Conjugation of a Ru(II) Arene Complex to Neomycin or to Guanidinoneomycin Leads to Compounds with Differential Cytotoxicities and Accumulation between Cancer and Normal Cells

A straightforward methodology for the synthesis of conjugates between a cytotoxic organometallic ruthenium(II) complex and amino- and guanidinoglycosides, as potential RNA-targeted anticancer compounds, is described. Under microwave irradiation, the imidazole ligand incorporated on the aminoglycoside moiety (neamine or neomycin) was found to replace one triphenylphosphine ligand from the ruthenium precursor [(η6-p-cym)RuCl(PPh3)2]+, allowing the assembly of the target conjugates. The guanidinylated analogue was easily prepared from the neomycin-ruthenium conjugate by reaction with N,N′-di-Boc-N″-triflylguanidine, a powerful guanidinylating reagent that was compatible with the integrity of the metal complex. All conjugates were purified by semipreparative high-performance liquid chromatography (HPLC) and characterized by electrospray ionization (ESI) and matrix-assisted laser desorption-ionization time-of-flight (MALDI-TOF) mass spectrometry (MS) and NMR spectroscopy. The cytotoxicity of the compounds was tested in MCF-7 (breast) and DU-145 (prostate) human cancer cells, as well as in the normal HEK293 (Human Embryonic Kidney) cell line, revealing a dependence on the nature of the glycoside moiety and the type of cell (cancer or healthy). Indeed, the neomycin-ruthenium conjugate (2) displayed moderate antiproliferative activity in both cancer cell lines (IC50 ≈ 80 μM), whereas the neamine conjugate (4) was inactive (IC50 ≈ 200 μM). However, the guanidinylated analogue of the neomycin-ruthenium conjugate (3) required much lower concentrations than the parent conjugate for equal effect (IC50 = 7.17 μM in DU-145 and IC50 = 11.33 μM in MCF-7). Although the same ranking in antiproliferative activity was found in the nontumorigenic cell line (3 2 > 4), IC50 values indicate that aminoglycoside-containing conjugates are about 2-fold more cytotoxic in normal cells (e.g., IC50 = 49.4 μM for 2) than in cancer cells, whereas an opposite tendency was found with the guanidinylated conjugate, since its cytotoxicity in the normal cell line (IC50 = 12.75 μM for 3) was similar or even lower than that found in MCF-7 and DU-145 cancer cell lines, respectively. Cell uptake studies performed by ICP-MS with conjugates 2 and 3 revealed that guanidinylation of the neomycin moiety had a positive effect on accumulation (about 3-fold higher in DU-145 and 4-fold higher in HEK293), which correlates well with the higher antiproliferative activity of 3. Interestingly, despite the slightly higher accumulation in the normal cell than in the cancer cell line (about 1.4-fold), guanidinoneomycin-ruthenium conjugate (3) was more cytotoxic to cancer cells (about 1.8-fold), whereas the opposite tendency applied for neomycin-ruthenium conjugate (2). Such differences in cytotoxic activity and cellular accumulation between cancer and normal cells open the way to the creation of more selective, less toxic anticancer metallodrugs by conjugating cytotoxic metal-based complexes such as ruthenium(II) arene derivatives to guanidinoglycosides.

Dose and time-dependent selective neurotoxicity induced by mephedrone in mice.

Mephedrone is a drug of abuse marketed as 'bath salts'. There are discrepancies concerning its long-term effects. We have investigated the neurotoxicity of mephedrone in mice following different exposition schedules. Schedule 1: four doses of 50 mg/kg. Schedule 2: four doses of 25 mg/kg. Schedule 3: three daily doses of 25 mg/kg, for two consecutive days. All schedules induced, in some animals, an aggressive behavior and hyperthermia as well as a decrease in weight gain. Mephedrone (schedule 1) induced dopaminergic and serotoninergic neurotoxicity that persisted 7 days after exposition. At a lower dose (schedule 2) only a transient dopaminergic injury was found. In the weekend consumption pattern (schedule 3), mephedrone induced dopamine and serotonin transporter loss that was accompanied by a decrease in tyrosine hydroxylase and tryptophan hydroxylase 2 expression one week after exposition. Also, mephedrone induced a depressive-like behavior, as well as a reduction in striatal D2 density, suggesting higher susceptibility to addictive drugs. In cultured cortical neurons, mephedrone induced a concentration-dependent cytotoxic effect. Using repeated doses for 2 days in an elevated ambient temperature we evidenced a loss of frontal cortex dopaminergic and hippocampal serotoninergic neuronal markers that suggest injuries at nerve endings.

