Defining risk thresholds for a 10-year probability of hip fracture model that combines clinical risk factors and quantitative ultrasound: results using the EPISEM cohort.

Using a large prospective cohort of over 12,000 women, we determined 2 thresholds (high risk and low risk of hip fracture) to use in a 10-yr hip fracture probability model that we had previously described, a model combining the heel stiffness index measured by quantitative ultrasound (QUS) and a set of easily determined clinical risk factors (CRFs). The model identified a higher percentage of women with fractures as high risk than a previously reported risk score that combined QUS and CRF. In addition, it categorized women in a way that was quite consistent with the categorization that occurred using dual X-ray absorptiometry (DXA) and the World Health Organization (WHO) classification system; the 2 methods identified similar percentages of women with and without fractures in each of their 3 categories, but the 2 identified only in part the same women. Nevertheless, combining our composite probability model with DXA in a case findings strategy will likely further improve the detection of women at high risk of fragility hip fracture. We conclude that the currently proposed model may be of some use as an alternative to the WHO classification criteria for osteoporosis, at least when access to DXA is limited.

Characteristics of HIV patients referred to a medication adherence program in Switzerland.

Background Since August 2004, HIV patients who encounter -or are at risk of -problems with their antiretroviral treatment (ART) are referred by their physician to a medication adherence program at the community pharmacy of the Department of Ambulatory Care and Community Medicine in Lausanne (Switzerland). The program combines motivational interviewing and electronic drug monitoring. Objective To compare the demographic and clinical characteristics as well as ART of HIV patients referred to the adherence program versus those of the entire HIV population followed in the same infection disease department in the same time frame. Method Retrospective descriptive cross-sectional study. Study time frame was defined according to the period with the highest number of HIV patients visiting the adherence program. Results Subjects included in the adherence program had more often a protease inhibitor-based regimen (64 %; 95 % CI [52-75 %] vs. 37 %) and lower CD4 cell counts (419 (252.0, 521.0); 95 % CI [305-472] vs. 500 (351.0, 720.0)) than the entire HIV population. A majority of women were included in the adherence program (66 %; 95 % CI [54-76 %] vs. 39% in the entire HIV population). Conclusion Subjects referred to the adherence program were different from the entire HIV population and showed worse clinical outcomes and were more often under salvage therapy. More women than men were included. Reasons for such a difference need to be further explored.

Using life strategies to explore the vulnerability of ecosystem services to invasion by alien plants

Invasive plants can have different effects of ecosystem functioning and on the provision of ecosystem services, from strongly deleterious impacts to positive effects. The nature and intensity of such effects will depend on the service and ecosystem being considered, but also on features of life strategies of invaders that influence their invasiveness as well as their influence of key processes of receiving ecosystems. To address the combined effect of these various factors we developed a robust and efficient methodological framework that allows to identify areas of possible conflict between ecosystem services and alien invasive plants, considering interactions between landscape invasibility and species invasiveness. Our framework combines the statistical robustness of multi-model inference, efficient techniques to map ecosystem services, and life strategies as a functional link between invasion, functional changes and potential provision of services by invaded ecosystems. The framework was applied to a test region in Portugal, for which we could successfully predict the current patterns of plant invasion, of ecosystem service provision, and finally of probable conflict (expressing concern for negative impacts, and value for positive impacts on services) between alien species richness (total and per plant life strategy) and the potential provision of selected services. Potential conflicts were identified for all combinations of plant strategy and ecosystem service, with an emphasis for those concerning conflicts with carbon sequestration, water regulation and wood production. Lower levels of conflict were obtained between invasive plant strategies and the habitat for biodiversity supporting service. The added value of the proposed framework in the context of landscape management and planning is discussed in perspective of anticipation of conflicts, mitigation of negative impacts, and potentiation of positive effects of plant invasions on ecosystems and their services.

