Role of the hypothalamic pituitary adrenal axis in the control of the response to stress and infection

The release of adrenocorticotropin (ACTH) from the corticotrophs is controlled principally by vasopressin and corticotropin-releasing hormone (CRH). Oxytocin may augment the release of ACTH under certain conditions, whereas atrial natriuretic peptide acts as a corticotropin release-inhibiting factor to inhibit ACTH release by direct action on the pituitary. Glucocorticoids act on their receptors within the hypothalamus and anterior pituitary gland to suppress the release of vasopressin and CRH and the release of ACTH in response to these neuropeptides. CRH neurons in the paraventricular nucleus also project to the cerebral cortex and subcortical regions and to the locus ceruleus (LC) in the brain stem. Cortical influences via the limbic system and possibly the LC augment CRH release during emotional stress, whereas peripheral input by pain and other sensory impulses to the LC causes stimulation of the noradrenergic neurons located there that project their axons to the CRH neurons stimulating them by alpha-adrenergic receptors. A muscarinic cholinergic receptor is interposed between the alpha-receptors and nitric oxidergic interneurons which release nitric oxide that activates CRH release by activation of cyclic guanosine monophosphate, cyclooxygenase, lipoxygenase and epoxygenase. Vasopressin release during stress may be similarly mediated. Vasopressin augments the release of CRH from the hypothalamus and also augments the action of CRH on the pituitary. CRH exerts a positive ultrashort loop feedback to stimulate its own release during stress, possibly by stimulating the LC noradrenergic neurons whose axons project to the paraventricular nucleus to augment the release of CRH.

Conventional and novel strategies in the treatment of adrenocortical cancer

Adrenocortical carcinoma is a highly malignant neoplasm with an incidence of two per million people per year. Several treatment strategies have resulted in temporary or partial tumor regression but very few cases have attained long survival. Surgical resection of the primary tumor and metastases is most effective. Several chemotherapeutic protocols have been employed with variable success. Mitotane (o,p'-DDD) is an adrenalytic drug effective in inducing a tumor response in 33% of patients treated. Mitotane requires metabolic transformation for therapeutic action. Tumors may vary in their ability to metabolize mitotane and the ability of tumors to transform mitotane may predict the clinical response to the drug. Preliminary data show a possible correlation between metabolic activity of neoplastic adrenocortical tissue and response to mitotane. We have attempted to develop mitotane analogs with enhanced adrenalytic effect. Compared to mitotane, a di-chloro compound, the bromo-chloro and di-bromo analogs appear to have a greater effect. Future approaches to the treatment of adrenocortical carcinoma are likely to be based on blocking or reversing the biological mechanisms of tumorigenesis. Angiogenic and chemotactic mechanisms may play a role in adrenal tumor growth and inhibition of these mechanisms may result in inhibition of tumor growth. New mitotane analogs with greater adrenalytic potential could be a promising approach to developing more effective and selective therapies for adrenal cancer. Alternative approaches should attempt to suppress tumor growth by means of compounds with anti-angiogenic and anti-chemotactic activity.

Tasoseulan parametrien kokeellinen optimointi ja simulointimallin verifiointi

Tämä kandidaatintyö tarkastelee rakeisen materiaalin seulontaan liittyviä käsitteitä ja laitteita, etsii optimaalisia parametreja seulonnan erotustehokkuudelle laboratorio-olosuhteissa sekä verifioi aikaisempien tutkimuksien simulointimallia. Mittauksessa seulottiin erikokoisia lasipalloja. Mittausten muuttuvia parametreja olivat seulatason värähtelyn taajuus, kaltevuus ja syöttömassa. Värähtely edistää partikkelien kerrostumista, kaltevuus lisää partikkelien vierintänopeutta ja syöttömassan lisääminen tarkoittaa suurempaa kapasiteettia. Mittausten perusteella värähtelyn ja kaltevuuden lisääminen parantaa erotustehokkuutta. Sen sijaan liiallinen kaltevuuden ja syöttömassan lisääminen heikentää erotustehokkuutta. Seulonnan erotustehokkuudet määritettiin alitteiden kokonaismassan perusteella. Tässä työssä kokeellisesti määritettyjä erotustehokkuuden arvoja verrattiin Rotich et al. [2013, 2014] kehittämän seulan simulointimallin tuloksiin. Malli simuloi seulan erotustehokkuutta eri seulan parametreilla ja mallin antamat simulointitulokset noudattivat hyvin tässä työssä saatuja kokeellisia mittaustuloksia.

