Pore-scale modeling of two-phase flow instabilities in porous media

Les problèmes d'écoulements multiphasiques en média poreux sont d'un grand intérêt pour de nombreuses applications scientifiques et techniques ; comme la séquestration de C02, l'extraction de pétrole et la dépollution des aquifères. La complexité intrinsèque des systèmes multiphasiques et l'hétérogénéité des formations géologiques sur des échelles multiples représentent un challenge majeur pour comprendre et modéliser les déplacements immiscibles dans les milieux poreux. Les descriptions à l'échelle supérieure basées sur la généralisation de l'équation de Darcy sont largement utilisées, mais ces méthodes sont sujettes à limitations pour les écoulements présentant de l'hystérèse. Les avancées récentes en terme de performances computationnelles et le développement de méthodes précises pour caractériser l'espace interstitiel ainsi que la distribution des phases ont favorisé l'utilisation de modèles qui permettent une résolution fine à l'échelle du pore. Ces modèles offrent un aperçu des caractéristiques de l'écoulement qui ne peuvent pas être facilement observées en laboratoire et peuvent être utilisé pour expliquer la différence entre les processus physiques et les modèles à l'échelle macroscopique existants. L'objet premier de la thèse se porte sur la simulation numérique directe : les équations de Navier-Stokes sont résolues dans l'espace interstitiel et la méthode du volume de fluide (VOF) est employée pour suivre l'évolution de l'interface. Dans VOF, la distribution des phases est décrite par une fonction fluide pour l'ensemble du domaine et des conditions aux bords particulières permettent la prise en compte des propriétés de mouillage du milieu poreux. Dans la première partie de la thèse, nous simulons le drainage dans une cellule Hele-Shaw 2D avec des obstacles cylindriques. Nous montrons que l'approche proposée est applicable même pour des ratios de densité et de viscosité très importants et permet de modéliser la transition entre déplacement stable et digitation visqueuse. Nous intéressons ensuite à l'interprétation de la pression capillaire à l'échelle macroscopique. Nous montrons que les techniques basées sur la moyenne spatiale de la pression présentent plusieurs limitations et sont imprécises en présence d'effets visqueux et de piégeage. Au contraire, une définition basée sur l'énergie permet de séparer les contributions capillaires des effets visqueux. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'investigation des effets d'inertie associés aux reconfigurations irréversibles du ménisque causé par l'interface des instabilités. Comme prototype pour ces phénomènes, nous étudions d'abord la dynamique d'un ménisque dans un pore angulaire. Nous montrons que, dans un réseau de pores cubiques, les sauts et reconfigurations sont si fréquents que les effets d'inertie mènent à différentes configurations des fluides. A cause de la non-linéarité du problème, la distribution des fluides influence le travail des forces de pression, qui, à son tour, provoque une chute de pression dans la loi de Darcy. Cela suggère que ces phénomènes devraient être pris en compte lorsque que l'on décrit l'écoulement multiphasique en média poreux à l'échelle macroscopique. La dernière partie de la thèse s'attache à démontrer la validité de notre approche par une comparaison avec des expériences en laboratoire : un drainage instable dans un milieu poreux quasi 2D (une cellule Hele-Shaw avec des obstacles cylindriques). Plusieurs simulations sont tournées sous différentes conditions aux bords et en utilisant différents modèles (modèle intégré 2D et modèle 3D) afin de comparer certaines quantités macroscopiques avec les observations au laboratoire correspondantes. Malgré le challenge de modéliser des déplacements instables, où, par définition, de petites perturbations peuvent grandir sans fin, notre approche numérique apporte de résultats satisfaisants pour tous les cas étudiés. - Problems involving multiphase flow in porous media are of great interest in many scientific and engineering applications including Carbon Capture and Storage, oil recovery and groundwater remediation. The intrinsic complexity of multiphase systems and the multi scale heterogeneity of geological formations represent the major challenges to understand and model immiscible displacement in porous media. Upscaled descriptions based on generalization of Darcy's law are widely used, but they are subject to several limitations for flow that exhibit hysteric and history- dependent behaviors. Recent advances in high performance computing and the development of accurate methods to characterize pore space and phase distribution have fostered the use of models that allow sub-pore resolution. These models provide an insight on flow characteristics that cannot be easily achieved by laboratory experiments and can be used to explain the gap between physical processes and existing macro-scale models. We focus on direct numerical simulations: we solve the Navier-Stokes equations for mass and momentum conservation in the pore space and employ the Volume Of Fluid (VOF) method to track the evolution of the interface. In the VOF the distribution of the phases is described by a fluid function (whole-domain formulation) and special boundary conditions account for the wetting properties of the porous medium. In the first part of this thesis we simulate drainage in a 2-D Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles. We show that the proposed approach can handle very large density and viscosity ratios and it is able to model the transition from stable displacement to viscous fingering. We then focus on the interpretation of the macroscopic capillary pressure showing that pressure average techniques are subject to several limitations and they are not accurate in presence of viscous effects and trapping. On the contrary an energy-based definition allows separating viscous and capillary contributions. In the second part of the thesis we investigate inertia effects associated with abrupt and irreversible reconfigurations of the menisci caused by interface instabilities. As a prototype of these phenomena we first consider the dynamics of a meniscus in an angular pore. We show that in a network of cubic pores, jumps and reconfigurations are so frequent that inertia effects lead to different fluid configurations. Due to the non-linearity of the problem, the distribution of the fluids influences the work done by pressure forces, which is in turn related to the pressure drop in Darcy's law. This suggests that these phenomena should be taken into account when upscaling multiphase flow in porous media. The last part of the thesis is devoted to proving the accuracy of the numerical approach by validation with experiments of unstable primary drainage in a quasi-2D porous medium (i.e., Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles). We perform simulations under different boundary conditions and using different models (2-D integrated and full 3-D) and we compare several macroscopic quantities with the corresponding experiment. Despite the intrinsic challenges of modeling unstable displacement, where by definition small perturbations can grow without bounds, the numerical method gives satisfactory results for all the cases studied.

