Koiran diabetes mellitus ja insuliinin korvaushoito : kirjallisuuskatsaus

Tämän kirjallisuuskatsauksen tarkoituksena on perehtyä insuliinihormonin toimintaan elimistössä ja diabetes mellituksen patologiaan. Työssä esitellään lisäksi Suomen markkinoilla olevia insuliinivalmisteita ja niiden käyttömahdollisuudet koirien diabetes mellituksen hoidossa. Diabetes mellitus on yksi yleisimmistä endokrinologisista sairauksista koirilla ja sairauden kirjo on laaja. Diagnoosivaiheessa tyypillisimmin potilaalla on taustasta riippumatta haiman β-solujen toimintakyky heikentynyt niin, että tarvitaan insuliinin korvaushoitoa. Suomessa on tällä hetkellä vain yksi koiralle rekisteröity insuliinivalmiste. Eläinlääketieteen puolella pyritään yksilölliseen hoitoon ja Suomen lääkelainsäädännön kaskadisäännösten mukaisesti voidaan eläimillä käyttää myös ihmisille rekisteröityjä valmisteita, mikäli eläimen yksilöllinen hoito sen vaatii. Muita saatavilla olevia insuliinivalmisteita ovat erilaiset pitkä-, keskipitkä- ja pikavaikutteiset ihmisille rekisteröidyt insuliinivalmisteet. Synteettisten insuliinianalogien aminohappojärjestykseen on tehty muutoksia, joiden avulla imeytymisnopeus ihonalaistilasta ja sitoutuminen veren proteiineihin vaikuttaa niiden vaikutusaikaan ja -profiiliin. Toisissa insuliinivalmisteissa apuaineet vaikuttavat vastaavilla tavoilla. Yksilöllisessä hoidossa tulee insuliinivalmiste valita potilaalle sopivaksi. Mikäli aiemmin aloitetulla valmisteella ei ole haluttua hoitovastetta, tulee harkita toista valmistetta. Tätä ennen tulee kuitenkin poissulkea mahdolliset insuliiniresistenssiä aiheuttavat tilat, infektiot, vasta-aineiden muodostus ja glukoosiaineenvaihduntaan vaikuttavat sairaudet. Diabetes mellitusta sairaustavan koirapotilaan hoidossa tulee lisäksi huomioida monia muitakin asioita kuin vain insuliinihoito. Potilaan kotihoito käsittää myös ruokinnan sovelluttamisen hoitoon. Koiran ruokavalion tulee tukea hoitoa ja se vaikuttaa suuresti myös käytettävän insuliinivalmisteen valintaan. Hyvän hoitosuhteen luominen omistajaan ja hänen koiraansa auttavat havaitsemaan muutokset hoitovasteessa nopeasti. Insuliinihoidon tavoitteena on hyvinvoiva potilas, kliinisten oireiden pitäminen hallinnassa sekä haittavaikutusten minimointi. Hyvällä hoitovasteella pyritään ennaltaehkäisemään diabeettisten liitännäissairauksien syntyä tai ainakin hidastamaan jo syntyneiden sairauksien etenemistä. Hoidon eri vaiheissa voidaan potilaan sairauden kehittymistä ja hoitovastetta seurata eri laboratoriomääritysten avulla. Insuliini- tai c-peptidimäärityksillä voidaan todentaa insuliinituotannon tila. Lisäksi c-peptidillä voidaan seurata prediabeetikon sairauden kehittymistä ja insuliinikorvaushoidon aloittamista tai lääkityksen hienosäätöä. Pidempiaikaista glukoositasapainosta antavat tietoa glykolysoituneiden proteiinien laboratoriomääritykset. Fruktosamiini ja glykolysoitunut hemoglobiini (hbA1c) auttavat kliinikkoa hoitovasteen seurannassa. Koirille tehtyjä kliinisiä tutkimuksia eri insuliinivalmisteiden vaikutuksista on varsin vähän. Lisäksi tutkimusten potilasmäärät ovat vähäisiä, vaihtelua on paljon ja kriteerit potilaiden valintaan vaihtelevat. Insuliinivalmisteiden vaikutusajasta ja huippuvaikutusajankohdista vaikuttavat monet tekijät, muun muassa endogeenisen insuliinituotannon vaikutukset glukoosikäyriin. Uusia hoitomuotoja ja -tapoja ja niiden sovelluksia tulee jatkuvasti. Humaanilääketieteen puolella on kehitteillä insuliinivalmisteita, joiden kudosspesifisyys on lähempänä fysiologisen insuliinin vaikutusta. Eläinlääketieteessä taasen ollaan pohdittu muun muassa monipistoshoidon sovelluttamista koirien diabeteksen hoitoon

Mass spectrometry and n-in-one analytics in early drug discovery : combinatorial chemistry libraries, lipophilicity and absorption screening