Comparison of different monoclonal antibodies against immunosuppressive proteins of Ascaris suum

The extract of Ascaris suum suppresses the humoral and cellular immune responses to unrelated antigens in the mouse. In order to further characterize the suppressive components of A. suum, we produced specific monoclonal antibodies which can provide an important tool for the identification of these proteins. The A. suum immunosuppressive fractions isolated by gel filtration from an extract of adult worms were used to immunize BALB/c mice. Popliteal lymph node cells taken from the immunized animals were fused with SP2/O myeloma cells and the cloned hybrid cells obtained were screened to determine the specificity of secreted antibodies. Three monoclonal antibodies named MAIP-1, MAIP-2 and MAIP-3 were selected and were shown to react with different epitopes of high molecular weight proteins from the A. suum extract. All antibody molecules have kappa-type light chains but differ in heavy chain isotype. MAIP-1 is a mouse IgM, MAIP-2 is an IgA immunoglobulin and MAIP-3 is an IgG1 immunoglobulin and they recognize the antigen with affinity constants of 1.3 x 10(10) M-1, 7.1 x 10(9) M-1 and 3.8 x 10(7) M-1, respectively. The proteins recognized by these monoclonal antibodies (PAS-1, PAS-2 and PAS-3) were purified from the crude extract by affinity chromatography and injected with ovalbumin in BALB/c mice in order to determine their suppressive activity on heterologous antibody production. It was demonstrated that these three proteins are able to significantly suppress anti-ovalbumin antibody secretion, with PAS-1 being more efficient than the others.

To Divide or Not to Divide; MicroRNAs and Small Compounds as Modulators of Mitosis

Mitosis is under the stringent quality control of the spindle assembly checkpoint (SAC). However, in cancer cells this control can fail, leading to excessive cellular proliferation and ultimately to the formation of a tumor. Novel cancer cell selective therapies are needed to stop the uncontrolled cell proliferation and tumor growth. The aim of the research presented in this thesis was to identify microRNAs (miRNAs) that could play a role in cancer cell proliferation as well as low molecular weight (LMW) compounds that could interfere with cell division. The findings could be used to develop better cancer diagnostics and therapies in the future. First, a high-throughput screen (HTS) was performed to identify LMW compounds that possess a similar chemical interaction field as rigosertib, an anti-cancer compound undergoing clinical trials. A compound termed Centmitor-1 was discovered that phenocopied the cellular impact of rigosertib by affecting the microtubule dynamics. Next, another HTS aimed at identifying compounds that would target the Hec1 protein, which mediates the interaction between spindle microtubules and chromosomes. Perturbation of this connection should prevent cell division and induce cell death. A compound termed VTT-006 was discovered that abrogated mitosis in several cell line models and exhibited binding to Hec1 in vitro. Lastly, using a cell-based HTS two miRNAs were identified that affected cancer cell proliferation via Aurora B kinase, which is an important mitotic regulator. MiR-378a-5p was found to indirectly suppress the production of the kinase whereas let-7b showed direct binding to the 3’UTR of Aurora B mRNA and repressed its translation. The miRNA-mediated perturbation of Aurora B induced defects in mitosis leading to abnormal chromosome segregation and induction of aneuploidy. The results of this thesis provide new information on miRNA signaling in cancer, which could be utilized for diagnostic purposes. Moreover, the thesis introduces two small compounds that may benefit future drug research.

