Rapid high-performance liquid chromatographic determination with fluorescence detection of furosemide in human body fluids and its confirmation by gas chromatography-mass spectrometry.

Furosemide (FD: Lasix) is a loop diuretic which strongly increases both urine flow and electrolyte urinary excretion. Healthy volunteers were administered 40 mg orally (dissolved in water) and concentrations of FD were determined in serum and urine for up to 6 h for eight subjects, who absorbed water at a rate of 400 ml/h. Quantification was performed by HPLC with fluorescence detection (excitation at 233 nm, emission at 389 nm) with a limit of detection of 5 ng/ml for a 300-microliters sample. The elution of FD was completed within 4 min using a gradient of acetonitrile concentration rising from 30 to 50% in 0.08 M phosphoric acid. The delay to the peak serum concentration ranged from 60 to 120 min. FD was still easily measurable in the sera from all subjects 6 h after administration. In urine, the excretion rates reached their maximum between 1 and 3 h. The total amount of FD excreted in the urine averaged 11.2 mg (range 7.6-14.0 mg), with a mean urine volume of 3024 ml (range 2620-3596 ml). Moreover, the urine density was lower than 1.010 (recommended as an upper limit in doping analysis to screen diuretics) only for 2 h. An additional volunteer was administered 40 mg of FD and his urine was collected over a longer period. FD was still detectable 48 h after intake. Gas chromatography-mass spectrometry with different types of ionization was used to confirm the occurrence of FD after permethylation of the extract. Negative-ion chemical ionization, with ammonia as reactant gas, was found to be the most sensitive method of detection.

Microcalorimetry Assay for Rapid Detection of Voriconazole Resistance in Aspergillus fumigatus.

We describe a calorimetric assay for detection of voriconazole-resistant Aspergillus fumigatus within 8 h. Among 27 genetically distinct strains, all 21 resistant and all 6 susceptible strains were correctly identified by measurement of fungal heat production in the presence of voriconazole. This proof-of-concept study demonstrates the potential of microcalorimetry for rapid detection of azole resistance in A. fumigatus.

Detection of micrometastases in sentinel lymph nodes from melanoma patients: direct comparison of multimarker molecular and immunopathological methods.

The technique of sentinel lymph node (SLN) dissection is a reliable predictor of metastatic disease in the lymphatic basin draining the primary melanoma. Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) is emerging as a highly sensitive technique to detect micrometastases in SLNs, but its specificity has been questioned. A prospective SLN study in melanoma patients was undertaken to compare in detail immunopathological versus molecular detection methods. Sentinel lymphadenectomy was performed on 57 patients, with a total of 71 SLNs analysed. SLNs were cut in slices, which were alternatively subjected to parallel multimarker analysis by microscopy (haematoxylin and eosin and immunohistochemistry for HMB-45, S100, tyrosinase and Melan-A/MART-1) and RT-PCR (for tyrosinase and Melan-A/MART-1). Metastases were detected by both methods in 23% of the SLNs (28% of the patients). The combined use of Melan-A/MART-1 and tyrosinase amplification increased the sensitivity of PCR detection of microscopically proven micrometastases. Of the 55 immunopathologically negative SLNs, 25 were found to be positive on RT-PCR. Notably, eight of these SLNs contained naevi, all of which were positive for tyrosinase and/or Melan-A/MART-1, as detected at both mRNA and protein level. The remaining 41% of the SLNs were negative on both immunohistochemistry and RT-PCR. Analysis of a series of adjacent non-SLNs by RT-PCR confirmed the concept of orderly progression of metastasis. Clinical follow-up showed disease recurrence in 12% of the RT-PCR-positive immunopathology-negative SLNs, indicating that even an extensive immunohistochemical analysis may underestimate the presence of micrometastases. However, molecular analyses, albeit more sensitive, need to be further improved in order to attain acceptable specificity before they can be applied diagnostically.

