI-hanke)

Suomen harjumuodostumat ovat syntyneet Pohjois-Euroopan peittäneen mannerjäätikön reunan perääntymisen yhteydessä noin 10 000 vuotta sitten. Ainutkertaisia harjumuodostumia ei synny uusia ennen seuraavaa jääkautta. Harjuihin liittyy myös erityisiä muutoksille herkkiä elinympäristöjä, kuten paahderinteitä. Viimeisten sadan vuoden aikana ihmisen toiminta on alkanut vaikuttaa harjuihin, joihin kohdistuu nykyään erilaisia ja usein keskenään ristiriitaisia maankäyttöpaineita. Kaikkein voimakkaimmin harjuihin on vaikuttanut (ja vaikuttaa edelleen) maa-ainesten ottaminen, minkä myötä menetetään harjujen geologisia, biologisia ja maisemallisia arvoja. Pirkanmaan arvokkaimmat harjualueet, kuten myös suurimmat hiekka- ja soravarat, sijoittuvat Ikaalisista Tampereen kautta Pälkäneelle kulkevaan saumamuodostumajaksoon sekä Hämeenkyröstä Ruovedelle ja edelleen Mänttä-Vilppulan suuntaan kulkevaan Sisä-Suomen reunamuodostuman varrelle. Harjumuodostumien kartoitus ja inventointi on Suomessa aloitettu valtakunnallisella tasolla 1970-luvulla, ja maa-aineslain tultua voimaan 1980-luvulla rajattiin valtakunnalliseen harjujensuojeluohjelmana liitettävät harjualueet. Tämän jälkeen harjualueiden inventointityötä on tehty paikallisella tasolla maakunnissa. Arvokkaiden harjualueiden rajausten tavoitteena on säilyttää harjujen luonteenomaiset, geologiset, geomorfologiset, biologiset ja maisemalliset piirteet. Samalla pyritään säilyttämään muitakin erityisarvoja, kuten moninais- ja virkistyskäyttöarvoja. Pirkanmaan arvokkaiden harjujen rajauksista on laadittu kolme erilaista selvitystä vuosina 1990–2008. Lisäksi Pirkanmaan 1. maakuntakaavassa on esitetty omat rajauksensa geologisesti arvokkaille harjumuodostumille (ge1-alueet). Jokaisen selvityksen yhteydessä harjualueet (tai osa niistä) on rajattu uudelleen ja tuloksena on syntynyt useita keskenään ristiriitaisia rajauksia. Ongelmia syntyy, kun eri tahot tekevät päätöksiä käyttäen eri aikoina tehtyjä rajauksia. Tämän päivitystyön tavoitteena onkin tarkastella eri aikoina tehtyjen rajausten aiheuttama ristiriitoja ja luoda kaikille alueille uudet, yhtenäisiin kriteereihin perustuvat rajaukset. Tämän työn yhteydessä käytiin läpi kaikki 139 Pirkanmaalle sijoittuvaa arvokkaan harjualueen rajausta. Työssä käytettiin samaa arvoluokitusta (valtakunnallinen, maakunnallinen, paikallinen), kuin alkuperäisessä, vuonna 1990 julkaistussa Pirkanmaan harjuluonto -selvityksessä. Eniten ristiriitoja ja rajausmuutostarpeita esiintyi alueilla, joilla on harjoitettu maa-ainesten ottamista. Varsinaisten rajausmuutosten lisäksi tehtiin muutamia arvoluokitusmuutoksia, kolme aluetta poistettiin arvokkaiden alueiden joukosta kokonaan ja aineistoa täydennettiin neljällä uudella, aiemmin rajaamattomalla alueella. Arvokkaiden harjualueiden rajausten inventoinnin tarkistustyö on osa Pirkanmaalla vuosina 2012–2015 toteutettua pohjavesien suojelun ja kiviaineshuollon yhteensovittamishanketta (POSKI), joka on jatkoa osassa Pirkanmaata vuosina 1997–2000 toteutetulle POSKI-hankkeelle.