Optimisation de la cryo microscopie électronique pour les études des minicercles d'ADN

RESUME : Bien que les propriétés physiques de la structure de l'ADN aient été intensivement étudiées pendant plus de 50 ans il y a encore beaucoup de questions importantes qui attendent des réponses. Par exemple, qu'arrive-t-il à la structure de la double hélice d'ADN nue (sans protéines liées) lorsqu'elle est fortement courbée, de la même manière que dans les nucléosomes? Cet ADN nu est-il facilement plié (il reste dans le régime élastique) ou réduit-il la contrainte de flexion en formant des sites hyperflexibles «kinks» (il sort du régime élastique en cassant l'empilement des paires de bases à certains endroits) ? La microscopie électronique peut fournir une réponse à cette question par visualisation directe des minicercles d'ADN de la longueur d'un tour de nucléosome (environ 90 paires de bases). Pour que la réponse soit scientifiquement valide, on doit observer les molécules d'ADN lorsqu'elles sont en suspension dans la solution d'intérêt et sans que des colorations, produits chimiques ou fixatifs n'aient été ajoutés, étant donné que ceux-ci peuvent changer les propriétés de l'ADN. La technique de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) développée par le groupe de Jacques Dubochet au début des années 80, permet la visualisation directe des molécules d'ADN suspendues dans des couche minces vitrifiées de solutions aqueuses. Toutefois, le faible contraste qui caractérise la cryo-EM combinée avec la très petite taille des minicercles d'ADN rendent nécessaire l'optimisation de plusieurs étapes, aussi bien dans la préparation des échantillons que dans le processus d'acquisition d'images afin d'obtenir deux clichés stéréo qui permettent la reconstruction 3-D des minicercles d'ADN. Dans la première partie de ma thèse, je décris l'optimisation de certains paramètres pour la cryoEM et des processus d'acquisition d'image utilisant comme objets de test des plasmides et d'autres molécules d'ADN. Dans la deuxième partie, je .décris comment j'ai construit les minicercles d'ADN de 94 bp et comment j'ai introduit des modifications structurelles comme des coupures ou des lacunes. Dans la troisième partie, je décris l'analyse des reconstructions des rninicercles d'ADN. Cette analyse, appuyée par des tests biochimiques, indique fortement que des molécules d'ADN sont capables de former de petites molécules circulaires de 94 bp sans dépasser les limites d'élasticité, indiquant que les minicercles adoptent une forme circulaire régulière où la flexion est redistribuée le long la molécule. ABSTRACT : Although physical properties of DNA structure have been intensively studied for over 50 years there are still many important questions that need to be answered. For example, what happens to protein-free double-stranded DNA when it is strongly bent, as in DNA forming nucleosomes? Is such protein-free DNA smoothly bent (i.e. it remains within elastic limits of DNA rigidity) or does it release its bending stress by forming sharp kinks (i.e. it exits the elastic regime and breaks the stacking between neighbouring base-pairs in localized regions)? Electron microscopy can provide an answer to this question by directly visualizing DNA minicircles that have the size of nucleosome gyres (ca 90 bp). For the answer to be scientifically valid, one needs to observe DNA molecules while they are still suspended in the solution of interest and no staining chemicals or fixatives have been added since these can change the properties of the DNA. CryoEM techniques developed by Jacques Dubochet's group beginning in the 1980's permit direct visualization of DNA molecules suspended in cryo-vitrified layers of aqueous solutions. However, a relatively weak contrast of cryo-EM preparations combined with the very small size of the DNA minicircles made it necessary to optimize many of the steps and parameters of the cryo-EM specimen preparation and image acquisition processes in order to obtain stereo-pairs of images that permit the 3-D reconstruction of the observed DNA minicircles. In the first part of my thesis I describe the optimization of the cryo-EM preparation and the image acquisition processes using plasmid size DNA molecules as a test object. In the second part, I describe how I formed the 94 by DNA minicircles and how I introduced structural modifications like nicks or gaps. In the third part, I describe the cryo-EM analysis of the constructed DNA minicircles. That analysis, supported by biochemical tests, strongly indicates that DNA minicircles as small as 94 by remain within the elastic limits of DNA structure, i.e. the minicircles adopt a regular circular shape where bending is redistributed along the molecules.