This thesis describes current and past n-in-one methods and presents three early experimental studies using mass spectrometry and the triple quadrupole instrument on the application of n-in-one in drug discovery. N-in-one strategy pools and mix samples in drug discovery prior to measurement or analysis. This allows the most promising compounds to be rapidly identified and then analysed. Nowadays properties of drugs are characterised earlier and in parallel with pharmacological efficacy. Studies presented here use in vitro methods as caco-2 cells and immobilized artificial membrane chromatography for drug absorption and lipophilicity measurements. The high sensitivity and selectivity of liquid chromatography mass spectrometry are especially important for new analytical methods using n-in-one. In the first study, the fragmentation patterns of ten nitrophenoxy benzoate compounds, serial homology, were characterised and the presence of the compounds was determined in a combinatorial library. The influence of one or two nitro substituents and the alkyl chain length of methyl to pentyl on collision-induced fragmentation was studied, and interesting structurefragmentation relationships were detected. Two nitro group compounds increased fragmentation compared to one nitro group, whereas less fragmentation was noted in molecules with a longer alkyl chain. The most abundant product ions were nitrophenoxy ions, which were also tested in the precursor ion screening of the combinatorial library. In the second study, the immobilized artificial membrane chromatographic method was transferred from ultraviolet detection to mass spectrometric analysis and a new method was developed. Mass spectra were scanned and the chromatographic retention of compounds was analysed using extract ion chromatograms. When changing detectors and buffers and including n-in-one in the method, the results showed good correlation. Finally, the results demonstrated that mass spectrometric detection with gradient elution can provide a rapid and convenient n-in-one method for ranking the lipophilic properties of several structurally diverse compounds simultaneously. In the final study, a new method was developed for caco-2 samples. Compounds were separated by liquid chromatography and quantified by selected reaction monitoring using mass spectrometry. This method was used for caco-2 samples, where absorption of ten chemically and physiologically different compounds was screened using both single and nin- one approaches. These three studies used mass spectrometry for compound identification, method transfer and quantitation in the area of mixture analysis. Different mass spectrometric scanning modes for the triple quadrupole instrument were used in each method. Early drug discovery with n-in-one is area where mass spectrometric analysis, its possibilities and proper use, is especially important.Tämä tutkielma kertoo vanhoista sekä uusista seosanalytiikan muodoista lääkkeen keksimisessä ja kehittämisessä sekä esittelee kolme varhaista kokeellista tutkimusta käyttäen kolmoiskvadrupoli massa spektrometri -laitteistoa. Lääkekehityksen seosanalytiikka, n-in-one, yhdistää tutkittavia kemikaaleja ja niiden näytteitä sekä ennen kokeellista määritystä että analysointia, ja siten mahdollistaa uusien yhdisteiden löytämisen ja tunnistamisen nopeasti. Aikaisessa vaiheessa, samanaikaisesti farmakologisten vaikutusten seulonnan kanssa, määritetään myös yhdisteiden ominaisuuksia. Työssä esitetyt in vitro menetelmät, kuten caco-2 solut ja kromatografiset lipidikalvot, mallintavat lääkeaineiden imeytymistä ja lipofiilisyyttä. Nestekromatografia massa spektrometria on herkkä ja erittäin erottelukykyinen tekniikka ja siksi se on erityisen tärkeä uusissa seosanalytiikan menetelmissä. Ensimmäisessä työssä tutkittiin kymmenen nitrofenoksibentsoaatti -rakenteisen molekyylin massaspektrometrinen hajoaminen. Tämä homologisarja myös yhdistettiin ja määritettiin kuin kombinatorinen kirjasto. Nitro ja di-nitro substituointi sekä molekyylien eripituiset alkyyliketjut aiheuttivat massaspektrometrisesti mielenkiintoisia rakenne/hajoaminen -suhteita. Kaksi nitro-ryhmää lisäsi hajoamista verrattuna yhteen, kun taas pidemmillä alkyyliketjuilla oli rakennetta stabiloiva vaikutus. Nitrofenoksi-ioni oli vallitsevin