Abstract The heart adapts to hemodynamic overload with cardiac hypertrophy. Initially the increase in heart mass normalizes wall stress and permits normal cardiac function. In the long term pathological growth is associated with increased heart size, loss of functional myocytes and fibrotic replacement, heart dilatation and cardiac dysfunction, which can ultimately lead to heart failure. Vasoactive peptides participate in the regulation of cardiac contractility in an auto/paracrine way, but the peptidergic signaling pathways are largely unknown. The present study aimed to characterize the signaling mechanisms mediating the positive inotropic effect of endothelin-1 (ET-1) and the effects of prolactin releasing peptide (PrRP) on cardiac contractility in the isolated perfused rat heart preparation. The study demonstrated that mitogen-activated protein kinases (MAPK) have opposing roles in the regulation of cardiac contractility stimulated by ET-1. Extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) mediated positive inotropic response to ET-1 was found to be counterbalanced by p38-MAPK. In addition, the effect of ET-1 was partly dependent on enhanced NADPH oxidase reactive oxygen species (ROS) generation, which activated the ERK1/2 pathway. In contrast, β-adrenergic inotropic effect was limited by stimulation of ROS production via negating phospholamban phosphorylation. The positive inotropic effect of ET-1 was counterbalanced by guanylyl cyclase (GC)-cGMP-protein kinase G (PKG) pathway and neuronal nitric oxide synthase (nNOS). PrRP was found to exert a direct positive inotropic effect which was independent of cAMP and was suppressed by concurrent activation of protein kinase Cα (PKCα) and protein phosphatase 1 (PP1), and dephosphorylation of phospholamban. In conclusion, in the present study signaling pathways in the acute regulation of cardiac contractility stimulated by ET-1 were characterized. The results suggest that the positive inotropic effect of ET-1 is mediated by ROS and ERK1/2 while p38-MAPK counterbalances the effect of ET-1. In addition, GC-cGMP-PKG pathway and nNOS modulate the response to ET-1. The study also established the previously unknown cardiac effects of PrRP. The findings provide a better understanding of molecular mechanisms involved in the regulation of cardiac contractility, and may indicate potential targets for novel therapeutic interventions. / Tiivistelmä Sydänlihaksen lisääntynyt mekaaninen kuormitus esimerkiksi verenpainetaudin tai sydäninfarktin yhteydessä voi johtaa sydämen kammion seinämän paksuuntumiseen eli hypertrofiaan. Hypertrofia auttaa sydäntä sopeutumaan lisääntyneeseen työmäärään, mutta se on myös sydän- ja verisuonitautitapahtumien riskitekijä. Pitkään jatkuva kuormitus johtaa usein sydämen pumppausvoiman heikkenemiseen ja sydämen vajaatoimintaan. Sydän tuottaa useita paikallisesti vaikuttavia vasoaktiivisia tekijöitä, jotka osallistuvat sydämen supistuvuuden säätelyyn. Väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin signaalinvälitysjärjestelmiä, jotka osallistuvat endoteliini-1:n (ET-1) sydämen supistusvoimaa lisäävän eli positiivisen inotrooppisen vaikutuksen muodostumiseen sekä selvitettiin prolaktiinia vapauttavan peptidin (PrRP) vaikutuksia sydämen supistusvoimaan käyttämällä koemallina eristettyä, perfusoitua rotan sydäntä. Väitöskirjatyön tutkimustulokset osoittivat, että mitogeeni-aktivoituvat proteiinikinaasit (MAPK) ERK1/2 ja p38-MAPK osallistuvat ET-1:n inotrooppisen vaikutuksen säätelyyn. ERK1/2 välitti, ja p38-MAPK rajoitti ET-1:n lisäämää supistusvoiman kasvua. NADPH-oksidaasin tuottamat reaktiiviset happiradikaalit välittivät sydämessä ET-1:n inotrooppista vaikutusta ja ERK1/2 fosforylaatiota. Toisaalta NADPH-oksidaasin tuottamat happiradikaalit rajoittivat β-adrenergisen agonistin inotrooppista vaikutusta. Guanylaattisyklaasi (GC)-cGMP-proteiinikinaasi G (PKG) -järjestelmä ja neuronaalinen typpioksidisyntaasi (nNOS) vaimensivat ET-1:n lisäämää sydämen supistusvoiman kasvua. PrRP lisäsi sydämen inotropiaa syklisestä AMP:stä riippumattomalla tavalla, mutta vasteen säätelyyn havaittiin osallistuvan proteiinikinaasi C ja proteiinifosfataasi 1. Väitöskirjatutkimuksessa saatiin uutta tietoa solunsisäisistä viestinvälitysjärjestelmistä, jotka osallistuvat sydämen supistusvoimaan säätelyyn. Havaintojen perusteella ET-1:n positiivisen inotrooppisen vaikutuksen muodostumista välittävät reaktiiviset happiradikaalit ja ERK1/2, kun taas p38-MAPK rajoittaa vastetta. Lisäksi GC-cGMP-PKG -järjestelmä ja nNOS osallistuvat ET-1:n vaikutusten säätelyyn. Tutkimuksessa havaittiin myös, että PrRP vaikuttaa sydämen supistuvuuteen. Solutason mekanismien yksityiskohtien tunteminen voi mahdollistaa tulevaisuudessa sydän- ja verisuonisairauksien, kuten sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan, hoitomenetelmien tehostumisen ja mahdollisesti uudentyyppisten hoitomenetelmien kehittämisen.

