Lääkeaineiden poisto yhdyskuntajätevesistä katalyyttisillä membraaneilla

Lääkeaineiden poistaminen jätevedestä on tärkeää lääkeainejäämien ympäristöön pääsyn ehkäisemiseksi. Tämän työn tavoitteena on selvittää, soveltuvatko katalyyttiset membraanit lääkeaineiden poistoon jätevedestä ja saadaanko membraanisuodatusta tehostettua katalyyttisellä prosessilla. Työ käsittelee katalyyttisistä prosesseista fotokatalyysiä, joka perustuu valoa absorboivan katalyytin käyttöön. Kirjallisuustyössä tarkastellaan kahden erilaisen fotokatalyyttisen prosessin toimivuutta membraanisuodatuksen kanssa lääkeaineiden poistossa jätevedestä. Lisäksi tutkitaan fotokatalyysissä käytettävän katalyytin ja ultraviolettisäteilyn vaikutusta membraaniin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että katalyyttisillä membraaneilla voidaan poistaa lääkeaineita jätevedestä tehokkaasti. Parhaan lääkeaineiden poistotehokkuuden saamiseksi katalyytin määrä on optimoitava hajotusprosessin kannalta. Myös katalyytin sijainti membraanissa vaikuttaa tehokkuuteen. Katalyytti voi sijaita membraanista myös erillään. Tällöin saadaan käsiteltyä myös jatkuvatoimisessa membraanisuodatuksessa syntyvä lääkeaineita sisältävä konsentraattivirta. Kun katalyyttisellä membraanilla hajotetaan lääkeaineita, täytyy prosessin turvallisuuden kannalta olla hyvin selvillä mahdollisista syntyvistä myrkyllisistä välituotteista. Tutkimuksissa on myös todettu, että katalyyttisen membraanin käyttö vähentää membraanin likaantumista.

Ionic Liquids and Microwaves in Promotion of Organic Synthesis : Friedel-Crafts reaction, deuterolabelling and O-Demethylation

The use of ionic liquids in chemical research has gained considerable interest and activity in recent years. Due to their unique and varied physicochemical properties, in comparison to molecular solvents, the potential applications for ionic liquids are enormous. The use of microwave irradiation, as a powerful dielectric heating technique, in synthetic organic chemistry has been known since 1986. Since then, it has gained significant recognition for its research and application in both academia and industry. The use of either ionic liquids or microwave irradiation in synthetic organic chemistry has been known to afford improved, alternative or complimentary selectivities, in comparison to traditional processes. In this study, the use of ionic liquids as solvents, co-solvents and catalytic media was explored in Friedel-Crafts, deuterolabelling and O-demethylation reactions. Alternative methods for the production of a variety of aromatic ketones using the Friedel-Crafts acylation methodology were investigated using ionic liquid catalyst or ionic liquid acidic additive systems. The disclosed methods, i.e. metal bistriflamides and chloroindate ionic liquids systems, possessed good catalytic activity in the synthesis of typical benzophenones. These catalytic systems were also recyclable. Microwave irradiation was found to be useful in the synthesis of various polyhydroxydeoxybenzoins and arylpropanones as synthetic precursors to naturally occurring or potentially bioactive compounds. Under optimized condition, the reaction occurred in only four minutes using systems such as [bmim][NTf2]/HNTf2 and [bmim][BF4]/BF3·OEt2. Naturally occurring polyphenols, such as isoflavones, can possess various types of biological or pharmacological activity. In particular, some are noted for their beneficial effects on human health. Isotopically labelled analogues of polyphenols are valuable as analytical standards in the quantification of these compounds from biological matrices. A new strategy for deuterolabelling of polyphenols was developed using ionic liquids as co-solvents and 35% DCl/D2O, as a cheap deuterium source, under microwave irradiation. Under these conditions, perdeuterated compounds were achieved in short reaction times, in high isotopic purity and in excellent yields. An O-demethylation reaction was developed, using an ionic liquid reaction medium with BBr3 for the deprotection of a variety methyl protected polyphenolic compounds, such as isoflavons and lignans. This deprotection procedure was found to be very practical as the reaction occurred under mild reaction conditions and in short reaction times. The isolation and purification steps were particularly straightforward and high yielding, in comparison to traditional methods.

Novel CDNF/MANF protein family : Molecular structure, expression and neurotrophic activity