hajoamistuote, ja tätä hyödynnettiin myös kombinatorisen kirjaston seulonnassa. Seuraavassa työssä kehitettiin uusi menetelmä kromatografiselle lipidikalvolle, IAM – kolonnille, jossa vanhan menetelmän ultravioletti detektori vaihdettiin massa spektrometriksi. Yhdisteiden retentioajat määritettiin skannaamalla massaspektrejä ja suodattamalla spektreistä ionikromatogrammit. Tulokset osoittivat hyvää korrelaatiota vanhan menetelmän tuloksiin, vaikka menetelmässä vaihdettiin detektoria, puskuria ja lisättiin mahdollisuus seosanalytiikkaan. Lisäksi työssä esiteltiin nopea n-in-one menetelmä erilaisten yhdisteiden samanaikaiseen lipofiilisyyden luokitteluun käyttäen massaspektrometriä sekä gradienttia. Viimeisessä tutkimuksessa kehitettiin uusi menetelmä caco-2 näytteille. Yhdisteet erotettiin nestekromatografisesti ja pitoisuudet määritettiin massaspektrometrisesti valittujen reaktioiden avulla. Tätä menetelmää käytettiin caco-2 näytteille, jossa kymmenen kemiallisesti ja fysiologisesti erilaisen yhdisteen imeytyminen tutkittiin yksittäin sekä käyttäen seosanalyysejä. Nämä kolme tutkimusta käyttivät massaspektrometriaa ja seosanalytiikkaa yhdisteiden tunnistamisessa, menetelmän siirrossa sekä pitoisuuden määrityksessä. Jokaisessa tutkimuksessa käytettiin kolmoiskvadrupoli massaspektrometrin eri määritystapoja. Massaspektrometrisen analytiikan mahdollisuudet ja oikeanlainen käyttö ovat erityisen tärkeitä kun määritetään seoksia lääkkeen keksimisen varhaisessa vaiheessa

Surface chemical and morphological properties of mechanical pulps, fibers and fines

The aim of this work was to study the surface chemical and morphological properties of different mechanical pulps with special focus on the effects of refining, bleaching and enzymatic modification on the surface properties of the isolated pulp fractions, namely fibers, fibrillar fines and flake-like fines. Special emphasis was placed on evaluating the suitability of time-of-flight secondary ion mass spectroscopy (ToF-SIMS) for studying the surface chemical properties of pulps and pulp fractions. Electron spectroscopy for chemical analysis/x-ray photoelectron spectroscopy (ESCA/XPS) was used to complement and/or verify the results given by ToF-SIMS. The morphological properties of pulps and pulp fractions were studied by atomic force microscopy (AFM) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). ToF-SIMS proved to be a valuable tool for studying the surface chemistry of mechanical pulps. For example, the content of guaiacyl units in the surface lignin could be determined and used to indicate which cell wall layer was exposed. The higher the intensity of peaks originating from guaiacyl lignin units, the higher the proportion of inner cell wall layers. ToF-SIMS can also identify several types of surface extractives based on their molecular masses and characteristic peaks in the spectra. However, ToF-SIMS cannot be considered to be a quantitative method for organics, and ESCA/XPS is therefore needed to complement the results. The surface chemical and morphological properties of fibers differed from those of fines. The surfaces of fines contained more extractives and lignin, while the surfaces of fibers were richer in polysaccharides. Different types of fines also exhibited different surface properties, fibrils having more extractives on their surface and flakes more granular lignin. Refiner and groundwood pulps and pulp fractions differed in their surface chemical properties due to differences in the pulping processes. Increased refining energy raised the intensity of peaks originating from guaiacyl lignin units on the surface of fibers, which together with FE-SEM images reflected the increased exposure of the secondary wall layer. The surface chemical properties of fines showed that at low specific energy consumption fibrils were formed from the outer fiber wall layers (P+S1), but the content of secondary wall material increased as a function of refining energy. At the start of refining, flakes originated from compound middle lamella (ML+P) but during