Computational analysis of the genetic and environmental contributions to disease-related human phenotypes: From predicting adverse lipid response of HIV patients receiving antiretroviral therapy to genome-wide association studies of cardiovascular and lipid related disorders

Genetic variants influence the risk to develop certain diseases or give rise to differences in drug response. Recent progresses in cost-effective, high-throughput genome-wide techniques, such as microarrays measuring Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), have facilitated genotyping of large clinical and population cohorts. Combining the massive genotypic data with measurements of phenotypic traits allows for the determination of genetic differences that explain, at least in part, the phenotypic variations within a population. So far, models combining the most significant variants can only explain a small fraction of the variance, indicating the limitations of current models. In particular, researchers have only begun to address the possibility of interactions between genotypes and the environment. Elucidating the contributions of such interactions is a difficult task because of the large number of genetic as well as possible environmental factors.In this thesis, I worked on several projects within this context. My first and main project was the identification of possible SNP-environment interactions, where the phenotypes were serum lipid levels of patients from the Swiss HIV Cohort Study (SHCS) treated with antiretroviral therapy. Here the genotypes consisted of a limited set of SNPs in candidate genes relevant for lipid transport and metabolism. The environmental variables were the specific combinations of drugs given to each patient over the treatment period. My work explored bioinformatic and statistical approaches to relate patients' lipid responses to these SNPs, drugs and, importantly, their interactions. The goal of this project was to improve our understanding and to explore the possibility of predicting dyslipidemia, a well-known adverse drug reaction of antiretroviral therapy. Specifically, I quantified how much of the variance in lipid profiles could be explained by the host genetic variants, the administered drugs and SNP-drug interactions and assessed the predictive power of these features on lipid responses. Using cross-validation stratified by patients, we could not validate our hypothesis that models that select a subset of SNP-drug interactions in a principled way have better predictive power than the control models using "random" subsets. Nevertheless, all models tested containing SNP and/or drug terms, exhibited significant predictive power (as compared to a random predictor) and explained a sizable proportion of variance, in the patient stratified cross-validation context. Importantly, the model containing stepwise selected SNP terms showed higher capacity to predict triglyceride levels than a model containing randomly selected SNPs. Dyslipidemia is a complex trait for which many factors remain to be discovered, thus missing from the data, and possibly explaining the limitations of our analysis. In particular, the interactions of drugs with SNPs selected from the set of candidate genes likely have small effect sizes which we were unable to detect in a sample of the present size (<800 patients).In the second part of my thesis, I performed genome-wide association studies within the Cohorte Lausannoise (CoLaus). I have been involved in several international projects to identify SNPs that are associated with various traits, such as serum calcium, body mass index, two-hour glucose levels, as well as metabolic syndrome and its components. These phenotypes are all related to major human health issues, such as cardiovascular disease. I applied statistical methods to detect new variants associated with these phenotypes, contributing to the identification of new genetic loci that may lead to new insights into the genetic basis of these traits. This kind of research will lead to a better understanding of the mechanisms underlying these pathologies, a better evaluation of disease risk, the identification of new therapeutic leads and may ultimately lead to the realization of "personalized" medicine.

Treatment of brain metastases from non-small cell lung cancer with whole-brain radiotherapy (wbrt) in combination with gefitinib (gft) or temozolomide (tmz): a randomized multicenter phase ii trial of the swiss group of clinical cancer research (sakk #70/03)

