Acute spinal cord injury is often caused by collisions with motor vehicles, falls or violence. This injury could potentially lead to paraplegia or tetraplegia, causing great economic and personal loss. The patophysiology is biphasic, with primary and secondary mechanisms. Regarding secondary spinal cord injury, glutamate and interleukin-1 beta (IL-1<img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cbeta" data-classname="equation" data-title="" />) activates N-methyl-d-aspartate (NMDA)-receptors leading to prolonged excitotoxity, causing neuronal death and subsequently glial scarring. Cross-linked-hyaluronic acid gel and interleukin-1 receptor antagonist (IL-1RA) are believed to have a neuroprotective effect. The major aim of this study was to evaluate neuroprotection in the central neural system. Briefly, spinal cord slice cultures from mice (p9-12) were chemically injured with NMDA and treated with two hyaluronic acid-based gels with integrated, or added, IL1RA. RNA was extracted and transcripted to cDNA. The gene expression of Neuronal nuclear protein, <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cbeta" data-classname="equation" data-title="" />-aktin and IL-1<img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cbeta" data-classname="equation" data-title="" /> were studies with RT-qPCR. Results showed that gel integrated with IL1RA had significant therapeutic effect, resembling undamaged cultures. Furthermore, axonal outgrowth was investigated in dorsal root ganglion (DRG) in which two preparations of the method were evaluated. Results demonstrated that changing medium every other day was more preferred, compared to adding 20 µl medium every day.  In conclusion, gels integrated with IL1RA have neuroprotective properties and in DRG preparations, medium should be changed every other day for optimal results.

If you could trap a moment of painful sorrow or a deep joy, what form would you like to keep? This project is exploring how designing with biology can allow new sets of affordances and ways of expressing and interacting with the artifacts. Hence to this idea, the researcher is exploring the concept of crystalizing tears and turning them to gold, both metaphorically and literally. Showcasing how wearable made of living things could allow us more humane, poetic, and symbiotic relationships, compare to transactional interactions we currently have with wearables based on computation. As the outcome of the project, the researcher uses a biochemical phenomenon to commemorate chapters in life. Beyond that, the researcher is opening a field of what could be possible in the context of designing with biology and biological matters, how we are going to use them, and what kind of relationship we could build, as we move from machines to organisms, from pixels to cells. In its core, the researcher desired to show that Interaction designers must become material researchers, rather than inhabiting in the realm of familiar mediums. And this is what this thesis is all about, and hopefully, it does not stop there.

Background Broth microdilution (BMD) is a gold-standard reference method to determine minimum inhibitory concentration (MIC) of antibiotics. For this, a standardized concentration of bacterial inoculum (2e5–8e5 colony-forming units, CFU/ml) is added to progressively higher concentrations of antibiotics. Bacteria stop growing at a particular antibiotic concentration termed MIC. Like other assays, various biological and/or technical factors can affect BMD results.   Aims To investigate the effects of inoculum concentration (5e4–5e6 CFU/ml), growth-medium concentration (cation-adjusted Mueller-Hinton Broth (CAMHB)), ranging 0.5x to 2x (1x as standard)) and age (&lt;6-months or &gt;1-year old) of fastidious medium on MIC results. And to compare BMD results using 5 different brands of CAMHBs and 1 cation-non-adjusted MH-broth (non-CAMHB).   Methods 12 isolates of bacteria (gram-positive (n=3), gram-negative(n=5), fastidious isolates (n=7)) and custom-made antibiotics-containing plates for gram-positive (11 antibiotics) or gram-negative bacteria (10 antibiotics) were used. Overnight-grown colonies were used to prepare BMD solutions (MH-broth + inoculum +/- fastidious) which were plated on antibiotic-plates as well as diluted prior to plating on agar-plates. Antibiotic- and agar-plates were incubated (18–20hr, 35°C) and used to determine MICs (following European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing instructions) and actual number of viable bacteria in BMD solutions, respectively.   Results Increasing inoculum concentration increased MICs of all antibiotics except cefoxitin. Piperacillin–tazobactam, levofloxacin, benzylpenicillin and ampicillin were especially sensitive to increase in inoculum and showed a 4-fold increase in &gt;50% isolates. MICs for tobramycin, tigecycline and gentamicin increased by 2-fold in &gt;50% isolates every time MH-broth concentration increased. Age of fastidious medium had no decipherable pattern of effects on MIC. All MH-broths gave similar results except when testing daptomycin which gave higher MICs with non-CAMHB compared to CAMHB.    Conclusion This research reveals some technical factors affecting MIC results. These results could help define parameters for automated BMD-performing-systems. However, this research shows only trends as more replicates are needed to determine statistically significant results.