Particle Size Analysis of Pharmaceutical Powders by Laser Diffraction

Raaka-aineen hiukkaskoko on lääkekehityksessä keskeinen materiaaliparametri. Lääkeaineen partikkelikoko vaikuttaa moneen lääketuotteen tärkeään ominaisuuteen, esimerkiksi lääkkeen biologiseen hyväksikäytettävyyteen. Tässä diplomityössä keskityttiin jauhemaisten lääkeaineiden hiukkaskoon määrittämiseen laserdiffraktiomenetelmällä. Menetelmä perustuu siihen, että partikkeleista sironneen valon intensiteetin sirontakulmajakauma on riippuvainen partikkelien kokojakaumasta. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin laserdiffraktiomenetelmän teoriaa. PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering) tekniikka, jota voidaan käyttää laserdiffraktion yhteydessä, on myös kuvattu kirjallisuusosassa. Muihin menetelmiin perustuvista analyysimenetelmistä tutustuttiin mikroskopiaan sekä aerodynaamisen lentoajan määrittämiseen perustuvaan menetelmään. Kirjallisuusosassa esiteltiin myös partikkelikoon yleisimpiä esitystapoja. Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli kehittää ja validoida laserdiffraktioon perustuva partikkelikoon määritysmenetelmä tietylle lääkeaineelle. Menetelmäkehitys tehtiin käyttäen Beckman Coulter LS 13 320 laserdiffraktoria. Laite mahdollistaa PIDS-tekniikan käytön laserdiffraktiotekniikan ohella. Menetelmäkehitys aloitettiin arvioimalla, että kyseinen lääkeaine soveltuu parhaiten määritettäväksi nesteeseen dispergoituna. Liukoisuuden perusteella väliaineeksi valittiin tällä lääkeaineella kyllästetty vesiliuos. Dispergointiaineen sekä ultraäänihauteen käyttö havaittiin tarpeelliseksi dispergoidessa kyseistä lääkeainetta kylläiseen vesiliuokseen. Lopuksi sekoitusnopeus näytteensyöttöyksikössä säädettiin sopivaksi. Validointivaiheessa kehitetyn menetelmän todettiin soveltuvan hyvin kyseiselle lääkeaineelle ja tulosten todettiin olevan oikeellisia sekä toistettavia. Menetelmä ei myöskään ollut herkkä pienille häiriöille.

Suojakaasuseoksen koostumuksen vaikutus CO2-laser-MAG-hybridihitsauksessa

Hitsaavassa teollisuudessa kilpailukyvyn säilyttäminen edellyttää hitsauksen tehokkuuden nostoa. Niinpä metalliteollisuus etsii kuumeisesti uusia yhä tehokkaampia hitsausmenetelmiä. CO2-laserin ja MAG:in yhdistelmän muodostamalla hybridihitsauksella saadaan aikaan syvä tunkeuma kuten laserhitsauksessa, mutta sallitaan laserhitsausta väljemmät railotoleranssit. Samalla muodonmuutokset vähenevät huomattavasti verrattuna perinteiseen kaarihitsaukseen. Kaariavusteisessa laserhitsauksessa yhdistetään laserhitsaukseen perinteinen kaarihitsaus eli MIG/MAG-, TIG- tai plasmahitsaus. Menetelmää voidaan kutsua myös hybridihitsaukseksi ja sillä hyödynnetään molempien prosessien edut välttyen yksittäisten prosessien haitoilta. Prosessin haittapuolena on parametrien suuri määrä, joka on rajoittanut menetelmän käyttöönottoa. Diplomityössä tutkittiin suojakaasuseoksen koostumuksen vaikutusta rakenneteräksen CO2-laser-MAG-hybridihitsauksessa. Laserhitsauksen ja MAG-hitsauksen suojakaasuvirtaukset yhdistettiin siten, että heliumseosteinen suojakaasu tuotiin MAG-polttimen kaasukuvun kautta. Suojakaasun heliumpitoisuus nostettiin niin korkeaksi, että estettiin laserhitsauksen muodostaman plasman syntyminen. Samalla hitsauskokeissa opittiin paremmin ymmärtämään prosessia ja sen parametrien riippuvuutta toisiinsa. Tutkitut suojakaasuseokset koostuivat heliumista, argonista ja hiilidioksidista. Hitsauskokeiden perusteella havaittiin, että suojakaasuseoksen optimaalinen heliumpitoisuus on 40-50 %. Tällöin laserin tunkeumaa häiritsevää plasmapilveä ei synny ja prosessi on stabiili. Päittäisliitosten hitsauksessa suojakaasuseoksen 2 %:n CO2-pitoisuudella saadaan aikaan hyvin vähän huokosia sisältävä hitsi, jonka tunkeumaprofiilin muoto ja liittymä perusaineeseen on juoheva. Pienaliitoksilla 7 %:n CO2-pitoisuudella prosessi pysyy stabiilina ja vähäroiskeisena. Tunkeuma hieman levenee hitsin keskeltä ja hitsin liittyminen perusaineeseen on juoheva.CO2-laser-MAG-hybridihitsauksella aikaansaadaan laadukkaita hitsejä taloudellisesti, mikäli käytetyt parametrit ovat oikein valittuja. Parametrit on sovitettava jokaiseen hitsaustapaukseen erikseen, eikä niitä välttämättä voida suoraan käyttää toisessa tapauksessa.

