Développement de modèles prédictifs de la toxicocinétique de substances organiques

Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettent de simuler la dose interne de substances chimiques sur la base de paramètres spécifiques à l’espèce et à la substance. Les modèles de relation quantitative structure-propriété (QSPR) existants permettent d’estimer les paramètres spécifiques au produit (coefficients de partage (PC) et constantes de métabolisme) mais leur domaine d’application est limité par leur manque de considération de la variabilité de leurs paramètres d’entrée ainsi que par leur domaine d’application restreint (c. à d., substances contenant CH3, CH2, CH, C, C=C, H, Cl, F, Br, cycle benzénique et H sur le cycle benzénique). L’objectif de cette étude est de développer de nouvelles connaissances et des outils afin d’élargir le domaine d’application des modèles QSPR-PBPK pour prédire la toxicocinétique de substances organiques inhalées chez l’humain. D’abord, un algorithme mécaniste unifié a été développé à partir de modèles existants pour prédire les PC de 142 médicaments et polluants environnementaux aux niveaux macro (tissu et sang) et micro (cellule et fluides biologiques) à partir de la composition du tissu et du sang et de propriétés physicochimiques. L’algorithme résultant a été appliqué pour prédire les PC tissu:sang, tissu:plasma et tissu:air du muscle (n = 174), du foie (n = 139) et du tissu adipeux (n = 141) du rat pour des médicaments acides, basiques et neutres ainsi que pour des cétones, esters d’acétate, éthers, alcools, hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Un modèle de relation quantitative propriété-propriété (QPPR) a été développé pour la clairance intrinsèque (CLint) in vivo (calculée comme le ratio du Vmax (μmol/h/kg poids de rat) sur le Km (μM)), de substrats du CYP2E1 (n = 26) en fonction du PC n octanol:eau, du PC sang:eau et du potentiel d’ionisation). Les prédictions du QPPR, représentées par les limites inférieures et supérieures de l’intervalle de confiance à 95% à la moyenne, furent ensuite intégrées dans un modèle PBPK humain. Subséquemment, l’algorithme de PC et le QPPR pour la CLint furent intégrés avec des modèles QSPR pour les PC hémoglobine:eau et huile:air pour simuler la pharmacocinétique et la dosimétrie cellulaire d’inhalation de composés organiques volatiles (COV) (benzène, 1,2-dichloroéthane, dichlorométhane, m-xylène, toluène, styrène, 1,1,1 trichloroéthane et 1,2,4 trimethylbenzène) avec un modèle PBPK chez le rat. Finalement, la variabilité de paramètres de composition des tissus et du sang de l’algorithme pour les PC tissu:air chez le rat et sang:air chez l’humain a été caractérisée par des simulations Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC). Les distributions résultantes ont été utilisées pour conduire des simulations Monte Carlo pour prédire des PC tissu:sang et sang:air. Les distributions de PC, avec celles des paramètres physiologiques et du contenu en cytochrome P450 CYP2E1, ont été incorporées dans un modèle PBPK pour caractériser la variabilité de la toxicocinétique sanguine de quatre COV (benzène, chloroforme, styrène et trichloroéthylène) par simulation Monte Carlo. Globalement, les approches quantitatives mises en œuvre pour les PC et la CLint dans cette étude ont permis l’utilisation de descripteurs moléculaires génériques plutôt que de fragments moléculaires spécifiques pour prédire la pharmacocinétique de substances organiques chez l’humain. La présente étude a, pour la première fois, caractérisé la variabilité des paramètres biologiques des algorithmes de PC pour étendre l’aptitude des modèles PBPK à prédire les distributions, pour la population, de doses internes de substances organiques avant de faire des tests chez l’animal ou l’humain.