Biomarkkerit sepsiksen diagnostiikassa sekä Kvantitatiivisen prokalsitoniini-immunomäärityksen pystyttäminen ja optimointi point-of-care-ympäristöön

Termiä sepsis käytetään infektion aiheuttamasta yleisestä tulehdusreaktio-oireyhtymästä. Biokemiallinen merkkiaine eli biomarkkeri on aine, joka objektiivisesti mitattuna ja arvioituna toimii indikaattorina erottaen toisistaan normaalit biologiset prosessit ja patogeeniset prosessit. Lisäksi biomarkkeri saattaa osoittaa farmakologisen vasteen lääkehoidolle. Tutkielman kirjallisessa osassa on esitelty ja verrattu toisiinsa jo kliinisessä käytössä olevia sekä lupaavia, vielä tutkimusvaiheessa olevia, sepsiksen biomerkkiaineita. Lisäksi tutkielmassa on tarkasteltu sepsiksen todentamisen, tunnistamisen ja hoidon tulevaisuudennäkymiä. Prokalsitoniini (PCT) on eräs jo kliinisessä käytössä oleva sepsiksen biomerkkiaine. Tutkielman kokeellisessa osassa pystytettiin teho-osastoille suunnattu pikatesti PCT:n mittaamiseen aikaerotteista fluoresenssiteknologiaa hyödyntävälle AQT-järjestelmälle (DHR Finland Oy, Innotrac Diagnostics, Suomi). Järjestelmä mittaa 20–30 minuutissa biomerkkiainepitoisuuden. Tavoitteena oli löytää sopiva vasta-ainepari ja pystyttää kaksipuoleinen immunomääritys, jonka analyyttinen herkkyys on alle 0,02 ng/ml:ssa. Työssä tutkittiin biotinyloidun kokonaisen vasta-aineen ja paikkaspesifisesti biotinyloidun antigeenia sitovan fragmentin (engl. fragment antigen binding, Fab) toimivuutta sitojamolekyylinä. Lisäksi työssä verrattiin kahden eri leimamolekyylin, 9 hampaisen europiumkelaatin sekä Innotracissa kehitetyn tähtikelaatin, toimivuutta PCT-immunomäärityksessä. Vasta-aineiden mahdolliset ristireaktiot testattiin ja määritystä testattiin alustavasti eri näytematriiseissa. Työssä löydettiin 5 vasta-aineparia, joiden analyyttinen herkkyys oli alle 0,02 ng/ml:ssa. Aiemmin testattuja vasta-ainepareja parempi analyyttinen herkkyys johtui todennäköisesti yhden uuden leimavasta-aineen paremmasta affiniteetistä. Tähtikelaatilla leimatulla vasta-aineella analyyttinen herkkyys parani lähes viisinkertaisesti, kun sitä verrattiin 9-hampaisella euroopiumkelaatilla leimatun vasta-aineen määritykseen. Havaittiin myös, että Fab-fragmentilla mitattiin määrityksissä lähes kaksi kertaa suuremmat signaali-taustasuhteet, kun sitä verrattiin kokonaiseen vasta-aineeseen, tietyllä vasta-aineparilla. Tämä johtui luultavasti steeristen esteiden vähenemisestä. Näytematriisilla ei todettu olevan vaikutusta määritykseen, eikä ristireaktioita havaittu. Kehitetyn määrityksen suoriutumista verrattiin markkinoilla olevaan BRAHMS AG:n (Saksa) PCT-määritykseen käyttäen potilasnäytteitä. Korrelaatiokertoimet potilasnäytevertailuissa olivat 0,965–0,989 ja näytteiden mitatuissa pitoisuuksissa oli tasoero.