NEW METHODS FOR DETECTION, SUSCEPTIBILITY TESTING AND BIOFILM ERADICATION OF DIFFICULT ORGANISMS

Aujourd'hui, les problèmes des maladies infectieuses concernent l'émergence d'infections difficiles à traiter, telles que les infections associées aux implants et les infections fongiques invasives chez les patients immunodéprimés. L'objectif de cette thèse était de développer des stratégies pour l'éradication des biofilms bactériens (partie 1), ainsi que d'étudier des méthodes innovantes pour la détection microbienne, pour l'établissement de nouveaux tests de sensibilité (partie 2). Le traitement des infections associées aux implants est difficile car les biofilms bactériens peuvent résister à des niveaux élevés d'antibiotiques. A ce jour, il n'y a pas de traitement optimal défini contre des infections causées par des bactéries de prévalence moindre telles que Enterococcus faecalis ou Propionibacterium acnés. Dans un premier temps, nous avons démontré une excellente activité in vitro de la gentamicine sur une souche de E. faecalis en phase stationnaire de croissance Nous avons ensuite confirmé l'activité de la gentamicine sur un biofilm précoce en modèle expérimental animal à corps étranger avec un taux de guérison de 50%. De plus, les courbes de bactéricidie ainsi que les résultats de calorimétrie ont prouvé que l'ajout de gentamicine améliorait l'activité in vitro de la daptomycine, ainsi que celle de la vancomycine. In vivo, le schéma thérapeutique le plus efficace était l'association daptomycine/gentamicine avec un taux de guérison de 55%. En établissant une nouvelle méthode pour l'évaluation de l'activité des antimicrobiens vis-à-vis de micro-organismes en biofilm, nous avons démontré que le meilleur antibiotique actif sur les biofilms à P. acnés était la rifampicine, suivi par la penicilline G, la daptomycine et la ceftriaxone. Les études conduites en modèle expérimental animal ont confirmé l'activité de la rifampicine seule avec un taux de guérison 36%. Le meilleur schéma thérapeutique était au final l'association rifampicine/daptomycine avec un taux de guérison 63%. Les associations de rifampicine avec la vancomycine ou la levofloxacine présentaient des taux de guérisons respectivement de 46% et 25%. Nous avons ensuite étudié l'émergence in vitro de la résistance à la rifampicine chez P. acnés. Nous avons observé un taux de mutations de 10"9. La caractérisation moléculaire de la résistance chez les mutant-résistants a mis en évidence l'implication de 5 mutations ponctuelles dans les domaines I et II du gène rpoB. Ce type de mutations a déjà été décrit au préalable chez d'autres espèces bactériennes, corroborant ainsi la validité de nos résultats. La deuxième partie de cette thèse décrit une nouvelle méthode d'évaluation de l'efficacité des antifongiques basée sur des mesures de microcalorimétrie isotherme. En utilisant un microcalorimètre, la chaleur produite par la croissance microbienne peut être-mesurée en temps réel, très précisément. Nous avons évalué l'activité de l'amphotéricine B, des triazolés et des échinocandines sur différentes souches de Aspergillus spp. par microcalorimétrie. La présence d'amphotéricine Β ou de triazole retardait la production de chaleur de manière concentration-dépendante. En revanche, pour les échinochandines, seule une diminution le pic de « flux de chaleur » a été observé. La concordance entre la concentration minimale inhibitrice de chaleur (CMIC) et la CMI ou CEM (définie par CLSI M38A), avec une marge de 2 dilutions, était de 90% pour l'amphotéricine B, 100% pour le voriconazole, 90% pour le pozoconazole et 70% pour la caspofongine. La méthode a été utilisée pour définir la sensibilité aux antifongiques pour d'autres types de champignons filamenteux. Par détermination microcalorimétrique, l'amphotéricine B s'est avéré être l'agent le plus actif contre les Mucorales et les Fusarium spp.. et le voriconazole le plus actif contre les Scedosporium spp. Finalement, nous avons évalué l'activité d'associations d'antifongiques vis-à-vis de Aspergillus spp. Une meilleure activité antifongique était retrouvée avec l'amphotéricine B ou le voriconazole lorsque ces derniers étaient associés aux échinocandines vis-à-vis de A. fumigatus. L'association échinocandine/amphotéricine B a démontré une activité antifongique synergique vis-à-vis de A. terreus, contrairement à l'association échinocandine/voriconazole qui ne démontrait aucune