Abstract The aim of this thesis is to study whether nanostructured particles of WO3 could be competitive counterparts of traditional, more bulky materials in resistive gas sensor applications. Pristine and various surface decorated derivatives of three different types of WO3 nanoparticles applied on the surface of lithographically defined Si chips were used in the work to analyse the electrical behaviour of thin films when exposed to different gas atmospheres. Nanosized particles of WO3, obtained by capillary force-induced collapse of porous anodic tungsten oxide in water, were demonstrated as a sensing medium for the detection of H2 and NO analytes. Commercially available nanoparticles of WO3 were also studied. After decorating their surface with metal/metal oxide nanoparticles (Ag, PdOx and PtOx), stable aqueous dispersions were made and used for the inkjet printing of conductive patterns on test chips. Surface decoration was found to affect substantially the gas response behaviour of the materials with the largest differences in response to H2 and NO. The third type of tungsten oxide applied consisted of hydrothermally synthesized nanowires that were also surface decorated with PdO as well as with PtOx. The nanowires were suspended in water and drop cast on test chips for gas sensing measurements. The nanowire based devices allowed ultrasensitive detection of H2 even at room temperature. The results summarized in this thesis indicate that resistive gas sensors based on nanostructured tungsten oxides are excellent alternatives to existing devices utilizing porous thick films or bulky thin films. Their high sensitivity, low operating temperature and low electrical power consumption may enable the construction of portable sensors, for example by inkjet printing, thus having great potential for fast prototyping but also for large scale production at low cost. / Tiivistelmä Väitöstyön tavoitteena on tutkia nanorakenteisten WO3 hiukkasten kilpailukykyä suhteessa perinteisiin suuremman kidekoon materiaaleihin resistiivisissä kaasusensorisovelluksissa. Työssä tutkittiin kolmella eri tekniikalla valmistettujen WO3 nanopartikkeleiden alkuperäisistä ja pintakäsitellyistä versioista muodostettujen ohutkalvojen sähköisiä ominaisuuksia erilaisten kaasukehien funktiona. Veden kapillaarivoimien aikaan saaman huokoisen anodisen volframioksidirakenteen romahduksen kautta saatujen WO3 nanopartikkeleiden osoitettiin toimivan havaintoväliaineena H2 ja NO kaasuille. Myös kaupallisia WO3 nanopartikkeleita tutkittiin. Partikkelien pinta päällystettiin metalli- ja metallioksidinanopartikkeleilla (Ag, PdOx and PtOx), jonka jälkeen niistä muodostettiin vakaita vesipohjaisia seoksia johtavien kuvioiden mustesuihkutulostukseen testisubstraateille. Pintakäsittelyn havaittiin vaikuttavan merkittävästi materiaalien kaasuvasteisiin erityisesti H2:n ja NO:n tapauksessa. Kolmannen tyyppinen väitöskirjassa tutkittu volframioksidimateriaali koostuu hydrotermisesti syntetisoiduista nanojohdoista, jotka ovat pintakäsitelty PdO tai PtOx nanopartikkeleilla. Nanojohdot sekoitettiin veteen ja pipetoitiin testisubstraateille kaasumittauksia varten. Tämän tyyppiset kaasusensorit olivat erityisen herkkiä H2 kaasulle jopa huoneenlämmössä. Väistökirjan tulosten mukaan nanorakenteiset volframioksidimateriaalit ovat erinomainen vaihtoehto perinteisille huokoisille paksukalvoille ja suhteellisen paksuille ohutkalvoille kaasusensorisovelluksissa. Niiden suuri herkkyys, alhainen toimintalämpötila ja matala sähkönkulutus voivat mahdollistaa kannettavien kaasusensorien valmistuksen, esimerkiksi mustesuihkuteknologilla, nopeaan testaukseen ja suuren mittakaavan tuotantoon alhaisin kustannuksin.