Evolutionary history and its relevance in understanding and conserving southern African biodiversity

Abstract : Understanding how biodiversity is distributed is central to any conservation effort and has traditionally been based on niche modeling and the causal relationship between spatial distribution of organisms and their environment. More recently, the study of species' evolutionary history and relatedness has permeated the fields of ecology and conservation and, coupled with spatial predictions, provides useful insights to the origin of current biodiversity patterns, community structuring and potential vulnerability to extinction. This thesis explores several key ecological questions by combining the fields of niche modeling and phylogenetics and using important components of southern African biodiversity. The aims of this thesis are to provide comparisons of biodiversity measures, to assess how climate change will affect evolutionary history loss, to ask whether there is a clear link between evolutionary history and morphology and to investigate the potential role of relatedness in macro-climatic niche structuring. The first part of my thesis provides a fine scale comparison and spatial overlap quantification of species richness and phylogenetic diversity predictions for one of the most diverse plant families in the Cape Floristic Region (CFR), the Proteaceae. In several of the measures used, patterns do not match sufficiently to argue that species relatedness information is implicit in species richness patterns. The second part of my thesis predicts how climate change may affect threat and potential extinction of southern African animal and plant taxa. I compare present and future niche models to assess whether predicted species extinction will result in higher or lower V phylogenetic diversity survival than what would be experienced under random extinction processes. l find that predicted extinction will result in lower phylogenetic diversity survival but that this non-random pattern will be detected only after a substantial proportion of the taxa in each group has been lost. The third part of my thesis explores the relationship between phylogenetic and morphological distance in southern African bats to assess whether long evolutionary histories correspond to equally high levels of morphological variation, as predicted by a neutral model of character evolution. I find no such evidence; on the contrary weak negative trends are detected for this group, as well as in simulations of both neutral and convergent character evolution. Finally, I ask whether spatial and climatic niche occupancy in southern African bats is influenced by evolutionary history or not. I relate divergence time between species pairs to climatic niche and range overlap and find no evidence for clear phylogenetic structuring. I argue that this may be due to particularly high levels of micro-niche partitioning. Résumé : Comprendre la distribution de la biodiversité représente un enjeu majeur pour la conservation de la nature. Les analyses se basent le plus souvent sur la modélisation de la niche écologique à travers l'étude des relations causales entre la distribution spatiale des organismes et leur environnement. Depuis peu, l'étude de l'histoire évolutive des organismes est également utilisée dans les domaines de l'écologie et de la conservation. En combinaison avec la modélisation de la distribution spatiale des organismes, cette nouvelle approche fournit des informations pertinentes pour mieux comprendre l'origine des patterns de biodiversité actuels, de la structuration des communautés et des risques potentiels d'extinction. Cette thèse explore plusieurs grandes questions écologiques, en combinant les domaines de la modélisation de la niche et de la phylogénétique. Elle s'applique aux composants importants de la biodiversité de l'Afrique australe. Les objectifs de cette thèse ont été l) de comparer différentes mesures de la biodiversité, 2) d'évaluer l'impact des changements climatiques à venir sur la perte de diversité phylogénétique, 3) d'analyser le lien potentiel entre diversité phylogénétique et diversité morphologique et 4) d'étudier le rôle potentiel de la phylogénie sur la structuration des niches macro-climatiques des espèces. La première partie de cette thèse fournit une comparaison spatiale, et une quantification du chevauchement, entre des prévisions de richesse spécifique et des prédictions de la diversité phylogénétique pour l'une des familles de plantes les plus riches en espèces de la région floristique du Cap (CFR), les Proteaceae. Il résulte des analyses que plusieurs mesures de diversité phylogénétique montraient des distributions spatiales différentes de la richesse spécifique, habituellement utilisée pour édicter des mesures de conservation. La deuxième partie évalue les effets potentiels des changements climatiques attendus sur les taux d'extinction d'animaux et de plantes de l'Afrique australe. Pour cela, des modèles de distribution d'espèces actuels et futurs ont permis de déterminer si l'extinction des espèces se traduira par une plus grande ou une plus petite perte de diversité phylogénétique en comparaison à un processus d'extinction aléatoire. Les résultats ont effectivement montré que l'extinction des espèces liées aux changements climatiques pourrait entraîner une perte plus grande de diversité phylogénétique. Cependant, cette perte ne serait plus grande que celle liée à un processus d'extinction aléatoire qu'à partir d'une forte perte de taxons dans chaque groupe. La troisième partie de cette thèse explore la relation entre distances phylogénétiques et morphologiques d'espèces de chauves-souris de l'Afrique australe. ll s'agit plus précisément de déterminer si une longue histoire évolutive correspond également à des variations morphologiques plus grandes dans ce groupe. Cette relation est en fait prédite par un modèle neutre d'évolution de caractères. Aucune évidence de cette relation n'a émergé des analyses. Au contraire, des tendances négatives ont été détectées, ce qui représenterait la conséquence d'une évolution convergente entre clades et des niveaux élevés de cloisonnement pour chaque clade. Enfin, la dernière partie présente une étude sur la répartition de la niche climatique des chauves-souris de l'Afrique australe. Dans cette étude je rapporte temps de divergence évolutive (ou deux espèces ont divergé depuis un ancêtre commun) au niveau de chevauchement de leurs niches climatiques. Les résultats n'ont pas pu mettre en évidence de lien entre ces deux paramètres. Les résultats soutiennent plutôt l'idée que cela pourrait être I dû à des niveaux particulièrement élevés de répartition de la niche à échelle fine.