amélioration significative de l'activité antifongique. - The diagnosis and treatment of infectious diseases are today increasingly challenged by the emergence of difficult-to-manage situations, such as infections associated with medical devices and invasive fungal infections, especially in immunocompromised patients. The aim of this thesis was to address these challenges by developing new strategies for eradication of biofilms of difficult-to-treat microorganisms (treatment, part 1) and investigating innovative methods for microbial detection and antimicrobial susceptibility testing (diagnosis, part 2). The first part of the thesis investigates antimicrobial treatment strategies for infections caused by two less investigated microorganisms, Enterococcus faecalis and Propionibacterium acnes, which are important pathogens causing implant-associated infections. The treatment of implant-associated infections is difficult in general due to reduced susceptibility of bacteria when present in biofilms. We demonstrated an excellent in vitro activity of gentamicin against E. faecalis in stationary growth- phase and were able to confirm the activity against "young" biofilms (3 hours) in an experimental foreign-body infection model (cure rate 50%). The addition of gentamicin improved the activity of daptomycin and vancomycin in vitro, as determined by time-kill curves and microcalorimetry. In vivo, the most efficient combination regimen was daptomycin plus gentamicin (cure rate 55%). Despite a short duration of infection, the cure rates were low, highlighting that enterococcal biofilms remain difficult to treat despite administration of newer antibiotics, such as daptomycin. By establishing a novel in vitro assay for evaluation of anti-biofilm activity (microcalorimetry), we demonstrated that rifampin was the most active antimicrobial against P. acnes biofilms, followed by penicillin G, daptomycin and ceftriaxone. In animal studies we confirmed the anti-biofilm activity of rifampin (cure rate 36% when administered alone), as well as in combination with daptomycin (cure rate 63%), whereas in combination with vancomycin or levofloxacin it showed lower cure rates (46% and 25%, respectively). We further investigated the emergence of rifampin resistance in P. acnes in vitro. Rifampin resistance progressively emerged during exposure to rifampin, if the bacterial concentration was high (108 cfu/ml) with a mutation rate of 10"9. In resistant isolates, five point mutations of the rpoB gene were found in cluster I and II, as previously described for staphylococci and other bacterial species. The second part of the thesis describes a novel real-time method for evaluation of antifungals against molds, based on measurements of the growth-related heat production by isothermal microcalorimetry. Current methods for evaluation of antifungal agents against molds, have several limitations, especially when combinations of antifungals are investigated. We evaluated the activity of amphotericin B, triazoles (voriconazole, posaconazole) and echinocandins (caspofungin and anidulafungin) against Aspergillus spp. by microcalorimetry. The presence of amphotericin Β or a triazole delayed the heat production in a concentration-dependent manner and the minimal heat inhibition concentration (MHIC) was determined as the lowest concentration inhibiting 50% of the heat produced at 48 h. Due to the different mechanism of action echinocandins, the MHIC for this antifungal class was determined as the lowest concentration lowering the heat-flow peak with 50%. Agreement within two 2-fold dilutions between MHIC and MIC or MEC (determined by CLSI M38A) was 90% for amphotericin B, 100% for voriconazole, 90% for posaconazole and 70% for caspofungin. We further evaluated our assay for antifungal susceptibility testing of non-Aspergillus molds. As determined by microcalorimetry, amphotericin Β was the most active agent against Mucorales and Fusarium spp., whereas voriconazole was the most active agent against Scedosporium spp. Finally, we evaluated the activity of antifungal combinations against Aspergillus spp. Against A. jumigatus, an improved activity of amphotericin Β and voriconazole was observed when combined with an echinocandin. Against A. terreus, an echinocandin showed a synergistic activity with amphotericin B, whereas in combination with voriconazole, no considerable improved activity was observed.