Analyse bayésienne et élicitation d’opinions d’experts en analyse de risques et particulièrement dans le cas de l’amiante chrysotile

L’appréciation de la puissance cancérogène des fibres d’amiante chrysotile repose en grande partie sur des jugements subjectifs et incertains des experts et des analystes en raison des résultats hétérogènes et équivoques d’études épidémiologiques et toxicologiques sérieuses. L’approche probabiliste bayésienne en évaluation de risques peut formaliser l’impact des jugements subjectifs et de leurs incertitudes sur les estimations de risques, mais elle est encore peu utilisée en santé publique. Le présent travail examine la possibilité d’appliquer l’approche bayésienne dans une récente élicitation d’opinions d’experts pour estimer la toxicité du chrysotile, le degré de consensus et de divergence, ainsi que les niveaux d’incertitude des experts. Les estimations des experts concordaient assez bien sur la différence de toxicité entre chrysotile et amphiboles pour les mésothéliomes. Pour le cancer du poumon, les évaluations probabilistes étaient bien plus disparates. Dans ce cas, les jugements des experts semblaient influencés à différents degrés par des biais heuristiques, surtout les heuristiques d’affect et d’ancrage liés à la controverse du sujet et à l’hétérogénéité des données. Une méthodologie rigoureuse de préparation des experts à l’exercice d’élicitation aurait pu réduire l’impact des biais et des heuristiques sur le panel.

Projets des logements à la suite des désastres : analyse du système organisationnel et évaluation de la satisfaction des usagers dans un projet de reconstruction dans la région du Maghreb

Plusieurs études ont révélé des problèmes récurrents au niveau de la performance et de la gestion des projets de reconstruction à la suite des catastrophes dans les pays en voie de développement (PEVD). Ces projets doivent faire face à des conditions de vulnérabilité des habitants, engendrées par des facteurs politiques, économiques, sociaux et culturels. Les divers participants - contraints par un accès limité à l’information - sont confrontés à travailler dans un contexte hostile ayant un niveau d’incertitude élevé. Ce niveau d’incertitude augmente les risques du projet de reconstruction, particulièrement le risque d’insatisfaction des usagers. Ce travail vise à mettre en parallèle l’analyse du système organisationnel adopté pour la conduite d’un projet de reconstruction et celle du niveau de satisfaction des usagers. Il émet l’hypothèse suivante: deux facteurs organisationnels influencent largement le niveau de satisfaction de la part des bénéficiaires d’un projet de reconstruction de logements à la suite d’un désastre en PEVD: (i) le niveau de centralisation de la prise de décisions (jumelée au manque d’information) au sein de la Multi-Organisation Temporaire (MOT); et (ii) la capacité de la structure organisationnelle de la MOT d’impliquer la participation active des usagers au niveau de la planification, de la gestion, du financement et du design du projet. Afin d’atteindre cet objectif, une recherche empirique fut menée pour analyser le cas des inondations ayant eu lieu en 2003 dans une ville dans la région du Maghreb. Le niveau de satisfaction des usagers a été déterminé grâce à des indicateurs de transfert de technologie qui se basent sur l’analyse du « Cadre Logique » - une méthode d’évaluation largement utilisée dans le domaine du développement international. Les résultats de la recherche ne visent pas à identifier une relation de cause à effet entre les deux variables étudiées (la structure organisationnelle et la satisfaction des usagers). Cependant, ils mettent en évidence certains principes du montage et de la gestion des projets qui peuvent être mis en place pour l’amélioration des pratiques de reconstruction.

La métrique de la juste peine : une analyse des décisions de justice prises par les acteurs judiciaires et le public