Parental Leave and Mothers' Careers: The Relative Importance of Job Protection and Cash Benefits

Job protection and cash benefits are key elements of parental leave (PL) systems. We study how these two policy instruments affect return-to-work and medium-run labour market outcomes of mothers of newborn children. Analysing a series of major PL policy changes in Austria, we find that longer cash benefits lead to a significant delay in return-to-work, particularly so in the period that is job-protected. Prolonged parental leave absence induced by these policy changes does not appear to hurt mothers' labour market outcomes in the medium run. We build a non-stationary model of job search after childbirth to isolate the role of the two policy instruments. The model matches return-to-work and return to same employer profiles under the various factual policy configurations. Counterfactual policy simulations indicate that a system that combines cash with protection dominates other systems in generating time for care immediately after birth while maintaining mothers' medium-run labour market attachment.

Dépistage et traitement de l'infection tuberculeuse latente chez les requérants d'asile récemment arrivés dans le canton de Vaud Dépistage et traitement de l'infection tuberculeuse latente chez les requérants d'asile récemment arrivés dans le canton de Vaud

I. Facteurs associés avec l'infection tuberculose latent chez les requérants d'asile entrant dans le canton de Vaud : Une étude transversale dans le canton de Vaud. Objectifs : Les objectifs de cette étude étaient l'identification des facteurs associés à l'infection tuberculeuse latente (ITBL) chez les requérants d'asile récemment arrivés au Canton de Vaud et leur utilisation pondérée pour l'élaboration d'un score prédictif qui pourrait permettre la meilleure sélection des individus à dépister avec les Interferon Gamma Release Assays (IGRA). Méthode : Le protocole de l'étude prévoyait l'inclusion des requérants d'asile de plus de 16 ans, récemment arrivés dans deux centre de requérant du canton de Vaud ceux de Sainte-Croix et de Crissier. De septembre 2009 à juillet 2010 les requérants d'asile ont bénéficié lors des visites au centre de soins infirmier (CSI) d'informations sur l'ITBL et le protocole et les enjeux de l'étude. Les requérants d'asile ont d'emblée été informées que leur participation à l'étude n'aurait pas d'impact sur le débouché de leur dossier d'asile et qu'il n'y aurait pas de compensation financière à leur participation. Après avoir signé le consentement éclairé les requérants d'asile bénéficiaient d'une entrevue avec l'infirmière du centre où un questionnaire démographique et médical était remplit. 10cc de sang étaient prélevés à la fin de l'entrevue pour l'examen IGRA. Les patients présentant des symptômes évocateurs de tuberculose active ou un anamnèse de traitement pour une tuberculose active étaient exclus de l'étude et adressés au médecin référant du centre pour une visite médicale. Selon les résultats du test T-SPOT.TB (IGRA), les requérants étaient classés en deux groupes : positifs et négatifs. Le groupe IGRA positif était adressé au médecin référant. L'analyse statistique des données de l'étude a été réalisée par le logiciel STATA 11.2. Les coefficients de l'analyse multivariée ont été combinées pour la création d'un score pronostic dont la puissance de discrimination a été évaluée par une courbe ROC. Le protocole de l'étude avait reçu l'aval de la commission d'éthique de l'Université de Lausanne. Résultats : Durant la période de l'étude, 788 requérants d'asile ont été hébergés dans les deux centres de l'étude. 639 avaient plus de 16 ans et 393 d'entre eux ont participé à l'étude (61.50%). 295 (75.06%) avaient un IGRA négatif et 98 (24.93%) étaient positifs. A noter que parmi les 98 positifs, 5 avaient une tuberculose active non détecté précédemment. Les analyses univarié et multivarié ont permis d'identifier 6 facteurs associées à l'ITBL : Région d'origine, moyen de transport, état civil, âge, toux et antécédent d'exposition à la tuberculose. Le score élaboré en combinant ces 6 facteurs présente un AUC de 81% avec une sensibilité de 80%, une spécificité de 70% et des valeurs prédictive positive et négative respectivement de 45% et 92% quant un seuil de 13 est utilisé. Conclusion : Les requérants d'asile qui immigrent en Suisse proviennent de pays où l'incidence de la tuberculose est supérieure à celle des pays de l'Europe occidentale et présentent un risque élevé pour l'infection tuberculose latente (ITBL). L'origine comme seul facteur n'est pas suffisant pour stratifier le risque d'ITBL et ne peut pas justifier la prescription d'un traitement préventif d'ITBL. L'introduction des tests de détection, hautement spécifiques de l'infection au