later refining stages they were also released from the outer secondary wall (S1). ToF-SIMS also indicated a decrease in the surface content of chromophores of coniferaldehyde origin during mechanical pulp bleaching. Bleaching was found to be effective in removing surface extractives, especially from the surface of fibrils. Lipase and laccase treatments combined with washing selectively removed extractives from the surface of mechanical pulps, especially from the surface of fibrils, and thus increased the hydrophilicity of the pulp.Työn tarkoituksena oli tutkia mekaanisten massojen pintakemiallisia ja morfologisia ominaisuuksia sekä erityisesti niitä muutoksia, joita massoissa tapahtuu jauhatuksen, valkaisun ja entsymaattisten käsittelyjen aikana. Tavoitteena oli myös tutkia erilaisten mekaanisten massojen pintaominaisuuksien lisäksi massoista eristettyjen fraktioiden, eli kuitujen ja erilaisten hienoaineiden, pintakemiallisia ja -morfologisia ominaisuuksia. Pääpaino työssä oli lentoaikaerotteisen sekundaari-ionimassaspektometrin (time-of-flight secondary ion mass spectrometry, ToF-SIMS) antamilla tuloksilla. Näitä tuloksia tukemaan ja täydentämään käytettiin kemialliseen analyysiin tarkoitettua elektronispektroskopiaa, joka tunnetaan myös nimellä röntgensäde fotoelektronispektroskopia (electron spectroscopy for chemical analysis, ESCA/x-ray photoelectron spectrosopy, XPS). Massojen ja niistä eristettyjen fraktioiden morfologisten ominaisuuksien analysoimiseen käytettiin atomivoimamikroskooppia (atomic force microscopy, AFM) sekä pyyhkäisyelektronimikroskooppia (field emission scanning electron microscope, FE-SEM). ToF-SIMS soveltui hyvin mekaanisten massojen ja massafraktioiden pintakemiallisten ominaisuuksien tutkimiseen. Laitteella voitiin esimerkiksi analysoida pinnassa olevan ligniinin guajasyyliyksiköiden suhteellinen pitoisuus. Kyseisen tiedon avulla voitiin esimerkiksi arvioida, onko pinnan ligniini peräisin soluseinän uloimmista vai sisemmistä kerroksista. ToF-SIMS:in avulla voitiin myös analysoida pinnassa olevien eri uuteaineryhmien suhteellisia pitoisuuksia. ToF-SIMS ei kuitenkaan ole kvantitatiivinen menetelmä orgaanisille aineilla ja niinpä ESCA/XPS:n tuloksia tarvitaan täydentämään ToF-SIMS:in antamia tuloksia. Mekaanisten massojen kuitujen pintakemialliset ja morfologiset ominaisuudet poikkesivat massojen hienoaineen pintaominaisuuksista. Hienoaineen pinnalla oli enemmän uuteaineita ja ligniiniä kuin kuitujen, ja kuitujen pinnassa oli vastaavasti eniten polysakkarideja. Erityyppisillä hienoaineilla, fibrilleillä ja lastumaisella hienoaineella, oli myös erilaiset pintakemiat. Fibrillien pinnassa oli enemmän uuteaineita ja lastumaisen hienoaineen pinnassa ligniiniä, jotka muodostivat pintaan granuuleja. Hiokkeista ja hierteistä erotetut fraktiot olivat pintakemioiltaan erilaisia. Jauhatusenergian kasvu lisäsi ligniinin guajasyyliyksiköiden suhteellista pitoisuutta kuitujen pinnalla, joka yhdessä FE-SEM kuvien kanssa kertoi kuituseinämän sisempien kerrosten paljastumisesta. Hienoaineen pintakemiallisia ominaisuuksia analysoimalla voitiin päätellä, että fibrillejä muodostuu jauhatuksen alussa kuituseinämän uloimmista kerroksista (P+S1) ja sekundääriseinästä peräisin olevan fibrillimäisen hienoaineen määrä kasvaa jauhatusenergian kasvaessa. Jauhatusenergian ollessa pieni, lastumaista hienoainesta muodostuu välilamellista sekä primääriseinämästä, mutta jauhatusenergian kasvaessa niitä alkaa muodostua myös uloimmasta sekundääriseinämästä (S1). ToF-SIMS:in avulla pystyttiin analysoimaan pinnan ligniinin koniferaldehydien suhteellinen pitoisuus, jota voitiin käyttää kromofooristen rakenteiden pitoisuuden indikaattorina. Pinnassa olevien kromofoorien pitoisuus pieneni valkaisun aikana. Valkaisu myös poisti tehokkaasti pinnassa olevia uuteaineita, erityisesti fibrilleistä. Käsittelyjä Lipaasi- ja lakkaasientsyymeillä yhdistettynä pesuun voitaisiin käyttää uuteaineiden selektiiviseen poistoon massan komponenttien, varsinkin fibrillien, pinnoista, ja siten lisätä massojen hydrofiilisyyttä.reviewe