Predicting drug metabolism: experiment and/or computation?

Drug metabolism can produce metabolites with physicochemical and pharmacological properties that differ substantially from those of the parent drug, and consequently has important implications for both drug safety and efficacy. To reduce the risk of costly clinical-stage attrition due to the metabolic characteristics of drug candidates, there is a need for efficient and reliable ways to predict drug metabolism in vitro, in silico and in vivo. In this Perspective, we provide an overview of the state of the art of experimental and computational approaches for investigating drug metabolism. We highlight the scope and limitations of these methods, and indicate strategies to harvest the synergies that result from combining measurement and prediction of drug metabolism.

Microscopic-macroscopic approach for binding energies with the Wigner-Kirkwood method. II. Deformed nuclei

The binding energies of deformed even-even nuclei have been analyzed within the framework of a recently proposed microscopic-macroscopic model. We have used the semiclassical Wigner-Kirkwood ̄h expansion up to fourth order, instead of the usual Strutinsky averaging scheme, to compute the shell corrections in a deformed Woods-Saxon potential including the spin-orbit contribution. For a large set of 561 even-even nuclei with Z 8 and N 8, we find an rms deviation from the experiment of 610 keV in binding energies, comparable to the one found for the same set of nuclei using the finite range droplet model of Moller and Nix (656 keV). As applications of our model, we explore its predictive power near the proton and neutron drip lines as well as in the superheavy mass region. Next, we systematically explore the fourth-order Wigner-Kirkwood corrections to the smooth part of the energy. It is found that the ratio of the fourth-order to the second-order corrections behaves in a very regular manner as a function of the asymmetry parameter I=(N−Z)/A. This allows us to absorb the fourth-order corrections into the second-order contributions to the binding energy, which enables us us to simplify and speed up the calculation of deformed nuclei.

Thomas-Fermi theory for atomic nuclei revisited

The recently developed semiclassical variational Wigner-Kirkwood (VWK) approach is applied to finite nuclei using external potentials and self-consistent mean fields derived from Skyrme inter-actions and from relativistic mean field theory. VWK consist s of the Thomas-Fermi part plus a pure, perturbative h 2 correction. In external potentials, VWK passes through the average of the quantal values of the accumulated level density and total en energy as a function of the Fermi energy. However, there is a problem of overbinding when the energy per particle is displayed as a function of the particle number. The situation is analyzed comparing spherical and deformed harmonic oscillator potentials. In the self-consistent case, we show for Skyrme forces that VWK binding energies are very close to those obtained from extended Thomas-Fermi functionals of h 4 order, pointing to the rapid convergence of the VWK theory. This satisfying result, however, does not cure the overbinding problem, i.e., the semiclassical energies show more binding than they should. This feature is more pronounced in the case of Skyrme forces than with the relativistic mean field approach. However, even in the latter case the shell correction energy for e.g.208 Pb turns out to be only ∼ −6 MeV what is about a factor two or three off the generally accepted value. As an adhoc remedy, increasing the kinetic energy by 2.5%, leads to shell correction energies well acceptable throughout the periodic table. The general importance of the present studies for other finite Fermi systems, self-bound or in external potentials, is pointed out.

Nuclear surface properties in relativistic effective field theory

We perform Hartree calculations of symmetric and asymmetric semi-infinite nuclear matter in the framework of relativistic models based on effective hadronic field theories as recently proposed in the literature. In addition to the conventional cubic and quartic scalar self-interactions, the extended models incorporate a quartic vector self-interaction, scalar-vector non-linearities and tensor couplings of the vector mesons. We investigate the implications of these terms on nuclear surface properties such as the surface energy coefficient, surface thickness, surface stiffness coefficient, neutron skin thickness and the spin-orbit force.

From caging to rouse dynamics in polymer melts with intramolecular barriers: a critical test of the mode coupling theory

By means of computer simulations and solution of the equations of the mode coupling theory (MCT),we investigate the role of the intramolecular barriers on several dynamic aspects of nonentangled polymers. The investigated dynamic range extends from the caging regime characteristic of glass-formers to the relaxation of the chain Rouse modes. We review our recent work on this question,provide new results, and critically discuss the limitations of the theory. Solutions of the MCT for the structural relaxation reproduce qualitative trends of simulations for weak and moderate barriers. However, a progressive discrepancy is revealed as the limit of stiff chains is approached. This dis-agreement does not seem related with dynamic heterogeneities, which indeed are not enhanced by increasing barrier strength. It is not connected either with the breakdown of the convolution approximation for three-point static correlations, which retains its validity for stiff chains. These findings suggest the need of an improvement of the MCT equations for polymer melts. Concerning the relaxation of the chain degrees of freedom, MCT provides a microscopic basis for time scales from chain reorientation down to the caging regime. It rationalizes, from first principles, the observed deviations from the Rouse model on increasing the barrier strength. These include anomalous scaling of relaxation times, long-time plateaux, and nonmonotonous wavelength dependence of the mode correlators.