Neurotrophic factors (NTFs) are secreted proteins which promote the survival of neurons, formation and maintenance of neuronal contacts and regulate synaptic plasticity. NTFs are also potential drug candidates for the treatment of neurodegenerative diseases. Parkinson’s disease (PD) is mainly caused by the degeneration of midbrain dopaminergic neurons. Current therapies for PD do not stop the neurodegeneration or repair the affected neurons. Thus, search of novel neurotrophic factors for midbrain dopaminergic neurons, which could also be used as therapeutic proteins, is highly warranted. In the present study, we identified and characterized a novel protein named conserved dopamine neurotrophic factor (CDNF), a homologous protein to mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF). Others have shown that MANF supports the survival of embryonic midbrain dopaminergic neurons in vitro, and protects cultured cells against endoplasmic reticulum (ER) stress. CDNF and MANF form a novel evolutionary conserved protein family with characteristic eight conserved cysteine residues in their primary structure. The vertebrates have CDNF and MANF encoding genes, whereas the invertebrates, including Drosophila and Caenorhabditis have a single homologous CDNF/MANF gene. In this study we show that CDNF and MANF are secreted proteins. They are widely expressed in the mammalian brain, including the midbrain and striatum, and in several non-neuronal tissues. We expressed and purified recombinant human CDNF and MANF proteins, and tested the neurotrophic activity of CDNF on midbrain dopaminergic neurons using a 6-hydroxydopamine (6-OHDA) rat model of PD. In this model, a single intrastriatal injection of CDNF protected midbrain dopaminergic neurons and striatal dopaminergic fibers from the 6-OHDA toxicity. Importantly, an intrastriatal injection of CDNF also restored the functional activity of the nigrostriatal dopaminergic system when given after the striatal 6-OHDA lesion. Thus, our study shows that CDNF is a potential novel therapeutic protein for the treatment of PD. In order to elucidate the molecular mechanisms of CDNF and MANF activity, we resolved their crystal structure. CDNF and MANF proteins have two domains; an amino (N)-terminal saposin-like domain and a presumably unfolded carboxy (C)-terminal domain. The saposin-like domain, which is formed by five α-helices and stabilized by three intradomain disulphide bridges, may bind to lipids or membranes. The C-terminal domain contains an internal cysteine bridge in a CXXC motif similar to that of thiol/disulphide oxidoreductases and isomerases, and may thus facilitate protein folding in the ER. Our studies suggest that CDNF and MANF are novel potential therapeutic proteins for the treatment of neurodegenerative diseases. Future studies will reveal the neurotrophic and cytoprotective mechanisms of CDNF and MANF in more detail.

MCT1-, MCT4- ja CD147-proteiinit kehittyvässä kilin pötsissä

Nuoren märehtijän alkaessa syödä kiinteää ravintoa, etumahojen suhteellinen osuus mahoista kasvaa ja niiden seinämän epiteeli alkaa kehittyä mahdollistaakseen ravintoaineiden tehokkaan imeytymisen. Märehtijöillä rehun hiilihydraatit hajoavat pötsissä haihtuviksi rasvahapoiksi, ja monokarboksylaattikuljettajien uskotaan avustavan haihtuvien rasvahappojen imeytymisessä pötsin seinämän läpi. Pötsin seinämässä on todettu olevan ainakin MCT1- ja MCT4 –isoformeja. Nämä tarvitsevat toimiakseen CD147 -proteiinin (myös OX-47, EMMPRIN, HT7 ja basigin), joka on on glykosyloitu integraalinen membraaniproteiini. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää MCT1-, MCT4- ja CD147 –proteiinien muutoksia pötsin toiminnan kehittymisen aikana. Toisena tavoitteena oli selvittää, voidaanko näytteenä käyttää solukalvojen sijasta pötsin seinämästä tehtyä homogenaattia. Tutkimuksessa käytettiin eri ikäisinä lopetetuista kileistä kerättyjä näytteitä. Kilejä oli yhteensä 31, joista 7 oli 3-21 tunnin ikäisiä, 7 viikon ikäisiä, 7 kahden viikon ikäisiä, 1 kolmen viikon ikäinen, 2 neljän viikon ikäistä, sekä 7 kahdeksan viikon ikäistä. Pötsin seinämästä otettiin näyte, josta valmistettiin homogenaatti ja eristettiin solukalvot eli membraanit. Pötsinäytteistä löydettiin MCT1- ja CD147 –proteiineja, mutta MCT4- isoformia ei ollut havaittavissa. Membraaninäytteissä havaittiin MCT1 -isoformin pitoisuuksien kasvavan iän mukana, paitsi kahdeksan viikon ikäisillä kileillä, joilla MCT1 –isoformin määrät vähenivät merkitsevästi. CD147 –proteiinia oli havaittavissa jo vastasyntyneiden kilien pötsinäytteissä. Membraaninäytteissä CD147 -proteiinin määrä kasvoi lineaarisesti iän mukana ja CD147- proteiinin ja MCT1 –isoformin välillä havaittiin tilastollisesti merkitsevä korrelaatio. Homogenaattinäytteissä MCT1 -isoformin määrissä ei havaittu korrelaatiota iän kanssa. MCT1- ja MCT4 -isoformien solukalvolle siirtymisessä avustavan CD147 –proteiinin ei myöskään havaittu korreloivan koe-eläinten iän tai MCT1 -isoformin kanssa. Membraani- ja homogenaattinäytteistä mitattujen MCT1- ja CD147 -määrien välillä ei ollut korrelaatiota. Haihtuvien rasvahappojen muodostus alkaa, kun eläin aloittaa kiinteän ravinnon syömisen. Tästä seuraa, että haihtuvia rasvahappoja kuljettavia proteiineja tarvitaan epiteelisolujen pinnalle. Tutkimuksessa havaittiin haihtuvia rasvahappoja kuljettavan MCT1 –proteiinin ja sen apuproteiinien määrän lisääntyminen iän myötä. N. 8-11 viikon iässä, jolloin pötsin toiminta on kehittynyt aikuisen eläimen tasolle, MCT1 –proteiinin määrä oli merkitsevästi vähäisempi kuin 4 viikon iässä. Tulosten perusteella homogenaatti ei ole hyvä tapa mitata membraaniproteiinien määrää.