Autoimmuna sjukdomar är en samling komplexa, kroniska, inflammatoriska sjukdomstillstånd som kännetecknas av dysreglering av immunsystemet, vilket resulterar i inflammation och skada av vävnader, celler och organ. Dessa sjukdomar har en betydande inverkan på individens livskvalitet och bidrar ofta till ökad dödsrisk där komorbiditeter föreligger. Emellertid medför den varierande symptombilden för olika autoimmuna sjukdomar betydande utmaningar för att uppnå noggrann diagnos, prognos och utvärdering av behandling. Det finns därför ett påtagligt behov av att upptäcka nya biomarkörer.  I denna studie utfördes en omfattande analys av 944 plasmaprover med hjälp av OlinkR Explore-plattformen, vilket genererade data för 1463 unika proteiner. Baserat på uttrycksdata identifierades proteiner förknippade med de sex utvalda autoimmuna sjukdomarna multipel skleros, myosit, reumatoid artrit, systemisk skleros, Sjögrens sjukdom och systemisk lupus erythematosus samt några av deras definierade subgrupper. Dessa potentiella biomarkörer kommer eventuellt att underlätta tidig diagnos, sjukdomsdifferentiering och prognos. Flertalet av dessa proteiner har ännu aldrig kopplats till de här specifika sjukdomarna i litteraturen, särskilt inte från plasmaprover, vilket ger spännande nya perspektiv för biomarkörsutveckling. Det är dock av största vikt att genomföra robusta valideringsstudier i oberoende kohorter.  Sammanfattningsvis belyser våra resultat den potentiella brukbarheten hos dessa proteomiska plasmabiomarkörer för att förbättra tidig sjukdomsdetektering, karakterisering av subgrupper och sjukdomsdifferentiering att stimulera. Förhoppningsvis kan dessa resultat stimulera till vidare forskning inom området för biomarkörer och potentiella framsteg inom individbaserad medicin. / Autoimmune diseases are complex, chronic, inflammatory conditions characterized by dysregulation of the immune system, resulting in inflammation and damage to various tissues, cells and organs. These diseases significantly impact individuals’ quality of life and often contribute to increased mortality risk in the presence of comorbidities. However, due to the diverse array of symptoms associated with different autoimmune diseases, accurate diagnosis, prognosis, and treatment evaluation pose significant challenges. Thus, there is a pressing need for the discovery of novel biomarkers.  In this study, a comprehensive analysis of 944 plasma samples using the OlinkR Explore platform was conducted, generating data on 1463 unique proteins. Based on the expression data, associated proteins were identified for six selected autoimmune diseases, namely multiple sclerosis, myositis, rheumatoid arthritis, systemic sclerosis, Sjögren’s syndrome, and systemic lupus erythematosus, as well as some of their defined subgroups. These are prospective biomarkers and have the potential to aid in early diagnosis, therapeutic intervention, subgroup identification, disease differentiation, and disease prognosis. Notably, some of these proteins have not been previously associated with the specific diseases in the existing literature, especially not in plasma samples, thereby offering intriguing new perspectives for biomarker development. However, it is of great importance to conduct robust validation studies in independent cohorts to confirm the outcomes of this study.  In summary, our findings highlight the potential utility of these proteomic plasma biomarkers in improving the early detection, subgroup characterization, and disease differentiation of autoimmune diseases. The identification of these proteins will hopefully stimulate further investigation in the field of biomarker research and potential advancements in personalized medicine.