The challenges of building theory by combining lenses

The article presents a discussion of foundational issues in the field of management science, focusing on advances in management theory and research. The metaphor of explanatory lenses is used as a rubric to illustrate the theoretical challenges involved in elucidating the interrelationships of various factors in organizational behavior. The importance of clarifying such interrelationships is emphasized, from the standpoint of editing scholarly papers on such topics for publication. Topics discussed include communication and psychology in management, economics, and behavioral finance.

Flokkulaation seuraaminen partikkelikokoanalysaattorilla

Tässä työssä tutkittiin kahden erilaisen partikkelikokoanalysaattorin, PSyA:n ja PIA:n soveltuvuutta flokkuloinnin online-seurantaan. Kummallekin menetelmälle määritettiin raja-arvot, kuten lietteen maksimisakeus. Lisäksi tutkittiin flokkulanttiannostuksen, sekoitusnopeuden, sekoitusajan ja lietteen kiintoainepitoisuuden vaikutusta flokkikokojakaumaan. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin kolloidisen suspension ominaispiirteitä, koaguloinnin ja flokkuloinnin teoriaa, flokkulaation kokeellista tutkimista sekä prosessin jatkuvatoimiseen seurantaan soveltuvia laitteita. Lisäksi esitettiin taustaa hydrometallurgisesta prosessista, johon työ liittyy. Flokkauskokeissa käytettiin jätevettä, jonka koostumus vastasi metalliteollisuuden peittausjätevesien tyypillistä koostumusta. Tutkittava jätevesimäärä käsiteltiin ensin kalkkimaidolla, jonka jälkeen saostunut kiintoaine flokattiin synteettisellä polymeeriflokkulantilla. Lietteen keskimääräinen kiintoainepitoisuus oli n. 10 g/l. Esikokeiden perusteella PSyA:lla voitiin mitata ilman laimennusta, mutta PIA:lla tuloksia ei saatu ilman laimentamista kiintoainepitoisuuteen n. 2,5 g/l. Kokeiden aikana havaittiin, että flokit muodostuivat erittäin nopeasti. Flokkien hajoaminen alkoi pian sen jälkeen, kun flokkulantin annostelu lopetettiin. Sekoitusnopeudella 40 r/min tai alle flokit alkoivat laskeutua astian pohjalle sekoituksesta huolimatta ja ne pysyivät pitempään koossa kuin suuremmilla sekoitusnopeuksilla. 5 - 10 minuutin kuluttua flokkulantin lisäämisestä saavutettiin tasapaino, jolloin flokkien kokojakauma ei enää muuttunut. Sekoitusnopeuksilla 80 r/min ja 120 r/min tasapainotilanteen koko-jakauma oli selvästi kapeampi kuin pienimmällä sekoitusnopeudella. Alkuperäisessä lietteessä flokit olivat suurempia kuin laimennetussa lietteessä. PSyA:lla jännepituusjakaumien määrittäminen oli varsin hidasta prosessissa tapahtuviin muutoksiin verrattuna, ja tuloksissa oli suurta hajontaa. PIA:lla saadut partikkelikokojakaumat sitä vastoin olivat johdonmukaisempia, vaikka suurimpien flokkien määrittäminen osoittautuikin epämääräiseksi. Menetelmän suurimmaksi puutteeksi todettiin soveltumattomuus sakeiden lietteiden analysointiin. Kumpikaan menetelmä ei ilman modifiointia sovellu tutkitun lietteen kaltaisten prosessilietteiden flokkuloinnin seurantaan.