M. tuberculosis tel que les IGRA ainsi que le taux élevé de réussite des traitements préventifs de l'infection latente ont ouvert la voie à un dépistage précoce de l'ITBL qui compléterait le dépistage de la tuberculose active actuellement effectué à la frontière. Afin de mieux cibler le dépistage par ces tests une meilleure sélection des individus à dépister est impérative. Elle pourrait se faire en évaluant le score individuel de risque ITBL par requérant. -- II. Taux élevé d'adhérence au traitement préventif de l'infection tuberculeuse latente prescrit à un collectif de requérants d'asile dans un canton suisse. Objectifs: L'efficacité du traitement préventif de l'infection tuberculeuse latente dépend de l'adherence du sujet au traitement. Un traitement bien conduit pour une duré prévue est en mesure de prévenir l'activation des cas d'infection tuberculeuse latente (ITBL). Le plus grand enjeu dans un programme préventif pour la tuberculose est, outre de cibler la détection des individus les plus à risque pour l'ITBL, de pouvoir traiter efficacement le collectif dépisté positif. Cette étude évaluait la faisabilité d'un traitement préventif court parmi un collectif de requérants d'asile porteurs d'une ITBL dans le canton de Vaud. Méthode: Nous avons effectué une étude prospective de cohorte parmi des requérants d'asile récemment attribués dans le canton de Vaud, âgés de plus de 16 ans et qui avaient été dépistés positifs par IGRA. L'ensemble du collectif selon le protocole de l'étude était adressé au médecin référant afin d'exclure une tuberculose active et pour discuter du traitement préventif si le diagnostic d'ITBL était confirmé. Lors de la première visite médicale, outre l'examen clinique, un bilan radiologique avec une radiographie du thorax et un bilan de la biologie hépatique ainsi qu'un test de dépistage HIV était proposé à l'ensemble du collectif. En cas de suspicion clinique ou d'image radiologique suspecte de tuberculose active le sujet était adressé pour des examens complémentaires. Les sujets porteurs d'ITBL se voyaient proposés, en l'absence de contre indications, un traitement de rifampicine de quatre mois. En acceptant de participer à l'étude ils s'engageaient de se présenter à leur contrôle médical mensuel où était évaluée l'adhérence au traitement et l'apparition d'effets indésirable ou de complications. Si l'adhérence était jugée correcte l'ordonnance du traitement était renouvelée d'un mois et le requérant recevait son prochain rendez-vous de contrôle. L'adhérence était considéré satisfaisante si le patient était adhérent à son schéma de visites médicales et demandait le renouvellement de son ordonnance. Si le requérant d'asile ne se présentait pas à deux contrôles il était considéré comme non adhérent et son traitement est suspendu. Résultats : Notre collectif comptait 98 sujet présument atteint de ITBL sur la base du test T-SPOT.TB ce qui représentait 24.9% du collectif initial. L'âge moyen était de 26.7 ans, 74% était des hommes. La majorité étaient des africains: 66 %, 17% étaient asiatiques et les populations balkaniques et de l'exunion soviétique étaient représentés à part égale d'huit pourcent. Parmi notre collectif nous n'avions pas de sujet immunodéficient notamment HIV positif. Des 98 sujets, 11 ne se sont pas présenté à leur visite médicale initiale. La visite médicale initiale a permis la détection de 8 patients porteurs d'une tuberculose active, dont cinq ont reçu un traitement antituberculeux, ou d'une autre affection pulmonaire non tuberculeuse. Chez deux patients il y avait une contre-indication au traitement préventif et deux avaient un anamnèse positif de traitement antituberculeux non précédemment déclaré. Le traitement préventif a été prescrit à 74 requérants d'asile. Durant le suivi mensuel trois requérants ne se sont pas présentés lors de la première visite de suivi, trois lors de la seconde et sept lors de la troisième pour un total de 13 sujets. Chez deux sujets le traitement préventif a du être suspendu à cause d'une adhérence problématique secondaire à des abus de substances illégales. Durant le suivi, nous n'avons pas eu de sérieuses complications ni d'effets indésirables au traitement qui auraient nécessité son arrêt. En final 60/75 des sujets ont achevé leur traitement soit 80% du collectif. Conclusion: Malgré la vulnérabilité et la volatilité inhérente à cette population qui est d'ailleurs la plus à risqué de réactivation d'une ITBL, cette étude montre que il est possible d'obtenir de taux d'adhérence très élevés au traitement préventif. Nous considérons que les conditions qui ont permis ces résultats sont la prescription d'un schéma de traitement préventif court, un suivi médico-soignant régulier et l'hébergement contrôlée et stable où résidait notre collectif.