Detta projekt genomfördes på företaget Sangair som för närvarande utvecklar medicinsk utrustning för att behandla bakteriemi med ozon. Bakteriemi uppstår när bakterier hamnar i blodomloppet, vilket kan trigga sepsis och septisk chock, med potentiellt dödligt utfall om obehandlat. För närvarande används antibiotika för att behandla bakteriemi, men det ökande hotet med antibiotikaresistens världen över innebär att forskare behöver hitta nya vägar för att behandla bakteriemi. Som en del av Sangairs utveckling gjordes en undersökning för att se hur bakterier påverkas av ozon. Projektet syftade till att 1) utveckla en metod för att detektera lysering av bakterier och 2) använda metoden för att se om ozon hade lyserande effekt på model-organismen Escherichia coli. För att testa metoden transformerades stam BL21 av E. coli med en pUC-19 plasmid för att producera beta-galaktosidas. Proteinets aktivitet mättes sedan i sonikerade bakterier, vilket visade att det var en effekitiv metod för att lysera bakterier och sedan mäta aktiviteten. För att undersöka om ozon hade en lyserande effekt, och samtidigt bestämma om man kunde mäta protein fann man att det optimala experimentella upplägget var att använde en ozonkoncentration på 6 g/m3, ett gasflöde på 5 ml/min och ett vätskeflöde på 25 ml/min. Resultatet från studien indikerade att ozon har en lyserande effekt, men fler studier behövs göras för att verifiera resultatet. Man undersökte också om detektionen av Beta-galaktosidas kunde förbättras genom att tillsätta Bovin serumalbumin (BSA) för att inhibera resterande ozon i prover som annars skulle kunna inaktivera Beta-galaktosidas. Resultaten indikerade dock inte någon effekt. Som ett sista experiment mättes även endotoxiner som frigjordes vid behandling, och det visade sig att när bakterier behandlas med ozon frigörs lipopolysackarider (LPS) och peptidoglykaner, vilket också kan tyda på lysis. / This project was conducted at Sangair. The company is currently developing a medical device aimed at treating bacteremia with ozone. Bacteremia is a condition that occurs when bacteria enters the bloodstream, and can trigger sepsis and septic shock, potentially leading to death if untreated. Antibiotics have traditionally been the way to treat bacteremia, but the looming threat of antibiotic resistance worldwide threatens this way of treatment, and research into novel approaches to eradicate the bacteria needs to be done. As part of Sangairs development, an investigation was done to see how ozone interacts with bacteria. The project aimed to 1) develop a method to detect bacterial lysis and 2) use the method to detect if ozone had a lysing effect on the bacterial model organism Escherechia coli. To test the method, the BL21 strain of  E. coli was transformed with the pUC-19 plasmid to produce the reporter enzyme Beta-galactosidase. The Beta-galactosidase activity was then measured in a supernatant of sonicated bacteria, which confirmed the suitability of the method to detect bacteria cell lysis. To be able to see if ozone had a lysing effect, while still being able to measure Beta-galactosidase, it was found that the optimal setup for this was using an ozone concentration of 6 g/m3, a gas flow of 5 ml/min and a liquid flow of 25 ml/min. The results acquired with this setup indicated that ozone had a lysing effect on E. coli but more studies are needed to verify this. It was further investigated if Beta-galactosidase detection could be improved by addition of bovine serum albumin (BSA) to quench residual ozone in the samples, but the results showed that it did not have any effect on the Beta-galactosidase enzymatic activity. As a final experiment, endotoxins that were released upon treatment were also measured, and it was found that when bacteria are treated with ozone, lipopolysaccharides (LPS) and peptidoglycans are released, further confirming lysis of the bacterial cells.

