Toward on-the-fly quantum mechanical/molecular mechanical (QM/MM) docking: development and benchmark of a scoring function.

We address the challenges of treating polarization and covalent interactions in docking by developing a hybrid quantum mechanical/molecular mechanical (QM/MM) scoring function based on the semiempirical self-consistent charge density functional tight-binding (SCC-DFTB) method and the CHARMM force field. To benchmark this scoring function within the EADock DSS docking algorithm, we created a publicly available dataset of high-quality X-ray structures of zinc metalloproteins ( http://www.molecular-modelling.ch/resources.php ). For zinc-bound ligands (226 complexes), the QM/MM scoring yielded a substantially improved success rate compared to the classical scoring function (77.0% vs 61.5%), while, for allosteric ligands (55 complexes), the success rate remained constant (49.1%). The QM/MM scoring significantly improved the detection of correct zinc-binding geometries and improved the docking success rate by more than 20% for several important drug targets. The performance of both the classical and the QM/MM scoring functions compare favorably to the performance of AutoDock4, AutoDock4Zn, and AutoDock Vina.

Rectal enema is an alternative to full mechanical bowel preparation for primary rectal cancer surgery.

AIM: According to the French GRECCAR III randomized trial, full mechanical bowel preparation (MBP) for rectal surgery decreases the rate of postoperative morbidity, in particular postoperative infectious complications, but MBP is not well tolerated by the patient. The aim of the present study was to determine whether a preoperative rectal enema (RE) might be an alternative to MBP. METHODS: An analysis was performed of 96 matched cohort patients undergoing rectal resection with primary anastomosis and protective ileostomy at two different university teaching hospitals, whose rectal cancer management was comparable except for the choice of preoperative bowel preparation (MBP or RE). Prospective databases were retrospectively analysed. RESULTS: Patients were well matched for age, gender, body mass index and Charlson index. The surgical approach and cancer characteristics (level above anal verge, stage and use of neoadjuvant therapy) were comparable between the two groups. Anastomotic leakage occurred in 10% of patients having MBP and in 8% having RE (P = 1.00). Pelvic abscess formation (6% vs 2%, P = 0.63) and wound infection (8% vs 15%, P = 0.55) were also comparable. Extra-abdominal infection (13% vs 13%, P = 1.00) and non-infectious abdominal complications such as ileus and bleeding (27% and 31%, P = 0.83) were not significantly different. Overall morbidity was comparable in the two groups (50% vs 54%, P = 0.83). CONCLUSION: A simple RE before rectal surgery seems not to be associated with more postoperative infectious complications nor a higher overall morbidity than MBP.

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.

Mechanical circulatory support for destination therapy.

Patients with chronic heart failure who are not eligible for heart transplant and whose life expectancy depends mainly on the heart disease may benefit from mechanical circulatory support. Mechanical circulatory support restores adequate cardiac output and organ perfusion and eventually improves patients' clinical condition, quality of life and life expectancy. This treatment is called destination therapy (DT) and we estimate that in Switzerland more than 120 patients per year could benefit from it. In the last 10 years, design of the devices, implantation techniques and prognoses have changed dramatically. The key to successful therapy with a left ventricular assist device is appropriate patient selection, although we are still working on the definition of reliable inclusion and exclusion criteria and optimal timing for surgical implantation. Devices providing best long-term results are continuous flow, rotary or axial blood pumps implanted using minimally invasive techniques on a beating heart. These new devices (Thoratec HeartMate II and HeartWare HVAD) have only a single moving part, and have improved durability with virtually 10 years freedom from mechanical failure. In selected patients, the overall actuarial survival of DT patients is 75% at 1 year and 62% at 2 years, with a clear improvement in quality of life compared with medical management only. Complications include bleeding and infections; their overall incidence is significantly lower than with previous devices and their management is well defined. DT is evolving into an effective and reasonably cost-effective treatment option for a growing population of patients not eligible for heart transplant, showing encouraging survival rates at 2 years and providing clear improvement in quality of life. The future is bright for people suffering from chronic heart failure.

Running mechanical alterations during repeated treadmill sprints in hot versus hypoxic environments : a pilot study.

We determined if performance and mechanical running alterations during repeated treadmill sprinting differ between severely hot and hypoxic environments. Six male recreational sportsmen (team- and racket-sport background) performed five 5-s sprints with 25-s recovery on an instrumented treadmill, allowing the continuous (step-by-step) measurement of running kinetics/kinematics and spring-mass characteristics. These were randomly conducted in control (CON; 25°C/45% RH, inspired fraction of oxygen = 20.9%), hot (HOT; 38°C/21% RH, inspired fraction of oxygen = 20.9%; end-exercise core temperature: ~38.6°C) and normobaric hypoxic (HYP, 25°C/45% RH, inspired fraction of oxygen = 13.3%/simulated altitude of ~3600 m; end-exercise pulse oxygen saturation: ~84%) environments. Running distance was lower (P < 0.05) in HOT compared to CON and HYP for the first sprint but larger (P < 0.05) sprint decrement score occurred in HYP versus HOT and CON. Compared to CON, the cumulated distance covered over the five sprints was lower (P < 0.01) in HYP but not in HOT. Irrespective of the environmental condition, significant changes occurred from the first to the fifth sprint repetitions (all three conditions compounded) in selected running kinetics (mean horizontal forces, P < 0.01) or kinematics (contact and swing times, both P < 0.001; step frequency, P < 0.001) and spring-mass characteristics (vertical stiffness, P < 0.001; leg stiffness, P < 0.01). No significant interaction between sprint number and condition was found for any mechanical data. Preliminary evidence indicates that repeated-sprint ability is more impaired in hypoxia than in a hot environment, when compared to a control condition. However, as sprints are repeated, mechanical alterations appear not to be exacerbated in severe (heat, hypoxia) environmental conditions.