Automatic front-crawl temporal phase detection using adaptive filtering of inertial signals

This study introduces a novel approach for automatic temporal phase detection and inter-arm coordination estimation in front-crawl swimming using inertial measurement units (IMUs). We examined the validity of our method by comparison against a video-based system. Three waterproofed IMUs (composed of 3D accelerometer, 3D gyroscope) were placed on both forearms and the sacrum of the swimmer. We used two underwater video cameras in side and frontal views as our reference system. Two independent operators performed the video analysis. To test our methodology, seven well-trained swimmers performed three 300 m trials in a 50 m indoor pool. Each trial was in a different coordination mode quantified by the index of coordination. We detected different phases of the arm stroke by employing orientation estimation techniques and a new adaptive change detection algorithm on inertial signals. The difference of 0.2 +/- 3.9% between our estimation and video-based system in assessment of the index of coordination was comparable to experienced operators' difference (1.1 +/- 3.6%). The 95% limits of agreement of the difference between the two systems in estimation of the temporal phases were always less than 7.9% of the cycle duration. The inertial system offers an automatic easy-to-use system with timely feedback for the study of swimming.

A robust genomic signature for the detection of colorectal cancer patients with microsatellite instability phenotype and high mutation frequency.

Microsatellite instability (MSI) occurs in 10-20% of colorectal tumours and is associated with good prognosis. Here we describe the development and validation of a genomic signature that identifies colorectal cancer patients with MSI caused by DNA mismatch repair deficiency with high accuracy. Microsatellite status for 276 stage II and III colorectal tumours has been determined. Full-genome expression data was used to identify genes that correlate with MSI status. A subset of these samples (n = 73) had sequencing data for 615 genes available. An MSI gene signature of 64 genes was developed and validated in two independent validation sets: the first consisting of frozen samples from 132 stage II patients; and the second consisting of FFPE samples from the PETACC-3 trial (n = 625). The 64-gene MSI signature identified MSI patients in the first validation set with a sensitivity of 90.3% and an overall accuracy of 84.8%, with an AUC of 0.942 (95% CI, 0.888-0.975). In the second validation, the signature also showed excellent performance, with a sensitivity 94.3% and an overall accuracy of 90.6%, with an AUC of 0.965 (95% CI, 0.943-0.988). Besides correct identification of MSI patients, the gene signature identified a group of MSI-like patients that were MSS by standard assessment but MSI by signature assessment. The MSI-signature could be linked to a deficient MMR phenotype, as both MSI and MSI-like patients showed a high mutation frequency (8.2% and 6.4% of 615 genes assayed, respectively) as compared to patients classified as MSS (1.6% mutation frequency). The MSI signature showed prognostic power in stage II patients (n = 215) with a hazard ratio of 0.252 (p = 0.0145). Patients with an MSI-like phenotype had also an improved survival when compared to MSS patients. The MSI signature was translated to a diagnostic microarray and technically and clinically validated in FFPE and frozen samples.

Association of hemolytic activity of Pseudomonas entomophila, a versatile soil bacterium, with cyclic lipopeptide production.

Pseudomonas entomophila is an entomopathogenic bacterium that is able to infect and kill Drosophila melanogaster upon ingestion. Its genome sequence suggests that it is a versatile soil bacterium closely related to Pseudomonas putida. The GacS/GacA two-component system plays a key role in P. entomophila pathogenicity, controlling many putative virulence factors and AprA, a secreted protease important to escape the fly immune response. P. entomophila secretes a strong diffusible hemolytic activity. Here, we showed that this activity is linked to the production of a new cyclic lipopeptide containing 14 amino acids and a 3-C(10)OH fatty acid that we called entolysin. Three nonribosomal peptide synthetases (EtlA, EtlB, EtlC) were identified as responsible for entolysin biosynthesis. Two additional components (EtlR, MacAB) are necessary for its production and secretion. The P. entomophila GacS/GacA two-component system regulates entolysin production, and we demonstrated that its functioning requires two small RNAs and two RsmA-like proteins. Finally, entolysin is required for swarming motility, as described for other lipopeptides, but it does not participate in the virulence of P. entomophila for Drosophila. While investigating the physiological role of entolysin, we also uncovered new phenotypes associated with P. entomophila, including strong biocontrol abilities.