BACKGROUND: Patients with BM rarely survive .6 months and are commonly excluded from clinical trials. We aimed at improving outcome by exploring 2 combined modality regimens with at the time novel agents for which single-agent activity had been shown. METHODS: NSCLC patients with multiple BM were randomized to WBRT (10 × 3 Gy) and either GFT 250 mg p.o. daily or TMZ 75 mg/m2 p.o. daily ×21/28 days, starting on Day 1 of RT and to be continued until PD. Primary endpoint was overall survival, a Simon's optimal 2-stage design was based on assumptions for the 3-month survival rate. Cognitive functioning and quality of life were also evaluated. RESULTS: Fifty-nine patients (36 M, 23 F; 9 after prior chemo) were included. Median age was 61 years (range 46-82), WHO PS was 0 in 18 patients, 1 in 31 patients, and 2 in 10 patients. All but 1 patients had extracranial disease; 33 of 43 (TMZ) and 15 of 16 (GFT) had adenocarcinoma histology. GFT arm was closed early after stage 1 analysis when the prespecified 3-mo survival rate threshold (66%) was not reached, causes of death were not GFT related. Main causes of death were PD in the CNS 24%, systemic 41%, both 8%, and toxicity 10% [intestinal perforation (2 patients), pneumonia (2), pulmonary emboli (1), pneumonitis NOS (1), seizure (1)]. We summarize here other patients' characteristics for the 2 trial arms: TMZ (n ¼ 43)/GFT (n ¼ 16); median treatment duration: 1.6 /1.8 mo; Grade 3-4 toxicity: lymphopenia 5 patients (12%)/0; fatigue 8 patients (19%)/2 patients (13%). Survival data for TMZ/GFT arms: 3-month survival rate: 58.1% (95% CI 42.1-73)/62.5% (95% CI 35- 85); median OS: 4.9 months (95% CI 2.5-5.6)/6.3 months (95% CI 2.2- 14.6); median PFS: 1.8 months (95% CI 1.5-1.8)/1.8 (95% CI 1.1-3.9); median time to neurol. progr.: 8.0 months (95% CI 2.2-X)/4.8 (95% CI 3.9-10.5). In a model to predict survival time including the variables' age, PS, number of BM, global QL, total MMSE score, and subjective cognitive function, none of the variables accounted for a significant improvement in survival time. CONCLUSIONS: The combinations of WBRT with GFT or TMZ were feasible. However, in this unselected patient population, survival remains poor and a high rate of complication was observed. Four patients died as a result of high-dose corticosteroids. Preliminary evaluation of cognitive function andQL failed to show significant improvement. Indications and patient selection for palliative treatment should be revisited and careful monitoring and supportive care is required. Research and progress for this frequent clinical situation is urgently needed. Trial partly supported by AstraZeneca (Switzerland), Essex Chemie (Switzerland) and Swiss Federal Government.

Timing of Capacity Change: Models for Capital Intensive Industry

The suitable timing of capacity investments is a remarkable issue especially in capital intensive industries. Despite its importance, fairly few studies have been published on the topic. In the present study models for the timing of capacity change in capital intensive industry are developed. The study considers mainly the optimal timing of single capacity changes. The review of earlier research describes connections between cost, capacity and timing literature, and empirical examples are used to describe the starting point of the study and to test the developed models. The study includes four models, which describe the timing question from different perspectives. The first model, which minimizes unit costs, has been built for capacity expansion and replacement situations. It is shown that the optimal timing of an investment can be presented with the capacity and cost advantage ratios. After the unit cost minimization model the view is extended to the direction of profit maximization. The second model states that early investments are preferable if the change of fixed costs is small compared to the change of the contribution margin. The third model is a numerical discounted cash flow model, which emphasizes the roles of start-up time, capacity utilization rate and value of waiting as drivers of the profitable timing of a project. The last model expands the view from project level to company level and connects the flexibility of assets and cost structures to the timing problem. The main results of the research are the solutions of the models and analysis or simulations done with the models. The relevance and applicability of the results are verified by evaluating the logic of the models and by numerical cases.

Sähköasemaprojektoinnin kehittäminen Helsingin Energiassa

Työssä käsitellään Helsingin Energian sähköasemaprojektoinnin kehittämistä. Helsingin kaupunkiolosuhteissa valmiiden ratkaisujen hyödyntäminen ei ole usein mahdollista, vaan asemat on suunniteltava itsenäisinä, erilaisina projekteina. Rakennettavat sähköasemat ovat suuria ja eri osien kilpailuttamisella saavutetaan taloudellista hyötyä. HelenEngineeringillä on mahdollisuus toimia haastavissa projekteissa konsulttimaisena projektinhoitajana. Kun sähköasemaprojektien tarve on jatkuva, Helsingin Energialla on syytä säilyttää oma sähköasemaprojektointiosaaminen. Työtä varten tehtiin haastattelututkimus sähköasemaprojekteja toteuttaville yrityksille ja perehdyttiin kahteen viimeisimpään Helsingin Energialla toteutettuun sähköasemaprojektiin, jotka olivat Viikinmäen 20 kV ja Suvilahden110 kV sähköasemien uusimiset. Näiden perusteella muodostettiin malli toteuttaasähköasemaprojekteja Helsingin Energialla. Malli sisältää muun muassa rungon projektivaiheistukselle, ositukselle, organisaatiokaaviolle, aikataululle ja näkökulmia sopimusten laadintaan. Mallin täysimittainen soveltaminen vaatii kuitenkinjatkuvaa, suunniteltua kehitystyötä. Myös mallia on kehitettävä jatkuvasti.