Unconventional integrin-ligand interactions

Integrins are cell surface adhesion and signaling receptors. Cells use integrins to attach to the extracellular matrix and to other cells, as well as for sensing their environment. In addition to adhesion and migration, integrins have been shown to be important for many biological processes including apoptosis, cell proliferation, and differentiation into specific tissues. Many important next generation biological drugs inhibit integrin functions. Thus, research into interactions between integrins and their ligands under different physiological and pathological conditions is not only of academic interest, but is also important for the field of drug discovery. In this Ph.D. project, the functions of integrin-ligand interactions were studied under different physiologically interesting conditions including 1) human echovirus 1 binding to integrin α2β1, 2) integrin α2β1 binding to collagen under flow conditions, 3) integrin α2β1 binding to a ligand in the presence of the angiogenesis inhibitor histidine rich glycoprotein (HRG) and 4) integrin binding to posttranslationally citrullinated ligands. As a result of the project, we could show that for each condition the integrin-ligand interaction is somewhat unconventional. 1) Echovirus 1 binds only to non-activated conformations of integrin α2β1. 2) Surprisingly, the non-activated conformation is also the primary conformation of integrin α2β1 when it binds to collagen under flow conditions, like when platelets adhere to subendothelial collagen in vascular injuries. In addition, the pre-activation of integrin α2β1 does not increase adhesion under flow. 3) HRG binds to integrin α2β1 through a low-affinity interaction that inhibits integrin binding to collagen. This shows that low affinity interactions could be biologically relevant and possibly regulate angiogenesis. 4) The citrullination of collagen, a posttranslational modification reported to occur in rheumatoid arthritis, specifically inhibits the binding of integrin α10β1 and α11β1, but does not affect the binding of α1β1 ja α2β1. On the other hand, the citrullination of isoDGR in fibronectin and RGD in pro-TGF- β:n inhibit integrin binding completely. Citrullination seems to be an inflammation related process and integrin ligands become citrullinated frequently in vivo. This Ph.D. thesis suggests that unconventional interaction mechanisms between integrins and their ligands, such as posttranslational modifications, low affinity interactions, and non-activated integrin conformations, can have an important role in pathological processes. The study of these kinds of integrin-ligand interactions is important for understanding biological phenomena more deeply. The research might also be beneficial for the development of integrin based therapies for treating diseases.

Sähkötoimisten käsiproteesien nykyteknologian taso

Työssä selvitettiin sähkötoimisten käsiproteesien nykyteknologian taso. Selvitettäviä asioita olivat keskushermoston ja proteesin välisen hermokytkennän toteutustapa, sähkötoimisten käsiproteesien keskeiset tekniset ominaisuudet sekä käsiproteesin mekaaniset toteutustavat. Tutkimus suoritettiin kirjallisuustutkimuksena. Työhön valittiin esimerkkejä kaupallisesti saatavilla olevista käsiproteeseista jotka löytyivät internetistä hakemalla kaikkein edisty-neintä käsiproteesia. Työstä rajattiin pois proteesin suora kytkeminen keskushermostoon. Liikeinformaation välitys aivoilta proteesille onnistuu mittaamalla lihassähkökäyrä erilaisilla ihon ja lihasten päälle, ihon alle lihaksien yhteyteen tai suoraan hermojen yhteyteen asete-tuilla elektrodeilla. Lihassähkökäyrän mittaamisessa ihon pinnalta on ongelmana sähkömag-neettinen säteily, hiki, joka muuttaa ihon impedanssia ja elektrodien meneminen pois paikal-taan. Ihon alle asetettavat elektrodit kapseloituvat, mikä heikentää niiden toimintaa ja nii-den ihon läpi kulkevat johdot voivat altistaa kohdan infektioille tai takertua johonkin. Her-moihin suorassa kosketuksissa olevat elektrodit aiheuttavat lisäksi hermopinteen. Kohden-netulla uudelleenhermotuksella voidaan hermosyyt johtaa lihaksiin, jolloin lihaksista saa-daan biologiset vahvistimet lihassähkökäyrää varten tai korvaavalle ihoalueelle, johon koh-distuva kosketus tuottaa tuntemuksen käteen kohdistuvasta kosketuksesta. Käden menet-tämisen myötä menetettävät hermo-ohjaustiedot voivat osittain korvautua aivojen mukau-tuvuuden ansiosta, mikä mahdollistaa tekokäden käyttämisen oppimisen samalla tavoin kuin polkupyörällä ajon. Hermotakaisinkytkentä mahdollistaa proteesin paremman hallin-nan. On mahdollista valmistaa keinoihoa johon kohdistuva paine saa aikaan muutoksen sen sähköisissä ominaisuuksissa, mitä voidaan sitten käyttää varsinaisen hermoärsytyksen luo-van laitteen, kuten tynkää ärsyttävän täryttimen, ohjaamisessa. On mahdollista valmistaa keinolihaksia joiden avulla nivelten liike voidaan toteuttaa luonnollisen kaltaisilla rakenteilla ja jotka ovat jopa kymmeniä kertoja voimakkaampia kuin aidot lihakset. Nykyteknologian avulla on mahdollista rakentaa käsiproteesi joka liikeradoiltaan, voimal-taan ja hermotakaisinkytkennän osalta vastaa lähes täydellisesti aitoa ihmiskättä. Haasteena on vielä kokeiluasteella oleva teknologian taso sekä korkea hinta.