Integration of high-resolution geophysical data for the characterization of alluvial aquifers : new approaches and implications for hydrological predictions

Abstract Accurate characterization of the spatial distribution of hydrological properties in heterogeneous aquifers at a range of scales is a key prerequisite for reliable modeling of subsurface contaminant transport, and is essential for designing effective and cost-efficient groundwater management and remediation strategies. To this end, high-resolution geophysical methods have shown significant potential to bridge a critical gap in subsurface resolution and coverage between traditional hydrological measurement techniques such as borehole log/core analyses and tracer or pumping tests. An important and still largely unresolved issue, however, is how to best quantitatively integrate geophysical data into a characterization study in order to estimate the spatial distribution of one or more pertinent hydrological parameters, thus improving hydrological predictions. Recognizing the importance of this issue, the aim of the research presented in this thesis was to first develop a strategy for the assimilation of several types of hydrogeophysical data having varying degrees of resolution, subsurface coverage, and sensitivity to the hydrologic parameter of interest. In this regard a novel simulated annealing (SA)-based conditional simulation approach was developed and then tested in its ability to generate realizations of porosity given crosshole ground-penetrating radar (GPR) and neutron porosity log data. This was done successfully for both synthetic and field data sets. A subsequent issue that needed to be addressed involved assessing the potential benefits and implications of the resulting porosity realizations in terms of groundwater flow and contaminant transport. This was investigated synthetically assuming first that the relationship between porosity and hydraulic conductivity was well-defined. Then, the relationship was itself investigated in the context of a calibration procedure using hypothetical tracer test data. Essentially, the relationship best predicting the observed tracer test measurements was determined given the geophysically derived porosity structure. Both of these investigations showed that the SA-based approach, in general, allows much more reliable hydrological predictions than other more elementary techniques considered. Further, the developed calibration procedure was seen to be very effective, even at the scale of tomographic resolution, for predictions of transport. This also held true at locations within the aquifer where only geophysical data were available. This is significant because the acquisition of hydrological tracer test measurements is clearly more complicated and expensive than the acquisition of geophysical measurements. Although the above methodologies were tested using porosity logs and GPR data, the findings are expected to remain valid for a large number of pertinent combinations of geophysical and borehole log data of comparable resolution and sensitivity to the hydrological target parameter. Moreover, the obtained results allow us to have confidence for future developments in integration methodologies for geophysical and hydrological data to improve the 3-D estimation of hydrological properties.