Teollisuuspuhaltimien runkorakenteiden ja siipipyörien suunnittelu

Tämä diplomityö tehtiin Voikkaalla Dust Control Systems Oy:lle. Työ on osa teollisuuspuhaltimien tuotekehitystä yrityksen olemassaolevan puhallinratkaisujen, sekä suunnitteluprosessin kautta. Työn tavoitteena oli tutkia puhaltimen toiminnasta aiheutuvan värähtelyn vaikutusta puhaltimen rakenteisiin nykyisillä puhallinmalleilla, sekä tutkia eri rakenneratkaisujen käyttöä yrityksen normaalista tuotelinjasta suuremmilla puhaltimilla. Työ toteutettiin kahden toteutuneen puhallinprojektin yhteydessä, joiden rakenteellisia ominaisuuksia pyrittiin arvioimaan normaalin suunnitteluprosessin ohella puhallinkomponenttien mitoituksen suhteen. Molemmat projektit olivat yrityksen mittakaavassa huomattavan suuria sekä suunnittelultaan haastavia, joten ne sopivat diplomityön toteutukseen hyvin. Suunnittelussa käytettiin FE-mallinnukseen Femap ja COMSOL-ohjelmistoja, sekä värähtelyn simulointiin yliopistolla kehitettyä RoBeDyn – laskentaohjelmaa. Työn aikana todettiin, että tarkempi FE-mallinnus yrityksen valmiista 3D-malleista on varsin hankala toteuttaa ja vaatisi mallien suunnittelun erityisesti lujuuslaskentaa varten. Laskennassa päädyttiin käyttämään yksinkertaistettuja malleja, joiden avulla saatiin johdonmukaisia arvioita puhaltimien toiminnasta eri materiaalivahvuuksilla. Käytännössä tuloksien oikeellisuutta päästään arvioimaan kesällä 2015 puhaltimien valmistuttua.

Dipyridamole increases the cytotoxicity of cisplatin in human larynx cancer cells in vitro

This paper describes the effect of dipyridamole (DIP) on the cytotoxicity of cisplatin in HEp-2 human larynx cancer cells in vitro and the nature of the interaction between cisplatin and dipyridamole. Cytotoxic assays were performed to obtain the IC50 for cisplatin. The cells were treated with 0, 20, 40, 80, 120 or 200 µM cisplatin, with or without a single concentration of DIP and incubated for 60 min at 37ºC and 5% CO2 for 3 days and then counted with a hemocytometer. The accumulation of cisplatin in the cells was measured by atomic absorption and fluorescence was used to determine the membrane binding constant of DIP. In the presence of 10, 20 and 30 µM DIP, the IC50 of cisplatin was reduced by 25, 60 and 82% in HEp-2 cells. Combination index analysis revealed that cisplatin and DIP interact synergistically. In larynx cancer cells, the accumulation of cisplatin increased by 13, 27 and 65% as the DIP concentration was increased from 10 to 20 and 30 µM, respectively. The binding constant of DIP to the cell membrane was estimated to be (0.36 ± 0.12 mg/ml)-1 (N = 2) by fluorescence and cisplatin did not suppress DIP fluorescence. These results suggest that DIP significantly enhances cisplatin cytotoxicity in HEp-2 cells by increasing cisplatin accumulation, probably by altering the cell membrane as suggested by its binding constant. The results obtained reinforce the importance of combination therapy to reduce the doses of chemotherapeutic drugs and therefore the side effects of chemotherapy.

Effect of therapeutic plasma concentrations of non-steroidal anti-inflammatory drugs on the production of reactive oxygen species by activated rat neutrophils