Spatial modelling of biodiversity at the community level

1. Statistical modelling is often used to relate sparse biological survey data to remotely derived environmental predictors, thereby providing a basis for predictively mapping biodiversity across an entire region of interest. The most popular strategy for such modelling has been to model distributions of individual species one at a time. Spatial modelling of biodiversity at the community level may, however, confer significant benefits for applications involving very large numbers of species, particularly if many of these species are recorded infrequently. 2. Community-level modelling combines data from multiple species and produces information on spatial pattern in the distribution of biodiversity at a collective community level instead of, or in addition to, the level of individual species. Spatial outputs from community-level modelling include predictive mapping of community types (groups of locations with similar species composition), species groups (groups of species with similar distributions), axes or gradients of compositional variation, levels of compositional dissimilarity between pairs of locations, and various macro-ecological properties (e.g. species richness). 3. Three broad modelling strategies can be used to generate these outputs: (i) 'assemble first, predict later', in which biological survey data are first classified, ordinated or aggregated to produce community-level entities or attributes that are then modelled in relation to environmental predictors; (ii) 'predict first, assemble later', in which individual species are modelled one at a time as a function of environmental variables, to produce a stack of species distribution maps that is then subjected to classification, ordination or aggregation; and (iii) 'assemble and predict together', in which all species are modelled simultaneously, within a single integrated modelling process. These strategies each have particular strengths and weaknesses, depending on the intended purpose of modelling and the type, quality and quantity of data involved. 4. Synthesis and applications. The potential benefits of modelling large multispecies data sets using community-level, as opposed to species-level, approaches include faster processing, increased power to detect shared patterns of environmental response across rarely recorded species, and enhanced capacity to synthesize complex data into a form more readily interpretable by scientists and decision-makers. Community-level modelling therefore deserves to be considered more often, and more widely, as a potential alternative or supplement to modelling individual species.

The behavioral relevance and top-down susceptibility of early, low level multisensory interactions in humans