Développement d'outils de surveillance biologique pour l'évaluation des risques à la santé de travailleurs en arboriculture et en viticulture exposés aux fongicides

De nombreux travailleurs utilisent le captan et le folpet comme fongicides en agriculture, mais leur exposition n'est pas toujours mesurée de manière spécifique et précise. La surveillance biologique est un excellent outil à cet effet puisqu'elle permet de quantifier l'exposition réelle. Toutefois, la majorité des connaissances toxicologiques pour ces fongicides proviennent d'études sur les animaux, et les données chez l'humain sont limitées.Le but du présent projet est donc de développer des outils de surveillance biologique pour évaluer l'exposition de travailleurs au captan et au folpet. Dans cette perspective, le projet a été subdivisé en trois parties complémentaires, soit i) de développer des méthodes analytiques spécifiques pour quantifier les biomarqueurs d'intérêt du captan, à savoir le tétrahydrophtalimide (THPI), et du folpet, à savoir le phtalimide (PI) et l'acide phtalique, dans le plasma et l'urine; ii) de déterminer la toxicocinétique des deux fongicides en exposant desvolontaires de façon aigüe à de faibles doses de captan ou de folpet par voie orale et cutanée dans des conditions semi-contrôlées et en quantifiant les biomarqueurs dans chacune des deux matrices, excepté l'acide phtalique qui a été mesuré seulement dans l'urine; iii) de valider les biomarqueurs d'exposition sélectionnés et d'évaluer l'exposition réelle des travailleurs et les voies prédominantes d'exposition au captan et au folpet en collectant des données biologiques chez des travailleurs en arboriculture et en viticulture lors d'activités de traitement et d'effeuillage pendant sept jours consécutifs.Selon ces travaux, le THPI et le PI sont deux biomarqueurs valides et spécifiques pour quantifier l'exposition au captan et au folpet, respectivement, chez l'humain. En effet, les méthodes développées pour ces deux métabolites sont robustes avec des limites de détection plus sensibles que celles rapportées dans la littérature, un taux de recouvrement de 90% pour le THPI et de 75% pour le PI, une très bonne linéarité (R2>0,99) et une bonne stabilité avec des variations intra- et inter-journalières faibles (RSD<15%). Elles ont permis de déterminer les profils cinétiques des deux métabolites chez les volontaires et chez les travailleurs. Ces derniers indiquent d'ailleurs une élimination rapide, avec une demi-vie d'élimination dans l'urine de 11,7 h et 18,7 h pour le THPI et de 27,3 h et 28,8 h pour le PI, respectivement après une absorption par voie orale et cutanée, ainsi qu'une faible absorption cutanée lorsque les valeurs sont comparées pour les deux voies d'exposition. Des profils parallèles sont aussi observés entre le PI et l'acide phtalique pour les volontaires et les agriculteurs, mais le folpet se retrouve davantage métabolisé sous forme d'acide phtalique que de PI. Quant à l'étude des agriculteurs, elle montre que la voie principale d'exposition de ces travailleurs est la voiecutanée. Il est aussi souligné qu'il est important 1) de favoriser les collectes d'urines complètes sur 24 h au urines ponctuelles, 2) de mesurer plusieurs métabolites, et 3) d'associer les données de surveillance biologique à la toxicocinétique. Ainsi, les connaissances acquises par cette étude peuvent s'appliquer à d'autres fongicides, voire d'autres substances.

Effets néonataux du labétalol (Trandate ®) administré en prénatal lors d'hypertension artérielle maternelle

L'hypertension artérielle touche 5 à 10 % des femmes enceintes. Afin de prévenir les¦complications d'une pression sanguine trop élevée, des médicaments antihypertenseurs tel¦que le labétalol (bétabloquant) peuvent être administrés en cours de grossesse. Ces¦médicaments traversent tous, sans exception, la barrière foeto-placentaire. En ce qui¦concerne le labétalol, 30 à 50% de la concentration dans le sang maternel se retrouve dans¦le sang du cordon ombilical.¦Le principal objectif de cette étude rétrospective consiste à déterminer s'il existe une¦corrélation entre une éventuelle imprégnation du nouveau-né par du labétalol administré en¦prénatal et son adaptation à la naissance et durant les 96 premières heures de vie.¦Pour ce faire, une liste de 268 patientes, suivies par le service de gynécologie-obstétrique du¦CHUV sur une période allant du 01.01.2008 au 31.12.2009, a été établie à partir des motsclés¦hypertension artérielle et/ou pré-éclampsie comme diagnostic.¦Parmi ces 268 patientes, ont été retenues pour l'étude uniquement celles ayant reçu du¦labétalol durant les 4 derniers jours de leur grossesse. Cela concerne 38 patientes (14.2%)¦dont 3 d'entre elles ont eu une grossesse gémellaire. Par conséquent, cela représente un¦collectif de 41 nouveau-nés. Afin d'évaluer l'adaptation du nouveau-né à la naissance et¦durant les 96 premières heures de vie, différents paramètres ont été retenus parmi lesquels¦le besoin d'une hospitalisation dans le service de néonatologie, la fréquence cardiaque, la¦fréquence respiratoire, la tension artérielle ainsi que la glycémie. Pour écarter toute influence¦de la prématurité ou d'un poids de naissance trop bas sur l'adaptation néonatale, quatre¦groupes ont été constitués.¦Finalement, une analyse relative à la dose de labétalol a été abordée dans le but de¦déterminer une dose seuil à partir de laquelle l'adaptation du nouveau-né, imprégné par le¦labétalol serait plus difficile.

Evaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la population générale et pour l'environnement : rapport d'expertise collective

Une expertise collective sur l'évaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la population générale et pour l'environnement a identifié plusieurs centaines de produits de grande consommation contenant des nanomatériaux, présents dans notre quotidien : textiles, cosmétiques, alimentaires, équipements sportifs, matériaux de construction... Des études nouvelles suggèrent la possibilité de risques pour la santé et pour l'environnement de certains produits. Face à cette situation d'incertitude, l'Afsset recommande d'agir sans attendre au nom du principe de précaution et de 1) Rendre obligatoire la traçabilité des nanomatériaux. Cela passe par une obligation de déclaration par les industriels, 2) la mise en place un étiquetage clair qui mentionne la présence de nanomatériaux dans les produits et informe sur la possibilité de relargage à l'usage, 3) d'aller jusqu'à l'interdiction de certains usages des nanomatériaux pour lesquels l'utilité est faible par rapport aux dangers potentiels, 4) l'harmonisation des cadres réglementaires français et européens pour généraliser les meilleures pratiques : déclaration, autorisation, substitution. En particulier, une révision de REACh s'impose pour prendre en compte les nanomatériaux manufacturés de manière spécifique et quel que soit leur tonnage. L'expertise fait également des recommandations pour construire une méthode renouvelée d'évaluation des risques sanitaires qui soit adaptée aux spécificités des nanomatériaux. Pour cela l'Afsset a testé les méthodologies classiques d'évaluation des risques sur 4 produits particuliers et courants : la chaussette antibactérienne (nanoparticules d'argent), le ciment autonettoyant et le lait solaire (nanoparticules de dioxyde de titane), la silice alimentaire à l'état nanométrique. Ces 4 produits représentent bien les voies d'exposition de l'homme (cutanée, inhalation, ingestion) et la possibilité de dispersion environnementale. Ces travaux font apparaître une urgence à faire progresser les connaissances sur les expositions et les dangers potentiels des nanomatériaux. Aujourd'hui, seuls 2% des études publiées sur les nanomatériaux concernent leurs risques pour la santé et l'environnement. Le premier effort devra porter sur la normalisation des caractéristiques des nanomatériaux. Les priorités de la recherche devront cibler la toxicologie, l'écotoxicologie et la mesure des expositions. Enfin, l'Afsset prévoit de s'autosaisir pour définir en 2 ans, avec son groupe de travail, un outil simplifié d'évaluation des risques. Il s'agit d'une grille de cotation des risques qui permet de catégoriser les produits en plusieurs gammes de risques. Face à ce chantier considérable, une mise en réseau entre les organismes européens et internationaux pour se partager le travail est nécessaire. Elle a commencé autour de l'OCDE qui coordonne des travaux d'évaluation des risques et de l'ISO qui travaille à la mise en place de nouvelles normes. [Auteurs]

In vivo neuropathology of cortical changes in elderly persons with schizophrenia.

BACKGROUND: Elderly schizophrenia patients frequently develop cognitive impairment of unclear etiology. Magnetic resonance imaging (MRI) studies revealed brain structural abnormalities, but the pattern of cortical gray matter (GM) volume and its relationship with cognitive and behavioral symptoms are unknown. METHODS: Magnetic resonance scans were taken from elderly schizophrenia patients (n = 20, age 67 +/- 6 SD, Mini-Mental State Examination [MMSE] 23 +/- 4), Alzheimer's disease (AD) patients (n = 20, age 73 +/- 9, MMSE 22 +/- 4), and healthy elders (n = 20, age 73 +/- 8, MMSE 29 +/- 1). Patients were assessed with a comprehensive neuropsychological and behavioral battery. Cortical pattern matching and a region-of-interest analysis, based on Brodmann areas (BAs), were used to map three-dimensional (3-D) profiles of differences in patterns of gray matter volume among groups. RESULTS: Schizophrenia patients had 10% and 11% lower total left and right GM volume than healthy elders (p < .001) and 7% and 5% more than AD patients (p = .06 and ns). Regions that had both significantly less gray matter than control subjects and gray matter volume as low as AD mapped to the cingulate gyrus and orbitofrontal cortex (BA 30, 23, 24, 32, 25, 11). The strongest correlate of gray matter volume in elderly schizophrenia patients, although nonsignificant, was the positive symptom subscale of the Positive and Negative Syndrome Scale, mapping to the right anterior cingulate area (r = .42, p = .06). CONCLUSIONS: The orbitofrontal/cingulate region had low gray matter volume in elderly schizophrenia patients. Neither cognitive impairment nor psychiatric symptoms were significantly associated with structural differences, even if positive symptoms tended to be associated with increased gray matter volume in this area.