Mänsklig utforskning av månen och Mars innebär stora utmaningar för människans fysiologi och hälsa på grund av de unika miljöfaktorer som följer av långvariga rymduppdrag. Rymdbiologiska experiment har blivit ett viktigt verktyg för att studera effekterna som mikrogravitation och rymdstrålning har på levande organismer, i syfte att förstå och minska dessa utmaningar. Sådana experiment ger forskarna möjlighet att få insikt i rymduppdragens inverkan på människans fysiologi och utveckla strategier för att motverka eventuella skadliga effekter. Dessutom ger rymdbiologiska experiment möjlighet att öka vår förståelse av grundläggande biologiska processer, inklusive mikrogravitationens effekter på celldifferentiering och vävnadsregeneration, med potentiella tillämpningar för både rymdforskning och för att förbättra människors hälsa på jorden. Särskilt studier av mikrogravitationens effekter på hjärncellerna har potentiella konsekvenser för neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons sjukdom. Genom att analysera data som genererats från hjärnor hos möss som skickats ut i rymden med en ny R-mjukvara, ArchR, är det möjligt att belysa de mekanismer som ligger till grund för förändringar i hjärnans funktion och beteende hos astronauter under långvariga rymduppdrag. Genom att förstå dessa mekanismer kan man utveckla nya terapeutiska metoder för att behandla eller till och med förebygga dessa sjukdomstillstånd. Fortsatta investeringar i rymdbiologisk forskning är avgörande för att garantera säkerheten och framgången för framtida, långvariga rymdforskningsuppdrag för människor. Genom att integrera avancerad teknik, t.ex. användning av spatiell transkriptomik eller sekvensering med encellsupplösning, kan en omfattande förståelse av komplexa biologiska system tolkas. De potentiella fördelarna med rymdbiologisk forskning sträcker sig längre än till att bara förstå effekterna av rymdfärder på människans fysiologi, med konsekvenser för grundläggande biologiska processer och behandling av en rad neurologiska sjukdomar. / Human exploration of the Moon and Mars poses significant challenges to human physiology and health due to the unique environmental factors that accompany long-duration space missions. Space biology experiments have emerged as an essential tool for studying the effects of microgravity and space radiation on living organisms, in order to understand and mitigate these challenges. Such experiments provide researchers with the opportunity to gain insights into the impacts of prolonged exposure to outer space on human physiology, and develop strategies to counteract any harmful effects. Additionally, space biology experiments offer the potential to enhance our understanding of fundamental biological processes, including the effects of microgravity on cell differentiation and tissue regeneration, with potential applications for both space exploration and improving human health on Earth. Previous research indicated the regulation of similar biomarkers, studying the effects of microgravity on brain cells could offer valuable insights into the potential impact on neurodegenerative conditions such as Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. By analyzing data generated from the brains of mice that have been sent to space with a new R-software tool called ArchR, it is possible to elucidate the mechanisms underlying changes in brain function and behavior in astronauts during long-duration space missions. Understanding these mechanisms can inform the development of new therapeutic approaches to treating or even preventing these conditions. Continued investment in space biology research is critical to ensuring the safety and success of future long-term human space exploration missions. By integrating advanced technologies, such as the use of spatial transcriptomics or sequencing at the single-cell resolution, comprehensive understanding of complex biological systems can be interpreted. The potential benefits of space biology research extend beyond just understanding the effects of spaceflight on human physiology, with implications for fundamental biological processes and the treatment of a range of neurological diseases.