La thèse délaisse l’étude des biais, des erreurs et des influences externes qui modulent les décisions de justice et formule l’hypothèse que les individus, confrontés à un dilemme normatif (quelle serait la juste peine?), manifestent un souci de justice qu’il est pertinent d’analyser en lui-même. Les résultats de cette thèse indiquent qu’une proportion appréciable des choix et des jugements des citoyens et des acteurs judiciaires interrogés témoignent, en raison de leur cohérence interne et de leur modération, d’un souci manifeste de justice. Les données de la thèse s’appuient sur un sondage sentenciel dans lequel on demandait à des répondants du public (n=297), mais aussi à un échantillon d’acteurs judiciaires (n=235), de prendre des décisions de détermination pénale dans trois histoires de cas bien détaillées. La thèse s’intéresse à la détermination de la juste peine, laquelle incorpore trois prises de décision distinctes. Le premier chapitre de la thèse s’attarde à la qualité des échelles individuelles de sévérité des peines qui peuvent être infligées pour sanctionner un délinquant reconnu coupable d’actes criminels. Les résultats indiquent que les citoyens, tous comme les acteurs judiciaires, n’utilisent pas la même métrique pour statuer sur la sévérité des peines, mais que certains d’entre eux, font usage d’une métrique pénale plus cohérente et plus raisonnable que d’autres. Un test décisif pour jauger de la valeur d’une métrique est son aptitude à établir des équivalences pénales entre les peines de prison, de probation, de travaux communautaires et d’amendes. Le deuxième chapitre s’attarde à la qualité des choix sentenciels des citoyens et des acteurs judiciaires. Deux critères sont utilisés pour distinguer les sentences les plus justes : 1) le critère de proportionnalité ou de cohérence interne (les sentences données sont-elles toujours proportionnelles à la gravité de l’infraction commise ?); 2) le critère de modération ou de cohérence externe (la sentence donnée peut-elle rallier le plus grand nombre de points de vue?). Les deux critères sont importants parce qu’ils contribuent tous deux à réduire la marge d’incertitude du dilemme sentenciel. Le troisième chapitre prend acte que toute sentence fera possiblement l’objet d’un aménagement subséquent. Les formes les plus manifestes d’aménagement pénal sont régies par l’octroi d’une libération conditionnelle qui écourte la durée de peine qui sera purgée en prison. Certains acteurs judiciaires choisiront de tenir compte de cette libération anticipée en gonflant leur sentence, alors que d’autres se refuseront à le faire. Le dernier chapitre s’attarde aux raisons qui motivent leurs choix.

Caractérisation de la composante toxicocinétique du facteur d’ajustement pour la variabilité interindividuelle utilisé en analyse du risque toxicologique

Un facteur d’incertitude de 10 est utilisé par défaut lors de l’élaboration des valeurs toxicologiques de référence en santé environnementale, afin de tenir compte de la variabilité interindividuelle dans la population. La composante toxicocinétique de cette variabilité correspond à racine de 10, soit 3,16. Sa validité a auparavant été étudiée sur la base de données pharmaceutiques colligées auprès de diverses populations (adultes, enfants, aînés). Ainsi, il est possible de comparer la valeur de 3,16 au Facteur d’ajustement pour la cinétique humaine (FACH), qui constitue le rapport entre un centile élevé (ex. : 95e) de la distribution de la dose interne dans des sous-groupes présumés sensibles et sa médiane chez l’adulte, ou encore à l’intérieur d’une population générale. Toutefois, les données expérimentales humaines sur les polluants environnementaux sont rares. De plus, ces substances ont généralement des propriétés sensiblement différentes de celles des médicaments. Il est donc difficile de valider, pour les polluants, les estimations faites à partir des données sur les médicaments. Pour résoudre ce problème, la modélisation toxicocinétique à base physiologique (TCBP) a été utilisée pour simuler la variabilité interindividuelle des doses internes lors de l’exposition aux polluants. Cependant, les études réalisées à ce jour n’ont que peu permis d’évaluer l’impact des conditions d’exposition (c.-à-d. voie, durée, intensité), des propriétés physico/biochimiques des polluants, et des caractéristiques de la population exposée sur la valeur du FACH et donc la validité de la valeur par défaut de 3,16. Les travaux de la présente thèse visent à combler ces lacunes. À l’aide de simulations de Monte-Carlo, un modèle TCBP a d’abord été utilisé pour simuler la variabilité interindividuelle des doses internes (c.-à-d. chez les adultes, ainés, enfants, femmes enceintes) de contaminants de l’eau lors d’une exposition par voie orale, respiratoire, ou cutanée. Dans un deuxième temps, un tel modèle a été utilisé pour simuler cette variabilité lors de l’inhalation de contaminants à intensité et durée variables. Ensuite, un algorithme toxicocinétique à l’équilibre probabiliste a été utilisé pour estimer la variabilité interindividuelle des doses internes lors d’expositions chroniques à des contaminants hypothétiques aux propriétés physico/biochimiques variables. Ainsi, les propriétés de volatilité, de fraction métabolisée, de voie métabolique empruntée ainsi que de biodisponibilité orale ont fait l’objet d’analyses spécifiques. Finalement, l’impact du référent considéré et des caractéristiques démographiques sur la valeur du FACH lors de l’inhalation chronique a été évalué, en ayant recours également à un algorithme toxicocinétique à l’équilibre. Les distributions de doses internes générées dans les divers scénarios élaborés ont permis de calculer dans chaque cas le FACH selon l’approche décrite plus haut. Cette étude a mis en lumière les divers déterminants de la sensibilité toxicocinétique selon le sous-groupe et la mesure de dose interne considérée. Elle a permis de caractériser les déterminants du FACH et donc les cas où ce dernier dépasse la valeur par défaut de 3,16 (jusqu’à 28,3), observés presqu’uniquement chez les nouveau-nés et en fonction de la substance mère. Cette thèse contribue à améliorer les connaissances dans le domaine de l’analyse du risque toxicologique en caractérisant le FACH selon diverses considérations.