Particle shape and orientation in laser diffraction and static image analysis size distribution analysis of micrometer sized rectangular particles

Laser diffraction (LD) and static image analysis (SIA) of rectangular particles [United States Pharmacopeia, USP30-NF25, General Chapter <776>, Optical Miroscopy.] have been systematically studied. To rule out sample dispersion and particle orientation as the root cause of differences in size distribution profiles, we immobilize powder samples on a glass plate by means of a dry disperser. For a defined region of the glass plate, we measure the diffraction pattern as induced by the dispersed particles, and the 2D dimensions of the individual particles using LD and optical microscopy, respectively. We demonstrate a correlation between LD and SIA, with the scattering intensity of the individual particles as the dominant factor. In theory, the scattering intensity is related to the square of the projected area of both spherical and rectangular particles. In traditional LD the size distribution profile is dominated by the maximum projected area of the particles (A). The diffraction diameters of a rectangular particle with length L and breadth B as measured by the LD instrument approximately correspond to spheres of diameter ØL and ØB respectively. Differences in the scattering intensity between spherical and rectangular particles suggest that the contribution made to the overall LD volume probability distribution by each rectangular particle is proportional to A2/L and A2/B. Accordingly, for rectangular particles the scattering intensity weighted diffraction diameter (SIWDD) explains an overestimation of their shortest dimension and an underestimation of their longest dimension. This study analyzes various samples of particles whose length ranges from approximately 10 to 1000 μm. The correlation we demonstrate between LD and SIA can be used to improve validation of LD methods based on SIA data for a variety of pharmaceutical powders all with a different rectangular particle size and shape.

Optimizing nozzle flow in laser cutting

The purpose of this study was to investigate different laser cutting nozzles, nozzle flows and possibilities to improve nozzle flow. Another goal was to design new nozzle configuration in which laser cutting would succeed with better cutting speed and smaller gas consumption. Nozzles and nozzle flows were studied with various methods. Computational fluid dynamics was used to calculate old, convergent nozzles and new convergent-divergent nozzles. Measurement apparatus was used to measure both nozzle types. In cutting tests different materials were cut with new nozzles. With the use of design convergent-divergent nozzles 25 % better cutting speed and 33 % smaller gas consumption were achieved when cutting quality was good. Computational fluid dynamics was also discovered to be useful aid in nozzle design.

The effects of selective estrogen receptor modulators on the death of breast cancer cells and osteoblastic cells