The release of reactive oxygen specie (ROS) by activated neutrophil is involved in both the antimicrobial and deleterious effects in chronic inflammation. The objective of the present investigation was to determine the effect of therapeutic plasma concentrations of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) on the production of ROS by stimulated rat neutrophils. Diclofenac (3.6 µM), indomethacin (12 µM), naproxen (160 µM), piroxicam (13 µM), and tenoxicam (30 µM) were incubated at 37ºC in PBS (10 mM), pH 7.4, for 30 min with rat neutrophils (1 x 10(6) cells/ml) stimulated by phorbol-12-myristate-13-acetate (100 nM). The ROS production was measured by luminol and lucigenin-dependent chemiluminescence. Except for naproxen, NSAIDs reduced ROS production: 58 ± 2% diclofenac, 90 ± 2% indomethacin, 33 ± 3% piroxicam, and 45 ± 6% tenoxicam (N = 6). For the lucigenin assay, naproxen, piroxicam and tenoxicam were ineffective. For indomethacin the inhibition was 52 ± 5% and diclofenac showed amplification in the light emission of 181 ± 60% (N = 6). Using the myeloperoxidase (MPO)/H2O2/luminol system, the effects of NSAIDs on MPO activity were also screened. We found that NSAIDs inhibited both the peroxidation and chlorinating activity of MPO as follows: diclofenac (36 ± 10, 45 ± 3%), indomethacin (97 ± 2, 100 ± 1%), naproxen (56 ± 8, 76 ± 3%), piroxicam (77 ± 5, 99 ± 1%), and tenoxicam (90 ± 2, 100 ± 1%), respectively (N = 3). These results show that therapeutic levels of NSAIDs are able to suppress the oxygen-dependent antimicrobial or oxidative functions of neutrophils by inhibiting the generation of hypochlorous acid.

Sähkökoneessa esiintyvien voimien yksityiskohtainen mittausjärjestelmä

Hissiteollisuudessa nostokoneistoina käytettyjen sähkömoottoreiden laatuvaatimukset ovat tiuken-tuneet viime vuosina. Erityisesti koneistojen tuottama ääni ja mekaaninen värähtely ovat olleet jat-kuvasti tiukentuneen tarkastelun alaisena. Hissikoriin ja hissiä ympäröiviin rakenteisiin välittyvästä värähtelystä johtuva ääni on yksi hissin laatuvaikutelmaan merkittävimmin vaikuttavia tekijöitä. Nostokoneisto on yksi tärkeimmistä äänen ja värähtelyn lähteistä hissijärjestelmässä. Koneiston suunnittelulla edellä mainittuja tekijöitä voidaan minimoida. Sähkökoneiden suunnittelussa finiit-tielementtimenetelmien (FEM) käyttö on vakiintunut haastavimmissa sovelluksissa. Kone Oyj:llä nostokoneistoina käytetään aksiaalivuokestomagneettitahtikoneita (AFPMSM), joiden FEM simu-lointiin käytetään yleisesti kolmea eri tapaa. Kukin näistä vaihtoehdoista pitää sisällään omat hyö-tynsä, että haittansa. Suunnittelun kannalta tärkeää on oikean menetelmän valinta ai-ka/informatiivisuus suhteen maksimoimiseksi. Erittäin tärkeää on myös saatujen tulosten oikeelli-suus. Tämän diplomityön tavoite on kehittää järjestelmä, jonka avulla AFPMS-koneen voimia voidaan mitata yksityiskohtaisella tasolla. Järjestelmän avulla voidaan tarkastella käytössä olevien FE-menetelmien tulosten oikeellisuutta sekä äänen että värähtelyn syntymekanismeja. Järjestelmän tarkoitus on myös syventää Kone Oyj tietotaitoa AFPMS-koneiden toiminnasta. Tässä työssä esitellään AFPMS-koneen epäideaalisuuksia, jotka voivat vaikuttaa mittajärjestelmän suunnitteluun. Myös koneen epäideaalisuuksiin lukeutuvaa ääntä on tarkasteltu tässä työssä. Jotta työn tavoitteiden mukaista FE-menetelmien vertailua ja tulosten oikeellisuuden tarkastelua voitai-siin tehdä, myös yleisimpiä AFPMS-koneen FE-menetelmiä tarkastellaan. Työn tuloksena on mittajärjestelmän suunnitelma, jonka avulla voidaan toteuttaa kuuden vapausas-teen voimamittaus jokaiselle koneistomagneetille alle 1N resoluutiolla. Suunnitellun järjestelmän toimivuutta on tarkasteltu FE-menetelmiä käyttäen ja järjestelmässä käytettävän voima-anturin ky-vykkyyttä on todennettu referenssimittauksin. Suunniteltu mittajärjestelmä mahdollistaa sähkömoottorin useiden eri epäideaalisuuksien tarkaste-lun yksityiskohtaisella tasolla. Mittausajatuksen soveltaminen myös muiden koneiden tutkimiseen tarjoaa mahdollisuuksia jatkotutkimuksille.