Molecular detection and identification of zygomycetes species from paraffin-embedded tissues in a murine model of disseminated zygomycosis: a collaborative European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ESCMID) Fungal Infection Study Group (EFISG) evaluation.

The present study was performed to assess the interlaboratory reproducibility of the molecular detection and identification of species of Zygomycetes from formalin-fixed paraffin-embedded kidney and brain tissues obtained from experimentally infected mice. Animals were infected with one of five species (Rhizopus oryzae, Rhizopus microsporus, Lichtheimia corymbifera, Rhizomucor pusillus, and Mucor circinelloides). Samples with 1, 10, or 30 slide cuts of the tissues were prepared from each paraffin block, the sample identities were blinded for analysis, and the samples were mailed to each of seven laboratories for the assessment of sensitivity. A protocol describing the extraction method and the PCR amplification procedure was provided. The internal transcribed spacer 1 (ITS1) region was amplified by PCR with the fungal universal primers ITS1 and ITS2 and sequenced. As negative results were obtained for 93% of the tissue specimens infected by M. circinelloides, the data for this species were excluded from the analysis. Positive PCR results were obtained for 93% (52/56), 89% (50/56), and 27% (15/56) of the samples with 30, 10, and 1 slide cuts, respectively. There were minor differences, depending on the organ tissue, fungal species, and laboratory. Correct species identification was possible for 100% (30 cuts), 98% (10 cuts), and 93% (1 cut) of the cases. With the protocol used in the present study, the interlaboratory reproducibility of ITS sequencing for the identification of major Zygomycetes species from formalin-fixed paraffin-embedded tissues can reach 100%, when enough material is available.

Rapid detection of bacterial resistance to antibiotics using AFM cantilevers as nanomechanical sensors.

The widespread misuse of drugs has increased the number of multiresistant bacteria, and this means that tools that can rapidly detect and characterize bacterial response to antibiotics are much needed in the management of infections. Various techniques, such as the resazurin-reduction assays, the mycobacterial growth indicator tube or polymerase chain reaction-based methods, have been used to investigate bacterial metabolism and its response to drugs. However, many are relatively expensive or unable to distinguish between living and dead bacteria. Here we show that the fluctuations of highly sensitive atomic force microscope cantilevers can be used to detect low concentrations of bacteria, characterize their metabolism and quantitatively screen (within minutes) their response to antibiotics. We applied this methodology to Escherichia coli and Staphylococcus aureus, showing that live bacteria produced larger cantilever fluctuations than bacteria exposed to antibiotics. Our preliminary experiments suggest that the fluctuation is associated with bacterial metabolism.

A new, automated, four-colour interphase FISH approach for the simultaneous detection of specific aneuploidies of diagnosis and prognosis significance in high hyperdiploid ALL

In hyperdiploid acute lymphoblastic leukaemia (ALL), the simultaneous occurrence of specific aneuploidies confers a more favourable outcome than hyperdiploidy alone. Interphase (I) FISH complements conventional cytogenetics (CC) through its sensitivity and ability to detect chromosome aberrations in non-dividing cells. To overcome the limits of manual I-FISH, we developed an automated four-colour I-FISH approach and assessed its ability to detect concurrent aneuploidies in ALL. I-FISH was performed using centromeric probes for chromosomes 4, 6, 10 and 17. Parameters established for automatic nucleus selection and signal detection were evaluated (3 controls). Cut-off values were determined (10 controls, 1000 nuclei/case). Combinations of aneuploidies were considered relevant when each aneuploidy was individually significant. Results obtained in 10 ALL patients (1500 nuclei/patient) were compared with those by CC. Various combinations of aneuploidies were identified. All clones detected by CC were observed by I-FISH. I-FISH revealed numerous additional abnormal clones, ranging between 0.1 % and 31.6%, based on the large number of nuclei evaluated. Four-colour automated I-FISH permits the identification of concurrent aneuploidies of prognostic significance in hyperdiploid ALL. Large numbers of cells can be analysed rapidly by this method. Owing to its high sensitivity, the method provides a powerful tool for the detection of small abnormal clones at diagnosis and during follow up. Compared to CC, it generates a more detailed cytogenetic picture, the biological and clinical significance of which merits further evaluation. Once optimised for a given set of probes, the system can be easily adapted for other probe combinations.