Monitoring time-dependent degradation of phospholipids in sectioned tissues by MALDI imaging mass spectrometry.

Imaging mass spectrometry (IMS) is useful for visualizing the localization of phospholipids on biological tissue surfaces creating great opportunities for IMS in lipidomic investigations. With advancements in IMS of lipids, there is a demand for large-scale tissue studies necessitating stable, efficient and well-defined sample handling procedures. Our work within this article shows the effects of different storage conditions on the phospholipid composition of sectioned tissues from mouse organs. We have taken serial sections from mouse brain, kidney and liver thaw mounted unto ITO-coated glass slides and stored them under various conditions later analyzing them at fixed time points. A global decrease in phospholipid signal intensity is shown to occur and to be a function of time and temperature. Contrary to the global decrease, oxidized phospholipid and lysophospholipid species are found to increase within 2 h and 24 h, respectively, when mounted sections are kept at ambient room conditions. Imaging experiments reveal that degradation products increase globally across the tissue. Degradation is shown to be inhibited by cold temperatures, with sample integrity maintained up to a week after storage in −80 °C freezer under N2 atmosphere. Overall, the results demonstrate a timeline of the effects of lipid degradation specific to sectioned tissues and provide several lipid species which can serve as markers of degradation. Importantly, the timeline demonstrates oxidative sample degradation begins appearing within the normal timescale of IMS sample preparation of lipids (i.e. 1-2 h) and that long-term degradation is global. Taken together, these results strengthen the notion that standardized procedures are required for phospholipid IMS of large sample sets, or in studies where many serial sections are prepared together but analyzed over time such as in 3-D IMS reconstruction experiments.

Decreased local control following radiation therapy alone in early-stage glottic carcinoma with anterior commissure extension.

PURPOSE: To assess the patterns of failure in the treatment of early-stage squamous cell carcinoma of the glottic larynx. PATIENTS AND METHODS: Between 1983-2000, 122 consecutive patients treated for early laryngeal cancer (UICC T1N0 and T2N0) by radical radiation therapy (RT) were retrospectively studied. Male-to-female ratio was 106 : 16, and median age 62 years (35-92 years). There were 68 patients with T1a, 18 with T1b, and 36 with T2 tumors. Diagnosis was made by biopsy in 104 patients, and by laser vaporization or stripping in 18. Treatment planning consisted of three-dimensional (3-D) conformal RT in 49 (40%) patients including nine patients irradiated using arytenoid protection. A median dose of 70 Gy (60-74 Gy) was given (2 Gy/fraction) over a median period of 46 days (21-79 days). Median follow-up period was 85 months. RESULTS: The 5-year overall, cancer-specific, and disease-free survival amounted to 80%, 94%, and 70%, respectively. 5-year local control was 83%. Median time to local recurrence in 19 patients was 13 months (5-58 months). Salvage treatment consisted of surgery in 17 patients (one patient refused salvage and one was inoperable; total laryngectomy in eleven, and partial laryngectomy or cordectomy in six patients). Six patients died because of laryngeal cancer. Univariate analyses revealed that prognostic factors negatively influencing local control were anterior commissure extension, arytenoid protection, and total RT dose < 66 Gy. Among the factors analyzed, multivariate analysis (Cox model) demonstrated that anterior commissure extension, arytenoid protection, and male gender were the worst independent prognostic factors in terms of local control. CONCLUSION: For early-stage laryngeal cancer, outcome after RT is excellent. In case of anterior commissure extension, surgery or higher RT doses are warranted. Because of a high relapse risk, arytenoid protection should not be attempted.

Amino acids of the alpha1B-adrenergic receptor involved in agonist binding: differences in docking catecholamines to receptor subtypes.

Site-directed mutagenesis and molecular dynamics analysis of the 3-D model of the alpha1B-adrenergic receptor (AR) were combined to identify the molecular determinants of the receptor involved in catecholamine binding. Our results indicate that the three conserved serines in the fifth transmembrane domain (TMD) of the alpha1B-AR play a distinct role in catecholamine binding versus receptor activation. In addition to the amino acids D125 in TMDIII and S207 in TMDV directly involved in ligand binding, our findings identify a large number of polar residues playing an important role in the activation process of the alpha1B-AR thus providing new insights into the structure/function relationship of G protein-coupled receptors.