Pyörivän keskiökärjen rakenteen kehittäminen työstövärähtelyjen välttämiseksi sorvauksessa

Tässä diplomityössä käsitellään sorvauksen työstövärähtelyjen ja sorvin keskiökärjen rakenteen yhteyttä. Työ on osa Lappeenrannan teknillisen yliopiston VMAX-projektia, ja sen taustalla on pyrkimys uudenlaisen, sorvin kärkipylkän puristusvoiman ajonaikaiseen säätämiseen perustuvan työstövärähtelyjen välttämismenetelmän kehittämiseen. Tämän menetelmän toiminnan todentaminen oli työn ensimmäinen tavoite. Menetelmän toteuttaminen asettaa kuitenkin käytetyn keskiökärjen rakenteelle tiettyjä vaatimuksia. Työn toisena tavoitteena oli nämä vaatimukset täyttävän keskiökärjen prototyypin kehittäminen. Tutkimus eteni seuraavasti. Ensimmäiseksi ongelma määriteltiin tutustumalla työn teoreettiseen taustaan ja aiheeseen liittyvään tutkimukseen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja muualta. Myös keskiökärkiä valmistavien yritysten tuotekatalogeja tarkasteltiin. Seuraavaksi siirryttiin alustavaan suunnitteluvaiheeseen, jossa verifioitiin menetelmän toiminta ja luotiin konsepteja keskiökärjen rakenteen kehittämistä varten. Tämän alustavan vaiheen jälkeen suoritettiin suunnitteluprosessi keskiökärjen prototyypille. Lopuksi, suunnitellun prototyypin rakenteen käyttäytymistä arvioitiin tietokonemallinnuksen avulla. Lisätuloksena tutkimuksen aikana johdettiin yksinkertaistettu elementtimenetelmään perustuva laskentamalli järjestelmän ominaistaajuuksien selvittämiseksi. Laskentamallin tarkkuutta arvoitiin. Suunnitteluprosessin tuloksena saatiin kaikki menetelmän toiminnan sekä normaalin käytön asettamat vaatimukset täyttävä rakenne keskiökärjen prototyypille. Myös johdetun laskentamallin tulokset ovat varsin lähellä 3D-elementtimallinnuksen antamia tuloksia. Tutkimuksen tavoitteiden voidaan siis sanoa toteutuneen. Koska prototyyppiä ja laskentamallia ei kuitenkaan ole vielä kokeellisesti verifioitu, tämä ei ole täysin varmaa.

Melo generaattori 1 kuntokartoitus

Työn tarkoitus on arvioida ja selvittää, milloin generaattorin uusinta on optimaalista tehdä vesivoimalaitoksella teknisen kunnon suhteen. Melon generaattori otettiin käyttöön vuonna 1971 ja se on peruskunnostettiin 1998. Vuonna 2009 tehdyn kuntokartoituksen mukaan koneelle annettiin laskelmien 20 vuotta elinikään. Alkuperäisessä generaattorissa on ollut ongelmia alusta asti. Alkuperäiset ongelmat pohjautuvat väärään uralukuun, joka aiheutti värinöitä koneeseen. Värinät saatiin korjattua staattorin käämitystä muuttamalla 1973 ja muutos rajoitti generaattorin tehon 33 MW:iin. Myöhemmin konetta on ajettu yli 33 MW:n teholla, joka aiheutti staattorin levypaketin aaltoilun. Aaltoilu olisi voinut aiheuttaa vakan vaurion generaattoriin. Vuonna 2014 tehdyn revision yhteydessä edellä mainitut ongelmat poistuivat. Ottaen huomioon generaattori 2 ongelmat (käyttöönotettu 1971), niin voidaan todeta, että revisio tehtiin täysin optimaaliseen aikaan.