GPs' role in the detection of psychological problems of young people: a population-based study.

BACKGROUND: Among young people, about one in three females and one in five males report experiencing emotional distress but 65-95% of them do not receive help from health professionals. AIM: To assess the differences among young people who seek help and those who do not seek help for their psychological problems, considering the frequency of consultations to their GP and their social resources. DESIGN OF STUDY: School survey. SETTING: Post-mandatory school. METHOD: Among a Swiss national representative sample of 7429 students and apprentices (45.6% females) aged 16-20 years, 1931 young people reported needing help for a problem of depression/sadness (26%) and were included in the study. They were divided into those who sought help (n = 256) and those who did not (n = 1675), and differences between them were assessed. RESULTS: Only 13% of young people needing help for psychological problems consulted for that reason and this rate was positively associated with the frequency of consultations to the GP. However, 80% of young people who did not consult for psychological problems visited their GP at least once during the previous year. Being older or a student, having a higher depression score, or a history of suicide attempt were linked with a higher rate of help seeking. Moreover, confiding in adults positively influenced the rate of help seeking. CONCLUSION: The large majority of young people reporting psychological problems do not seek help, although they regularly consult their GP. While young people have difficulties in tackling issues about mental health, GPs could improve the situation by systematically inquiring about this issue.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Quantitative ultrasound for the detection and management of osteoporosis.

Quantitative ultrasound (QUS) appears to be developing into an acceptable, low-cost and readily-accessible alternative to dual X-ray absorptiometry (DXA) measurements of bone mineral density (BMD) in the detection and management of osteoporosis. Perhaps the major difficulty with their widespread use is that many different QUS devices exist that differ substantially from each other, in terms of the parameters they measure and the strength of empirical evidence supporting their use. But another problem is that virtually no data exist outside of Caucasian or Asian populations. In general, heel QUS appears to be most tested and most effective. Some, but not all heel QUS devices are effective assessing fracture risk in some, but not all populations, the evidence being strongest for Caucasian females > 55 years old, though some evidence exists for Asian females > 55 and for Caucasian and Asian males > 70. Certain devices may allow to estimate the likelihood of osteoporosis, but very limited evidence exists supporting QUS use during the initiation or monitoring of osteoporosis treatment. Likely, QUS is most effective when combined with an assessment of clinical risk factors (CRF); with DXA reserved for individuals who are not identified as either high or low risk using QUS and CRF. However, monitoring and maintenance of test and instrument accuracy, precision and reproducibility are essential if QUS devices are to be used in clinical practice; and further scientific research in non-Caucasian, non-Asian populations clearly is compulsory to validate this tool for more widespread use.

Head motion detection using FID navigators.

This work explores a concept for motion detection in brain MR examinations using high channel-count RF coil arrays. It applies ultrashort (<100 μsec) free induction decay signals, making use of the knowledge that motion induces variations in these signals when compared to a reference free induction decay signal. As a proof-of-concept, the method was implemented in a standard structural MRI sequence. The stability of the free induction decay-signal was verified in phantom experiments. Human experiments demonstrated that the observed variations in the navigator data provide a sensitive measure for detection of relevant and common subject motion patterns. The proposed methodology provides a means to monitor subject motion throughout a MRI scan while causing little or no impact on the sequence timing and image contrast. It could hence complement available motion detection and correction methods, thus further reducing motion sensitivity in MR applications.