A prospective, randomized, open label, phase iii clinical trial of novottf-100a vs best standard of care chemotherapy in patients with recurrent glioblastoma

BACKGROUND: Glioblastoma, the most common adult primary malignant brain tumor, confers poor prognosis (median survival of 15 months) notwithstanding aggressive treatment. Combination chemotherapy including carmustine (BCNU) or temozolomide (TMZ) with the MGMT inhibitor O6-benzylguanine (O6BG) has been used, but has been associated with dose-limiting hematopoietic toxicity. OBJECTIVE: To assess safety and efficacy of a retroviral vector encoding the O6BG-resistant MGMTP140K gene for transduction and autologous transplantation of hematopoietic stem cells (HSCs) in MGMT unmethylated, newly diagnosed glioblastoma patients in an attempt to chemoprotect bone marrowduring combination O6BG/TMZ therapy. METHODS: Three patients have been enrolled in the first cohort. Patients underwent standard radiation therapy without TMZ followed by G-CSF mobilization, apheresis, and conditioning with 600 mg/m2 BCNU prior to infusion of gene-modified cells. Posttransplant, patients were treated with 28-day cycles of single doseTMZ (472 mg/m2) with 48-hour intravenous O6BG (120 mg/m2 bolus, then 30 mg/m2/d). RESULTS: The BCNU dose was nonmyeloablative with ANC ,500/mL for ≤3 d and nadir thrombocytopenia of 28,000/mL. Gene marking in pre-infusion colony forming units (CFUs) was 70.6%, 79.0%, and 74.0% in Patients 1, 2, and 3, respectively, by CFU-PCR. Following engraftment, gene marking in white blood cells and sorted granulocytes ranged between 0.37-0.84 and 0.33-0.83 provirus copies, respectively, by real-time PCR. Posttransplant gene marking in CFUs from CD34-selected cells ranged from 28.5% to 47.4%. Patients have received 4, 3, and 2 cycles of O6BG/TMZ, respectively, with evidence for selection of gene-modified cells. One patient has received a single dose-escalated cycle at 590 mg/m2 TMZ. No additional extra-hematopoietic toxicity has been observed thus far and all three patients exhibit stable disease at 7-8 months since diagnosis CONCLUSIONS: We believe that these data demonstrate the feasibility of achieving significant engraftment of MGMTP140K-modified cells with a well-tolerated dose of BCNU. Further follow-up will determine whether this approach will allow for further dose escalation of TMZ and improved survival.

Characterization and monitoring of the Åknes landslide using terrestrial laser scanning

Terrestrial laser scanning (TLS) provides high-resolution point clouds of the topography and new TLS instruments with ranges exceeding 300 m or even 1000 m are powerful tools for characterizing and monitoring slope movements. This study focuses on the 35 million m3 Åknes rockslide in Western Norway, which is one of the most investigated and monitored rockslides in the world. The TLS point clouds are used for the structural analysis of the steep, inaccessible main scarp of the rockslide, including an assessment of the discontinuity sets and fold axes. TLS acquisitions in 2006, 2007 and 2008 provide information on 3-D displacements for the entire scanned area and are not restricted like conventional survey instruments to single measurement points. The affine transformation matrix between two TLS acquisitions precisely describes the rockslide displacements and enables their separation into translational components, such as the displacement velocity and direction, and rotational components, like toppling. This study shows the ability of TLS to obtain reliable 3-D displacement information over a large, unstable area. Finally, a possible instability model for the upper part of Åknes rockslide explains the measured translational and rotational displacements by a combination of southward planar sliding along the gneiss foliation, gravitational vertical settlement along the complex, stepped basal sliding surface and northward toppling toward the opened graben structure.

In vivo expansion of T reg cells with IL-2-mAb complexes: induction of resistance to EAE and long-term acceptance of islet allografts without immunosuppression.

Via a transcription factor, Foxp3, immunoregulatory CD4(+)CD25(+) T cells (T reg cells) play an important role in suppressing the function of other T cells. Adoptively transferring high numbers of T reg cells can reduce the intensity of the immune response, thereby providing an attractive prospect for inducing tolerance. Extending our previous findings, we describe an in vivo approach for inducing rapid expansion of T reg cells by injecting mice with interleukin (IL)-2 mixed with a particular IL-2 monoclonal antibody (mAb). Injection of these IL-2-IL-2 mAb complexes for a short period of 3 d induces a marked (>10-fold) increase in T reg cell numbers in many organs, including the liver and gut as well as the spleen and lymph nodes, and a modest increase in the thymus. The expanded T reg cells survive for 1-2 wk and are highly activated and display superior suppressive function. Pretreating with the IL-2-IL-2 mAb complexes renders the mice resistant to induction of experimental autoimmune encephalomyelitis; combined with rapamycin, the complexes can also be used to treat ongoing disease. In addition, pretreating mice with the complexes induces tolerance to fully major histocompatibility complex-incompatible pancreatic islets in the absence of immunosuppression. Tolerance is robust and the majority of grafts are accepted indefinitely. The approach described for T reg cell expansion has clinical potential for treating autoimmune disease and promoting organ transplantation.