Venös tromboembolism (VTE) inkluderar både djup ventrombos (DVT) och lungemboli (PE) och är en vanlig och komplex kardiovaskulär sjukdom med allvarliga kortsiktiga och långsiktiga komplikationer. I dagens kliniska praxis skulle diagnoseringen av VTE gynnas av en plasmaproteinpanel som antingen kan utesluta fall av akut VTE på egen hand eller komplettera den nuvarande biomarkören D-dimer, som i sig är begränsad av låg specificitet. På grund av den höga återfallsfrekvensen och de allvarliga post-syndromen skulle en plasmaproteinpanel som kan bedöma risken för återkommande VTE underlätta för kliniker i efterbehandlingsbeslut. Mot denna bakgrund syftade denna studie till att föreslå två separata plasmaproteinpaneler, en för att utesluta akuta VTE-patienter och en annan för att bedöma risken för återkommande VTE. Med 1463 unika plasmaproteiner screenades plasmaproteomet hos 194 individer från två undergrupper av venös tromboembolism-biomarkörstudien (VEBIOS), närmare bestämt VEBIOS ER och VEBIOS Coag, med hjälp av proximity extension assay (PEA). Både genuttryck (DE) -analys och maskininlärning (ML) -algoritmer användes för att identifiera signifikanta respektive viktiga proteiner. För akut VTE identifierades 10 signifikanta proteiner genom DE, samt en panel bestående av fem proteiner tillsammans med D-dimer hade tillsammans en area under kurvan (AUC) på 0,97 genom ML. För återkommande VTE identifierades inga signifikanta proteiner och den bästa proteinpanelen hade en AUC på 0,62. Vissa av dessa proteiner har tidigare rapporterats vara associerade med VTE och vissa inte, vilket resulterar i ortogonal validering eller påvisande av en potentiell ny biomarkör. Sammanfattningsvis hittades flera intressanta plasmaproteiner som potentiellt skulle kunna användas för att utesluta fall av akut VTE. GP1BA och S100A12 var särskilt intressanta då de var återkommande som högt ansenliga enligt DE och ML. Resultaten från denna studie kommer förhoppningsvis bidra till forskningen gällande förbättrad diagnos av VTE-patienter genom användning av plasmaproteinmarkörer och argumentationen för ytterligare undersökningar för dessa identifierade plasmaproteiner. / Venous thromboembolism (VTE) is a common and complex cardiovascular disorder with serious short- and long-term complications, comprising both deep vein thrombosis (DVT) and pulmonary embolism (PE). In current clinical practice, diagnosis of acute VTE would greatly benefit from a plasma protein panel that can exclude cases of VTE on its own or complement the current biomarker, D-dimer, which is limited by low specificity. Because of the high recurrence rate and serious post-syndromes, a protein panel that can assess the risk of VTE recurrence would help clinicians in post-treatment decision-making. Hence, this study sought out to propose two separate plasma biomarker panels, one to exclude acute VTE patients and another to risk-assess VTE recurrence.  To accomplish this, 1463 unique plasma proteins were used to investigate the plasma proteome of 194 individuals from two subgroups of the venous thromboembolism biomarker study (VEBIOS), specifically VEBIOS ER and VEBIOS Coag, using proximity extension assay (PEA). Both differential expression (DE) analysis and machine learning (ML) algorithms were used to find significant and important proteins respectively. For acute VTE, 10 significant proteins were identified through DE, and a panel of five proteins together with D-dimer had together an area under the curve (AUC) of 0.97 through ML. For VTE recurrency, no significant proteins were identified, and the best protein panel had an AUC of 0.62. Some of these proteins have previously been reported as associated to VTE and some not, resulting in some orthogonal validation or novelty. In summary, several interesting plasma proteins were found that could potentially be used to exclude cases of VTE in an acute setting. GP1BA and S100A12 were particularly interesting as they performed well in both DE and ML. The results in this study will hopefully aid the research of improving diagnosis of VTE patients using plasma biomarkers, strengthening the claim and further investigations for these identified plasma proteins.

Stem cell therapy and transplantation is a quickly evolving field with many clinical applications. However, several problems need to be overcome before they can be applied on an allogenic scale, and among them is ensuring of the purity of the applied differentiated stem cell culture. Separation using magnetic beads which attach to the wanted cells has proven to be an effective and easy method to separate them from a sample. An important factor with the method is the choice of specific surface antigens on the beads which determines how well the beads are attached to the cell.  This report will provide some fact of the immunotherapy and some of the most important stem cells and their differentiation to an active cell. It will be elucidated which cytokines are important for differentiation, and current clinical studies in the immunotherapeutic field of stem cells and their useful surface antigens. Furthermore, regenerative medicine using stem cells will be covered. A brief overview mesenchymal and induced pluripotent stem cells, their biological markers, and their various uses. Specific projects using regenerative medicine will be described and an overview of ever-expanding market for regenerative medicine will also be included.