Thermodynamic stability of nanosized multicomponent bubbles/droplets: The square gradient theory and the capillary approach

Formation of nanosized droplets/bubbles from a metastable bulk phase is connected to many unresolved scientific questions. We analyze the properties and stability of multicomponent droplets and bubbles in the canonical ensemble, and compare with single-component systems. The bubbles/droplets are described on the mesoscopic level by square gradient theory. Furthermore, we compare the results to a capillary model which gives a macroscopic description. Remarkably, the solutions of the square gradient model, representing bubbles and droplets, are accurately reproduced by the capillary model except in the vicinity of the spinodals. The solutions of the square gradient model form closed loops, which shows the inherent symmetry and connected nature of bubbles and droplets. A thermodynamic stability analysis is carried out, where the second variation of the square gradient description is compared to the eigenvalues of the Hessian matrix in the capillary description. The analysis shows that it is impossible to stabilize arbitrarily small bubbles or droplets in closed systems and gives insight into metastable regions close to the minimum bubble/droplet radii. Despite the large difference in complexity, the square gradient and the capillary model predict the same finite threshold sizes and very similar stability limits for bubbles and droplets, both for single-component and two-component systems.

Interplay between surface anisotropy and dipolar interactions in an assembly of nanomagnets

We study the interplay between the effects of surface anisotropy and dipolar interactions in monodisperse assemblies of nanomagnets with oriented anisotropy. We derive asymptotic formulas for the assembly magnetization, taking into account temperature, applied field, core and surface anisotropy, and dipolar interparticle interactions. We find that the interplay between surface anisotropy and dipolar interactions is well described by the analytical expression of the assembly magnetization derived here: the overall sign of the product of the two parameters governing the surface and the dipolar contributions determines whether intrinsic and collective terms compete or have synergistic effects on the magnetization. This is illustrated by the magnetization curves of γ-Fe2O3 nanoparticle assemblies in the low concentration limit.

Paperikoneen kuivatusosan haihdutuksen tehostaminen

Tässä diplomityössä käsitellään paperikoneen kuivatusosan haihdutuksen tehostamista. Tutkimuksen aikana toteutettiin pienmittakaavakoe, ja suunniteltiin tuotantokonekoe. Molemmat kokeet perustuvat tutkimuksen aikana johdettuun teoriaan ja niiden tarkoituksena on kerätä lisää tietoa haihdutuksesta. Pienmittakaavakokeessa löydettiin uusi tapa tehostaa haihdutusta. Kokeen perusteella ei kuitenkaan voida varmuudella arvioida tavan hyötyjä ja soveltuvuutta tuotantokoneelle. Suositeltavaa onkin jatkossa toteuttaa työssä esitetty tuotantokonekoe, jotta auki jäävät kysymykset saavat vastauksensa ja saadaan selkeä käsitys uuden tavan hyödynnettävyydestä paperikoneen kuivatusosalla.

Pigmenttien suodatus

Työn tavoitteena oli tutkia neljän eri koesuotimen soveltuvuutta pigmenttilietteen kiintoainepitoisuuden nostoon. Työssä käytetyt suotimet olivat Larox PF 0,1, Certus-CU-0047, Crossflow-koesuodin ja Steuerung ET06-linko. Suodinväliaineena Larox PF 0,1-suotimessa ja Crossflow-koesuotimessa käytettiin Tamfelt Oyj:n suodinkankaita. Certus-CU-0047-suotimessa suodinväliaineena toimi keraaminen membraani. Työn kirjallisuusosassa tarkasteltiin partikkelien karakterisointia, suodatuksen teoriaa, kakkusuodatusta, suodinväliaineista suodinkankaita ja membraaneja. Lisäksi tarkasteltiin paperin päällystämiseen käytettyjen pigmenttien ominaisuuksia ja niiden suodatusta. Kokeet suoritettiin Larox PF 0,1, Certus-CU-0047 ja Crossflow-koesuotimella vakiopainesuodatuksena yhdellä paineella. Steuerung ET06-lingon kokeet suoritettiin vakiovirtaussuodatuksena käyttäen kolmea eri virtausnopeutta ja kolmea eri lingon ja ruuvin kierrossuhdetta. Työssä suodatettiin neljää erilaista pigmenttilietettä. Suodoksista otettiin näytteitä niiden sameuden määrittämiseksi. Larox Pf 0,1-suotimella ja Steuerung ET06-dekantterilingolla saatiin nostettua pigmenttilietteen kiintoainepitoisuutta erittäin hyvin. Loput kaksi suodinta eivät sovellu tähän tarkoitukseen ollenkaan. Vakiopainesuodatuksissa suodatusajat muodostuivat kuitenkin liian pitkiksi. Suodoksien kiintoainepitoisuudet olivat suurimmaksi osaltaan pieniä lukuun ottamatta tiettyjä suodinkankaita. Lietteen 2 kiintoainepitoisuuden nostaminen oli kaikilla suotimilla erittäin vaikeaa, muut lietteet suodattuivat kohtuullisen hyvin. Näiden kokeiden perusteella voidaan sanoa, että varsinkin vakiovirtaussuodatus soveltuu hyvin ainakin tiettyjen pigmenttilietteiden kiintoainepitoisuuden nostoon.