Comparing international television news : the case of violence presentation in Germany, Great Britain and Russia -- [in German : Gewalt in internationalen Fernsehnachrichten - eine komparative Analyse medialer Gewaltpräsentation in Deutschland, Großbritannien und Russland]

This is an important book that ought to launch a debate about how we research our understanding of the world, it is an innovative intervention in a vital public issue, and it is an elegant and scholarly hard look at what is actually happening. Jean Seaton, Prof of Media History, U of Westminster, UK & Official Historian of the BBC -- Summary: This book investigates the question of how comparative studies of international TV news (here: on violence presentation) can best be conceptualized in a way that allows for crossnational, comparative conclusions on an empirically validated basis. This book shows that such a conceptualization is necessary in order to overcome existing restrictions in the comparability of international analysis on violence presentation. Investigated examples include the most watched news bulletins in Great Britain (10o'clock news on the BBC), Germany (Tagesschau on ARD) and Russia (Vremja on Channel 1). This book highlights a substantial cross-national violence news flow as well as a cross-national visual violence flow (key visuals) as distinct transnational components. In addition, event-related textual analysis reveals how the historical rootedness of nations and its symbols of power are still manifested in televisual mediations of violence. In conclusion, this study lobbies for a conscientious use of comparative data/analysis both in journalism research and practice in order to understand what it may convey in the different arenas of today’s newsmaking.

Calculations of capacitive couplings in induction generators to analyse shaft voltage

This paper deals with the analysis of the parameters which are effective in shaft voltage generation of induction generators. It focuses on different parasitic capacitive couplings by mathematical equations, finite element simulations and experiments. The effects of different design parameters have been studied on proposed capacitances and resultant shaft voltage. Some parameters can change proposed capacitive coupling such as: stator slot tooth, the gap between slot tooth and winding, and the height of the slot tooth, as well as the air gap between the rotor and the stator. This analysis can be used in a primary stage of a generator design to reduce motor shaft voltage and avoid additional costs of resultant bearing current mitigation.