Selektiivisten estrogeenireseptorin muuntelijoiden (serm) vaikutus rintasyöpäsolujen ja luun solujen kuolemaan Selektiiviset estrogeenireseptorin muuntelijat (SERMit) ovat ryhmä kemialliselta rakenteeltaan erilaisia yhdisteitä jotka sitoutuvat solunsisäisiin estrogeenireseptoreihin toimien joko estrogeenin kaltaisina yhdisteinä tai estrogeenin vastavaikuttajina. Tamoksifeeni on SERM –yhdiste, jota on jo pitkään käytetty estrogeenireseptoreita (ER) ilmentävän rintasyövän lääkehoidossa. Tamoksifeeni sekä estää rintasyöpäsolujen jakaantumista että toisaalta aikaansaa niiden apoptoosin eli ohjelmoidun solukuoleman muuntelemalla ER-välitteisesti kohdesolun geenien ilmentymistä. Viimeaikaiset tutkimustulokset ovat kuitenkin osoittaneet tamoksifeenilla olevan myös nopeampia, nongenomisia vaikutusmekanismeja. Tässä väitöskirjatyössä tutkimme niitä nopeita vaikutusmekanismeja joiden avulla tamoksifeeni vaikuttaa rintasyöpäsolujen elinkykyyn. Osoitamme että tamoksifeeni farmakologisina pitoisuuksina aikaansaa nopean mitokondriaalisen solukuolemaan johtavan signallointireitin aktivoitumisen rintasyöpäsoluissa. Tämän lisäksi tutkimme myös tamoksifeenin aiheuttamaan mitokondriovaurioon johtavia tekijöitä. Tutkimustuloksemme osoittavat että ER-positiivisissa rintasyöpäsoluissa tamoksifeeni indusoi pitkäkestoisen ERK-kinaasiaktivaation, joka voidaan estää 17-beta-estradiolilla. Tamoksifeenin aikaansaama nopea solukuolema on pääosin ER:sta riippumaton tapahtuma, mutta siihen voidaan vaikuttaa myös ER-välitteisin mekanismein. Sen sijaan epidermaalisen kasvutekijäreseptorin (EGFR) voitiin osoittaa osallistuvan tamoksifeenin nopeiden vaikutusten välittämiseen. Tämän lisäksi vertailimme myös estradiolin ja eri SERM-yhdisteiden kykyä suojata apoptoosilta käyttämällä osteoblastiperäisiä soluja. Pytyäksemme vertailemaan ER-isotyyppien roolia eri yhdisteiden suojavaikutuksissa, transfektoimme U2OS osteosarkoomasolulinjan ilmentämään pysyvästi joko ERalfaa tai ERbetaa. Tulostemme mukaan sekä estradioli että uusi SERM-yhdiste ospemifeeni suojaavat osteoblastin kaltaisia soluja etoposidi-indusoidulta apoptoosilta. Sekä ERalfa että ERbeta pystyivät välittämään suojavaikutusta, joskin vaikutukset erosivat toisistaan. Lisäksi havaitsimme edellä mainitun suojavaikutuksen olevan yhteydessä muutoksiin solujen sytokiiniekspressiossa. Tietoa SERM-yhdisteiden anti-ja proapoptoottisten vaikutusmekanismeista eri kohdekudoksissa voidaan mahdollisesti hyödyntää kehiteltäessä uusia kudosspesifisiä SERM-yhdisteitä.

Les traitements laser en dermatologie pédiatrique [Laser treatments in pediatric dermatology].

Lasers in pediatric dermatology were developed as a result of the treatment of port-wine stains. Infantile hemangiomas may benefit, in some cases, from laser treatment as well as venous and lymphatic malformations. For certain pigmented lesions, as well as some hamartomas, laser treatments are a credible alternative to surgical resection. Bum scars are improved by lasers which stimulate collagen remodeling. Furthermore, hair removal of congenital and acquired hypertrichosis can relieve psychosocial discomfort and improve quality of life. The management of pain and fear of children undergoing laser treatment, using either topical or general anesthesia, remains of central importance.

Surgery Versus Radiotherapy for Early Oropharyngeal Tumors: a Never-Ending Debate.

OPINION STATEMENT: Therapeutic options for early stage oropharyngeal squamous cell carcinoma (OPSCC) include both surgery and radiotherapy as single treatment modality. Retrospective data reporting on locoregional control and survival rates in early stage OPSCC have shown equivalent efficacy, although no prospective randomized trials are available to confirm these results. Given the assumed comparable oncologic results in both groups, complication rates and functional outcomes associated with each modality play a major role when making treatment decisions. Radiotherapy is used preferentially in many centers because few trials have reported higher complication rates in surgical patients. However, these adverse effects were mainly due to traditional invasive open surgical approaches used for access to the oropharynx. In order to decrease the morbidity of these techniques, transoral surgical (TOS) approaches have been developed progressively. They include transoral laser microsurgery (TLM), transoral robotic surgery (TORS), and conventional transoral techniques. Meta-analysis comparing these new approaches with radiotherapy showed equivalent efficacy in terms of oncologic results. Furthermore, studies reporting on functional outcomes in patients undergoing TOS for OPSCC did not show major long-term functional impairment following treatment. Given the abovementioned statements, it is our practice to treat early stage OPSCC as follows: whenever a single modality treatment seems feasible (T1-2 and N0-1), we advocate TOS resection of the primary tumor associated with selective neck dissection, as indicated. In our opinion, the advantage of this approach relies on the possibility to stratify the risk of disease progression based on the pathological features of the tumor. Depending on the results, adjuvant radiation treatment or chemoradiotherapy can be chosen for high-risk patients. For tumors without adverse features, no adjuvant treatment is given. This approach also allows prevention of potential radiation-induced late complications while keeping radiotherapy as an option for any second primary lesions whenever needed. Definitive radiotherapy is generally reserved for selected patients with specific anatomical location associated with poor functional outcome following surgery, such as tumor of the soft palate, or for patients with severe comorbidities that do not allow surgical treatment.