Abstract Advances in perinatal treatment practices—such as antenatal corticosteroids, surfactant replacement therapy, and gentler ventilator modalities—have improved the survival of infants born preterm. Consequently, later morbidity and pulmonary outcome for survivors has attracted increasing interest. The incidence of bronchopulmonary dysplasia (BPD) remains high and the condition is manifesting in infants born at earlier gestational weeks than before. This so-called new BPD results from the arrest of alveolar development and is associated with less structural airway injury and interstitial fibrosis than previously. Long-term follow-up data on lung function, lung structure and respiratory morbidity of children treated with modern methods is insufficiently known. We performed a follow-up study of 88 preterm-born children and 88 matched term-born controls at school age. Children born preterm had lower values in lung function measurements than term-born peers. Reductions were most marked in those with a history of BPD. In accordance with the foetal origins hypothesis, children with intrauterine growth restriction (IUGR) had lower lung function than gestation-controls. This indicates that poor growth in utero is an additional burden on pulmonary health. Both IUGR and BPD predicted lower lung function independently. High-resolution computed tomography of the lung was obtained from 21 children with a history of BPD. Structural abnormalities were common, children with severe BPD being most affected. Preterm children were hospitalised more often than controls, mainly because of wheezing disorders. However, BPD did not influence the hospitalisations. According to the meta-analysis of the contemporary data available, the respiratory outcome of children who had only mild BPD may have improved in comparison to old follow-up data, whereas the results for those without BPD or moderate-to-severe BPD have remained remarkably stable despite progress in treatment practices during early life. In conclusion, preterm children had subtle impairments in lung function at school age. Although they were fairly asymptomatic, concern about the possible long-term effects of preterm birth on pulmonary health is justified. It has been proposed that BPD may predispose individuals to an early COPD-like disorder. Preterm children must be protected from any additional burden on respiratory health and should be monitored appropriately for early detection of lung disease. / Tiivistelmä Keskosten tehohoito on kehittynyt viime vuosikymmeninä merkittävästi, ja yhä epäkypsempänä syntyvät keskoset selviävät hengissä syntymän jälkeen. Keskosten pitkäaikainen keuhkosairaus, bronkopulmonaalinen dysplasia (BPD), on perinteisesti johtunut hengityskonehoidon ja happikaasun aiheuttamasta keuhkovauriosta ja johtanut keuhkokudoksen arpeutumiseen. Aiempaa ennenaikaisemmilla keskosilla esiintyy kuitenkin nykyään niin sanottua uutta BPD:tä, jonka ajatellaan johtuvan enemmän keuhkorakkuloiden kehityshäiriöstä kuin hoitojen aiheuttamasta keuhkovauriosta. Selvitimme, miten nykyaikaisilla menetelmillä hoidettujen keskosten keuhkojen rakenne ja toiminta kehittyvät kouluikään mennessä. Seurantatutkimukseemme osallistui 88 ennenaikaisena syntynyttä, kouluikään ehtinyttä lasta ja 88 täysiaikaisena syntynyttä, kaltaistettua verrokkia. Keskosena syntyneiden lasten keuhkofunktio oli kouluiässä huonompi kuin täysiaikaisena syntyneiden verrokkien. Alhaisin keuhkofunktio oli niillä keskosena syntyneillä lapsilla, jotka olivat sairastaneet vastasyntyneenä BPD:n. Myös kohdunsisäiseen kasvuhäiriöön (intrauterine growth restriction, IUGR) liittyi alentunut keuhkofunktio. BPD ja IUGR ennustivat alentunutta keuhkofunktiota toisistaan riippumatta. Tutkimuksessa tehtiin myös keuhkojen ohutleiketietokonekuvaus 21 keskoselle, jotka olivat sairastaneet BPD:n. Lähes kaikilla havaittiin poikkeavia löydöksiä – eniten niillä, joilla oli ollut vastasyntyneenä BPD:n vaikea tautimuoto. Keskosina syntyneet joutuivat kahden ensimmäisen vuoden aikana verrokkeja useammin sairaalahoitoon. Yleisimpiä syitä olivat hengityksen vinkumista aiheuttavat taudit kuten ilmatiehyttulehdus, ahtauttava keuhkoputkitulehdus tai akuutti astmakohtaus. Vastasyntyneenä sairastettu BPD ei kuitenkaan lisännyt todennäköisyyttä joutua sairaalahoitoon. Tutkimuksessa tehtiin myös meta-analyysi nykyaikaisilla menetelmillä hoidettujen keskosten keuhkofunktiosta: lievää BPD:tä sairastavien tulokset näyttävät parantuneen, kun taas keskivaikeaa tai vaikeaa tautimuotoa sairastavien ja ilman BPD:tä selvinneiden keuhkofunktio ei ole muuttunut uusien hoitojen myötä. Yhteenvetona voidaan todeta, että keskosten keuhkojen toimintakyky on jonkin verran alentunut täysiaikaisiin verrattuna. Lievästi alentunut keuhkofunktio ei kuitenkaan yleensä aiheuttanut koululaisille oireita. Keskosena syntyneiden lasten hengityselinten toimintaa on syytä seurata, sillä niin sanotun uuden BPD:n pitkäaikaisesta ennusteesta ei ole vielä tietoa.