Using honeypots to analyse anomalous Internet activities

Monitoring Internet traffic is critical in order to acquire a good understanding of threats to computer and network security and in designing efficient computer security systems. Researchers and network administrators have applied several approaches to monitoring traffic for malicious content. These techniques include monitoring network components, aggregating IDS alerts, and monitoring unused IP address spaces. Another method for monitoring and analyzing malicious traffic, which has been widely tried and accepted, is the use of honeypots. Honeypots are very valuable security resources for gathering artefacts associated with a variety of Internet attack activities. As honeypots run no production services, any contact with them is considered potentially malicious or suspicious by definition. This unique characteristic of the honeypot reduces the amount of collected traffic and makes it a more valuable source of information than other existing techniques. Currently, there is insufficient research in the honeypot data analysis field. To date, most of the work on honeypots has been devoted to the design of new honeypots or optimizing the current ones. Approaches for analyzing data collected from honeypots, especially low-interaction honeypots, are presently immature, while analysis techniques are manual and focus mainly on identifying existing attacks. This research addresses the need for developing more advanced techniques for analyzing Internet traffic data collected from low-interaction honeypots. We believe that characterizing honeypot traffic will improve the security of networks and, if the honeypot data is handled in time, give early signs of new vulnerabilities or breakouts of new automated malicious codes, such as worms. The outcomes of this research include: • Identification of repeated use of attack tools and attack processes through grouping activities that exhibit similar packet inter-arrival time distributions using the cliquing algorithm; • Application of principal component analysis to detect the structure of attackers’ activities present in low-interaction honeypots and to visualize attackers’ behaviors; • Detection of new attacks in low-interaction honeypot traffic through the use of the principal component’s residual space and the square prediction error statistic; • Real-time detection of new attacks using recursive principal component analysis; • A proof of concept implementation for honeypot traffic analysis and real time monitoring.

Mineralized human primary osteoblast matrices as a model system to analyse interactions of prostate cancer cells with the bone microenvironment

Prostate cancer metastasis is reliant on the reciprocal interactions between cancer cells and the bone niche/micro-environment. The production of suitable matrices to study metastasis, carcinogenesis and in particular prostate cancer/bone micro-environment interaction has been limited to specific protein matrices or matrix secreted by immortalised cell lines that may have undergone transformation processes altering signaling pathways and modifying gene or receptor expression. We hypothesize that matrices produced by primary human osteoblasts are a suitable means to develop an in vitro model system for bone metastasis research mimicking in vivo conditions. We have used a decellularized matrix secreted from primary human osteoblasts as a model for prostate cancer function in the bone micro-environment. We show that this collagen I rich matrix is of fibrillar appearance, highly mineralized, and contains proteins, such as osteocalcin, osteonectin and osteopontin, and growth factors characteristic of bone extracellular matrix (ECM). LNCaP and PC3 cells grown on this matrix, adhere strongly, proliferate, and express markers consistent with a loss of epithelial phenotype. Moreover, growth of these cells on the matrix is accompanied by the induction of genes associated with attachment, migration, increased invasive potential, Ca2+ signaling and osteolysis. In summary, we show that growth of prostate cancer cells on matrices produced by primary human osteoblasts mimics key features of prostate cancer bone metastases and thus is a suitable model system to study the tumor/bone micro-environment interaction in this disease.

Three-dimensional geological modelling and multivariate statistical analysis of water chemistry data to analyse and visualise aquifer structure and groundwater composition in the Wairau Plain, Marlborough District, New Zealand