Tuotteen valmistuksen kehittäminen kaizen-projektin avulla

Diplomityön tavoitteena oli laatia Abloy Oy:n ovensuljinyksikölle malli kaizenprojektille sekä toteuttaa yksi tällainen kehitysprojekti. Kaizen on japania ja tarkoittaa suomeksi jatkuvaa parantamista. Kaizen on pienin askelin tapahtuvaa jatkuvaa kehittämistä, joka perustuu vanhan osaamisen tehokkaampaan hyväksikäyttöön. Teoriaosuudessa tutustutaan kirjallisuuden perusteella lean- ja JOT-teorioihin, jotka ovat osa Abloy Oy:n yrityksen strategiaa. Niiden lähestymistapa on hyvin asiakaslähtöinen. Kaizen-projekteilla pystytään kehittämään omaa toimintaa parantaen samalla asiakaspalvelua. Kaizen-projektin tavoitteena oli poistaa mahdollisimman paljon lisäarvoa tuottamattomia toimintoja aukipitolaitteen DC191 valmistuksesta ja saada tuotteen kokonaisläpimenoaikaa lyhyemmäksi. Tavoitteena oli myös lisätilan järjestäminen mahdollisesti tuleville kokoonpanopöydille. Projektin avulla aukipitolaitteen DC191 valmistuksesta poistettiin paljon turhia työvaiheita.Lisäksi selvitettiin ja ratkaistiin valmistuksen pahimmat ongelmat.

Cross-Border Innovation Support Platform for the SMEs: The Case of St. Petersburg Corridor Region

Työssä tutkitaan eri mekanismeja rajojen ylittävään innovaatioiden edistämiseen pienten ja keskisuurten yritysten näkökulmasta. Case ympäristönä on Kaakkois-Suomen ja Luoteis-Venäjän alueeli Pietarin Corridor. Tavoitteena on löytää tarkemmat määritykset ja rajauksetnäille mekanismeille. Teoriassa muodostettiin viitekehys rajojen ylittävälle innovaatioiden edistämismallille. Mallin pohjalta toteutettiinhaastattelututkimus, joka suoritettiin case-ympäristössä. Haastattelujoukko koostui yritysten edustajista, tutkimus-henkilöstöstä sekä julkisista toimijoista. Innovaatiojärjestelmä oli avoin uusille toimintamenetelmille.Menetelmien toteuttamistapa kuitenkin jakoi mielipiteitä. Toimijoiden välille tarvitaan parempaa yhteistyötä ja tämän kautta selkeämpää kommunikointia yritysten suuntaan. Innovaatioiden edistämiseen ehdotetaan Innovation Relay Centre tyyppisen toiminnan laajentamista Corridorin alueelle sekä sen käyttämän teknologioiden välittämismallin sekä kansainvälisen verkoston hyödyntämistä. Edistämisen tukena tulisi käyttää innovaatiotietokanta-työkalua.

Developing Processes and Learning in a Project-based Firm

Tämän diplomityön tavoitteena on kuvata tiedonkulkua projektiliiketoimintaa harjoittavassa yrityksessä sekä analysoida kuvausta määrittäen mahdolliset kehityskohdat. Työssätuotetut kuvaukset ja kehityskohtien määrittäminen toimivat pohjana yrityksen kehittäessä projektien hallintaansa tulevaisuudessa. Työssä valitaan tietojohtamisen näkökulma sopivaksi lähestymistavaksi yrityksen toiminnananalysointiin. Haastatteluin kerätyn tutkimusmateriaalin perusteella luodaan prosessikuvaukset jotka mallintavat tietovirtoja yrityksen projektien aikana tapahtuvien prosessien välillä. Kuvausta peilataan tietämyksen luomisen sekä projektien tietojohtamisen teoriaan ja määritetään kehityskohteita. Kehityskohteiden määrittämisen lisäksi ehdotetaan mahdollisia toimenpiteitä tiedon ja tietämyksen hallinnan kehittämiseksi. Kokemusten ja opittujen asioiden sekäpalautteen kerääminen projektien aikana sekä niiden jälkeen havaittiin tärkeimmäksi kehityskohdaksi. Näiden keräämisen voidaan todeta vaativan järjestelmällisyyttä jotta projektien onnistumiset sekä niissä saavutetut parannukset voidaan toistaa jatkossa ja virheet sekä epäonnistumiset sitä vastoin välttää.