High mobility group box 1 as a mediator of endotoxin administration after hemorrhagic shock-primed lung injury

High mobility group box 1 (HMGB1) was discovered as a novel late-acting cytokine that contributes to acute lung injury (ALI). However, the contribution of HMGB1 to two-hit-induced ALI has not been investigated. To examine the participation of HMGB1 in the pathogenesis of ALI caused by the two-hit hypothesis, endotoxin was injected intratracheally in a hemorrhagic shock-primed ALI mouse model. Concentrations of HMGB1 in the lung of the shock group were markedly increased at 16 h (1.63 ± 0.05, compared to the control group: 1.02 ± 0.03; P < 0.05), with the highest concentration being observed at 24 h. In the sham/lipopolysaccharide group, lung HMGB1 concentrations were found to be markedly increased at 24 h (1.98 ± 0.08, compared to the control group: 1.07 ± 0.03; P < 0.05). Administration of lipopolysaccharide to the hemorrhagic shock group resulted in a notable HMGB1 increase by 4 h, with a further increase by 16 h. Intratracheal lipopolysaccharide injection after hemorrhagic shock resulted in the highest lung leak at 16 h (2.68 ± 0.08, compared to the control group: 1.05 ± 0.04; P < 0.05). Compared to the hemorrhagic shock/lipopolysaccharide mice, blockade of HMGB1 at the same time as lipopolysaccharide injection prevented significantly pulmonary tumor necrosis factor-alpha, interleukin-1beta and myeloperoxidase. Lung leak was also markedly reduced at 16 h; blockade of HMGB1 24 h after lipopolysaccharide injection failed to alter lung leak or myeloperoxidase at 48 h. Our observations suggest that HMGB1 plays a key role as a late mediator when lipopolysaccharide is injected after hemorrhagic shock-primed ALI and the kinetics of its release differs from that of one-hit ALI. The therapeutic window to suppress HMGB1 activity should not be delayed to 24 h after the disease onset.

Immunomodulatory effect of mesenchymal stem cells

Mesenchymal stem cells (MSC) are multipotential nonhematopoietic progenitor cells capable of differentiating into multiple mesenchymal tissues. MSC are able to reconstitute the functional human hematopoietic microenvironment and promote engraftment of hematopoietic stem cells. MSC constitutively express low levels of major histocompatibility complex-I molecules and do not express costimulatory molecules such as CD80, CD86 or CD40, thus lacking immunogenicity. Furthermore, they are able to suppress T- and B-lymphocyte activation and proliferation and may also affect dendritic cell maturation. Based on these properties, MSC are being used in regenerative medicine and also for the treatment of autoimmune diseases and graft-versus-host disease. On the other hand, MSC from patients diagnosed with myelodysplastic syndromes or multiple myeloma display abnormalities, which could play a role in the physiopathology of the disease. Finally, in patients with immune thrombocytopenic purpura, MSC have a reduced proliferative capacity and a lower inhibitory effect on T-cell proliferation compared with MSC from healthy donors.

Molecular battles between plant and pathogenic bacteria in the phyllosphere

The phyllosphere, i.e., the aerial parts of the plant, provides one of the most important niches for microbial colonization. This niche supports the survival and, often, proliferation of microbes such as fungi and bacteria with diverse lifestyles including epiphytes, saprophytes, and pathogens. Although most microbes may complete the life cycle on the leaf surface, pathogens must enter the leaf and multiply aggressively in the leaf interior. Natural surface openings, such as stomata, are important entry sites for bacteria. Stomata are known for their vital role in water transpiration and gas exchange between the plant and the environment that is essential for plant growth. Recent studies have shown that stomata can also play an active role in limiting bacterial invasion of both human and plant pathogenic bacteria as part of the plant innate immune system. As counter-defense, plant pathogens such as Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000 use the virulence factor coronatine to suppress stomate-based defense. A novel and crucial early battleground in host-pathogen interaction in the phyllosphere has been discovered with broad implications in the study of bacterial pathogenesis, host immunity, and molecular ecology of bacterial diseases.