Concerns regarding groundwater contamination with nitrate and the long-term sustainability of groundwater resources have prompted the development of a multi-layered three dimensional (3D) geological model to characterise the aquifer geometry of the Wairau Plain, Marlborough District, New Zealand. The 3D geological model which consists of eight litho-stratigraphic units has been subsequently used to synthesise hydrogeological and hydrogeochemical data for different aquifers in an approach that aims to demonstrate how integration of water chemistry data within the physical framework of a 3D geological model can help to better understand and conceptualise groundwater systems in complex geological settings. Multivariate statistical techniques(e.g. Principal Component Analysis and Hierarchical Cluster Analysis) were applied to groundwater chemistry data to identify hydrochemical facies which are characteristic of distinct evolutionary pathways and a common hydrologic history of groundwaters. Principal Component Analysis on hydrochemical data demonstrated that natural water-rock interactions, redox potential and human agricultural impact are the key controls of groundwater quality in the Wairau Plain. Hierarchical Cluster Analysis revealed distinct hydrochemical water quality groups in the Wairau Plain groundwater system. Visualisation of the results of the multivariate statistical analyses and distribution of groundwater nitrate concentrations in the context of aquifer lithology highlighted the link between groundwater chemistry and the lithology of host aquifers. The methodology followed in this study can be applied in a variety of hydrogeological settings to synthesise geological, hydrogeological and hydrochemical data and present them in a format readily understood by a wide range of stakeholders. This enables a more efficient communication of the results of scientific studies to the wider community.

Design of an experimental apparatus to analyse bagasse behaviour in a chute

Pressure feeder chutes are pieces of equipment used in sugar cane crushing to increase the amount of cane that can be put through a mill. The continuous pressure feeder was developed with the objective to provide a constant feed of bagasse under pressure to the mouth of the crushing mills. The pressure feeder chute is used in a sugarcane milling unit to transfer bagasse from one set of crushing rolls to a second set of crushing rolls. There have been many pressure feeder chute failures in the past. The pressure feeder chute is quite vulnerable and if the bagasse throughput is blocked at the mill rollers, the pressure build-up in the chute can be enormous, which can ultimately result in failure. The result is substantial damage to the rollers, mill and chute construction, and downtimes of up to 48 hours can be experienced. Part of the problem is that the bagasse behaviour in the pressure feeder chute is not understood well. If the pressure feeder chute behaviour was understood, then the chute geometry design could be modified in order to minimise risk of failure. There are possible avenues for changing pressure feeder chute design and operations with a view to producing more reliable pressure feeder chutes in the future. There have been previous attempts to conduct experimental work to determine the causes of pressure feeder chute failures. There are certain guidelines available, however pressure feeder chute failures continue. Pressure feeder chute behaviour still remains poorly understood. This thesis contains the work carried out between April 14th 2009 and October 10th 2012 that focuses on the design of an experimental apparatus to measure forces and visually observe bagasse behaviour in an attempt to understand bagasse behaviour in pressure feeder chutes and minimise the risk of failure.

The use of penumbrae to define and analyse non-standard fields

Aim A new method of penumbral analysis is implemented which allows an unambiguous determination of field size and penumbra size and quality for small fields and other non-standard fields. Both source occlusion and lateral electronic disequilibrium will affect the size and shape of cross-axis profile penumbrae; each is examined in detail. Method A new method of penumbral analysis is implemented where the square of the derivative of the cross-axis profile is plotted. The resultant graph displays two peaks in the place of the two penumbrae. This allows a strong visualisation of the quality of a field penumbra, as well as a mathematically consistent method of determining field size (distance between the two peak’s maxima), and penumbra (full-widthtenth-maximum of peak). Cross-axis profiles were simulated in a water phantom at a depth of 5 cm using Monte Carlo modelling, for field sizes between 5 and 30 mm. The field size and penumbra size of each field was calculated using the method above, as well as traditional definitions set out in IEC976. The effect of source occlusion and lateral electronic disequilibrium on the penumbrae was isolated by repeating the simulations removing electron transport and using an electron spot size of 0 mm, respectively. Results All field sizes calculated using the traditional and proposed methods agreed within 0.2 mm. The penumbra size measured using the proposed method was systematically 1.8 mm larger than the traditional method at all field sizes. The size of the source had a larger effect on the size of the penumbra than did lateral electronic disequilibrium, particularly at very small field sizes. Conclusion Traditional methods of calculating field size and penumbra are proved to be mathematically adequate for small fields. However, the field size definition proposed in this study would be more robust amongst other nonstandard fields, such as flattening filter free. Source occlusion plays a bigger role than lateral electronic disequilibrium in small field penumbra size.