I detta examensarbete användes olika bildbehandlingstekniker för detektion och kvantifiering av DNA-mikrobollar, mer specifikt rolling circle amplification-produkter, på mikroskopibilder. Avsikten med detta arbete var att hjälpa Countagen AB utforska pipelines för bildbehandling för sin produkt där de analyserar utfallet av genredigeringsförsök på ett billigare och snabbare sätt än dagens konventionella sekvenseringsmetoder. Två olika metoder för objektdetektion användes i detta arbete. Big-FISH, som bygger på Laplacian of Gaussian och detektion av lokala maxima, samt LodeSTAR, en single-shot, self-supervised djupinlärningsmodell. Förbehandling av bilder var också en central del av detta projekt. DeepSpot, en djupinlärningsmodell för framhävning av punkter, användes för att framhäva mikrobollarna så att de lätt kunde upptäckas, och en top-hat-transform användes för att filtrera bort bakgrunden från bilderna. De olika metoderna utvärderades på ett dataset med manuellt annoterade bilder, en spädningsserie av prover samt prover med samma koncentration. Detta för att få värden på precision, recall och F1-score samt mäta hur robust modellen är när det gäller att detektera punkter. Den modell som presterade bäst var LodeSTAR, med en F1-score på 83% på det annoterade datasetet. / In this thesis project, different image processing techniques were utilized for the detection and quantification of DNA microballs on fluorescence microscopy images. These microballs consisted of rolling circle amplification products, of regions of interest. This was done to aid Countagen AB in exploring image processing pipelines for their product where they analyze gene editing efficiency in a cheaper and faster manner than today's conventional sequencing methods. Two different object detection methods: Big-FISH, which builds on Laplacian of Gaussian and local maxima detection, and LodeSTAR, a single-shot, self-supervised deep learning model, were evaluated for this task of detection and quantification. Image preprocessing was a central part of this project. DeepSpot, a deep learning model for spot enhancement was used to highlight the microballs, and a white top-hat transform was applied to the images for background subtraction. The different methods were evaluated on a test set of manually annotated images, a dilution series of samples, and samples with the same concentration to obtain precision, recall, and F1 scores, as well as gauge the robustness of the model in detecting spots. The best-performing model was LodeSTAR, with an F1-score of 83% on the test set.

I dagsläget utvecklas ständigt nya läkemedel med hjälp av affinitetsprotein. På 90-talet skapades ett nytt sådant protein utvunnet från Protein A på KTH, den så kallade affibodyn. Att arbeta med affibodies är ofta fördelaktigt eftersom de är lätta producera samtidigt som de delar många av de väsentliga egenskaperna hos en antikropp. Affibodies är även kända för att vara mycket stabila, vilket betyder att de i de flesta fall klarar av att vecka sig tillbaka till korrekt struktur efter denaturering. Tyvärr är det inte alltid fallet och ett exempel på det är de affibodies i biblioteket som konstruerats för att binda till spike 1 på SARS-CoV-2 i Johan Rockbergs labb på Proteinteknologi i AlbaNova. I detta projekt har affibodyn ZS1-ORANGE-22, från biblioteket, producerats i tre nya expressionsvektorer som tidigare inte prövats. Vektorerna innehåller olika element som tidigare påvisat öka lösligheten av protein. Resultatet från produktionen visar att vektorn som tidigare använts för produktion av affibodyn producerade den största mängden protein. Däremot uppvisade de tre nya vektorerna som utvärderats i projektet ett större procentuellt utbyte protein efter rening. I kombination med detta har även en studie kring hur buffertars komposition inverkar på proteinlösligheten gjorts. Resultat från denna utvärdering visar att tillsatsen av L-arginin och L-Glutaminsyra till PBS ökar lösligheten av proteinet, men att det även kan en inverkan på dess struktur som gör det mindre lämpligt för tillämpningar samt analys. / Today new drugs based on affinity proteins are constantly developed. In the 90s a new type of affinity protein was discovered from Protein A at KTH, the affibody. Affibodies are often favorable to work with since they are easy to produce and share a lot of essential characteristics with antibodies. They are also known for being stable, meaning they can refold correctly after being denatured. However, this is not always the case and an example of this is the library of affibodies designed to bind to spike 1 on SARS-CoV-2 in Johan Rockbergs lab at Proteintechnology in AlbaNova. In this project the affibody ZS1-ORANGE-22, from said library, has been produced in three new expression vectors which all have elements that previously have shown to help with precipitation. The results show that the vector that has previously been used to produce the affibody produces a larger quantity of protein. However the three new vectors that have been evaluated in this project give a larger percentage yield after purification. In combination with this, a study on how buffer compositions impact protein solubility has been conducted. Results have shown that adding L-Arginine and L-Glutamic acid to a PBS buffer has positively impacted the solubility of the proteins. However, this may also affect their structure making them less suitable for application and analysis.