Oppilaitosyhteistyö henkilöstö- ja osaamisresurssien muodostamisessa: Case YIT-Yhtymä Oyj

Tämän tutkielman tavoitteena on tarkastella kuinka oppilaitosyhteistyöllä muodostetaan henkilöstö- ja osaamisresursseja kohdeorganisaatiossa. Tutkielma on laadullinen tutkimus, joka tutkii oppilaitosyhteistyötä caseyrityksessä. Oppilaitosyhteistyön teoreettinen viitekehys muodostuu henkilöstövoimavarojen johtamisen keskeisistä elementeistä ja niiden välisistä yhteyksistä. Tutkielman empiirinen aineisto on kerätty tekemällä teemahaastatteluja. Aineiston analyysi toteutuu teorian ja empirian välisen vuorovaikutuksen kautta. Tuloksien mukaan oppilaitosyhteistyön merkitys organisaatioiden uusien henkilöstö- ja osaamisresurssien muodostamisessa kasvaa tulevaisuudessa. Tällöin oppilaitosyhteistyön tärkein tehtävä on toimia osana organisaation ennakoivaa rekrytointia ja tukea tehtyjä strategisia valintoja. Keskeisintä oppilaitosyhteistyössä on silloin, että sitä tehdään eikä kuinka sitä tehdään. Tämä tutkimus havainnollistaa kuinka käytännöllä ja teorialla on joskus tapana erota toisistaan. Oppilaitosyhteistyö näyttää olevan teoreettisessa mielessä paljon tärkeämpää kuin käytännössä, vaikka todellisuudessa se taitaa olla toisinpäin.

What role do just-world beliefs play in harmful responses to injustice?

Research suggests that employees sometimes retaliate and sometimes refrain from retaliation for the same reason, namely because they care about justice. In two studies, we seek to solve this apparent inconsistency. Drawing on just world theory, we argue that retaliatory, harmful behavioral strategies to deal with injustice are associated to individual differences in personal belief in a just world (personal BJW). In contrast, individual differences in believing that the world is just in general (general BJW) are linked to the inhibition of these reactions. As a consequence, the relation between injustice and harmful behaviors is stronger for people with a high personal BJW than for those with a low one. General BJW is associated with their inhibition such that the relation between injustice and harmful reactions is weaker for people with a high general BJW than for those with a low one. We found evidence for our hypotheses in a cross-sectional field study and an experiment. We discuss our findings in light of their implications for just-world theory and suggest avenues for future research integrating organizational justice literature.

Task-Driven Activity Reduces the Cortical Activity Space of the Brain: Experiment and Whole-Brain Modeling.

How a stimulus or a task alters the spontaneous dynamics of the brain remains a fundamental open question in neuroscience. One of the most robust hallmarks of task/stimulus-driven brain dynamics is the decrease of variability with respect to the spontaneous level, an effect seen across multiple experimental conditions and in brain signals observed at different spatiotemporal scales. Recently, it was observed that the trial-to-trial variability and temporal variance of functional magnetic resonance imaging (fMRI) signals decrease in the task-driven activity. Here we examined the dynamics of a large-scale model of the human cortex to provide a mechanistic understanding of these observations. The model allows computing the statistics of synaptic activity in the spontaneous condition and in putative tasks determined by external inputs to a given subset of brain regions. We demonstrated that external inputs decrease the variance, increase the covariances, and decrease the autocovariance of synaptic activity as a consequence of single node and large-scale network dynamics. Altogether, these changes in network statistics imply a reduction of entropy, meaning that the spontaneous synaptic activity outlines a larger multidimensional activity space than does the task-driven activity. We tested this model's prediction on fMRI signals from healthy humans acquired during rest and task conditions and found a significant decrease of entropy in the stimulus-driven activity. Altogether, our study proposes a mechanism for increasing the information capacity of brain networks by enlarging the volume of possible activity configurations at rest and reliably settling into a confined stimulus-driven state to allow better transmission of stimulus-related information.