Abstract (English)General backgroundMultisensory stimuli are easier to recognize, can improve learning and a processed faster compared to unisensory ones. As such, the ability an organism has to extract and synthesize relevant sensory inputs across multiple sensory modalities shapes his perception of and interaction with the environment. A major question in the scientific field is how the brain extracts and fuses relevant information to create a unified perceptual representation (but also how it segregates unrelated information). This fusion between the senses has been termed "multisensory integration", a notion that derives from seminal animal single-cell studies performed in the superior colliculus, a subcortical structure shown to create a multisensory output differing from the sum of its unisensory inputs. At the cortical level, integration of multisensory information is traditionally deferred to higher classical associative cortical regions within the frontal, temporal and parietal lobes, after extensive processing within the sensory-specific and segregated pathways. However, many anatomical, electrophysiological and neuroimaging findings now speak for multisensory convergence and interactions as a distributed process beginning much earlier than previously appreciated and within the initial stages of sensory processing.The work presented in this thesis is aimed at studying the neural basis and mechanisms of how the human brain combines sensory information between the senses of hearing and touch. Early latency non-linear auditory-somatosensory neural response interactions have been repeatedly observed in humans and non-human primates. Whether these early, low-level interactions are directly influencing behavioral outcomes remains an open question as they have been observed under diverse experimental circumstances such as anesthesia, passive stimulation, as well as speeded reaction time tasks. Under laboratory settings, it has been demonstrated that simple reaction times to auditory-somatosensory stimuli are facilitated over their unisensory counterparts both when delivered to the same spatial location or not, suggesting that audi- tory-somatosensory integration must occur in cerebral regions with large-scale spatial representations. However experiments that required the spatial processing of the stimuli have observed effects limited to spatially aligned conditions or varying depending on which body part was stimulated. Whether those divergences stem from task requirements and/or the need for spatial processing has not been firmly established.Hypotheses and experimental resultsIn a first study, we hypothesized that auditory-somatosensory early non-linear multisensory neural response interactions are relevant to behavior. Performing a median split according to reaction time of a subset of behavioral and electroencephalographic data, we found that the earliest non-linear multisensory interactions measured within the EEG signal (i.e. between 40-83ms post-stimulus onset) were specific to fast reaction times indicating a direct correlation of early neural response interactions and behavior.In a second study, we hypothesized that the relevance of spatial information for task performance has an impact on behavioral measures of auditory-somatosensory integration. Across two psychophysical experiments we show that facilitated detection occurs even when attending to spatial information, with no modulation according to spatial alignment of the stimuli. On the other hand, discrimination performance with probes, quantified using sensitivity (d'), is impaired following multisensory trials in general and significantly more so following misaligned multisensory trials.In a third study, we hypothesized that behavioral improvements might vary depending which body part is stimulated. Preliminary results suggest a possible dissociation between behavioral improvements andERPs. RTs to multisensory stimuli were modulated by space only in the case when somatosensory stimuli were delivered to the neck whereas multisensory ERPs were modulated by spatial alignment for both types of somatosensory stimuli.ConclusionThis thesis provides insight into the functional role played by early, low-level multisensory interac-tions. Combining psychophysics and electrical neuroimaging techniques we demonstrate the behavioral re-levance of early and low-level interactions in the normal human system. Moreover, we show that these early interactions are hermetic to top-down influences on spatial processing suggesting their occurrence within cerebral regions having access to large-scale spatial representations. We finally highlight specific interactions between auditory space and somatosensory stimulation on different body parts. Gaining an in-depth understanding of how multisensory integration normally operates is of central importance as it will ultimately permit us to consider how the impaired brain could benefit from rehabilitation with multisensory stimula-Abstract (French)Background théoriqueDes stimuli multisensoriels sont plus faciles à reconnaître, peuvent améliorer l'apprentissage et sont traités plus rapidement comparé à des stimuli unisensoriels. Ainsi, la capacité qu'un organisme possède à extraire et à synthétiser avec ses différentes modalités sensorielles des inputs sensoriels pertinents, façonne sa perception et son interaction avec l'environnement. Une question majeure dans le domaine scientifique est comment le cerveau parvient à extraire et à fusionner des stimuli pour créer une représentation percep- tuelle cohérente (mais aussi comment il isole les stimuli sans rapport). Cette fusion entre les sens est appelée "intégration multisensorielle", une notion qui provient de travaux effectués dans le colliculus supérieur chez l'animal, une structure sous-corticale possédant des neurones produisant une sortie multisensorielle différant de la somme des entrées unisensorielles. Traditionnellement, l'intégration d'informations multisen- sorielles au niveau cortical est considérée comme se produisant tardivement dans les aires associatives supérieures dans les lobes frontaux, temporaux et pariétaux, suite à un traitement extensif au sein de régions unisensorielles primaires. Cependant, plusieurs découvertes anatomiques, électrophysiologiques et de neuroimageries remettent en question ce postulat, suggérant l'existence d'une convergence et d'interactions multisensorielles précoces.Les travaux présentés dans cette thèse sont destinés à mieux comprendre les bases neuronales et les mécanismes impliqués dans la combinaison d'informations sensorielles entre les sens de l'audition et du toucher chez l'homme. Des interactions neuronales non-linéaires précoces audio-somatosensorielles ont été observées à maintes reprises chez l'homme et le singe dans des circonstances aussi variées que sous anes- thésie, avec stimulation passive, et lors de tâches nécessitant un comportement (une détection simple de stimuli, par exemple). Ainsi, le rôle fonctionnel joué par ces interactions à une étape du traitement de l'information si précoce demeure une question ouverte. Il a également été démontré que les temps de réaction en réponse à des stimuli audio-somatosensoriels sont facilités par rapport à leurs homologues unisensoriels indépendamment de leur position spatiale. Ce résultat suggère que l'intégration audio- somatosensorielle se produit dans des régions cérébrales possédant des représentations spatiales à large échelle. Cependant, des expériences qui ont exigé un traitement spatial des stimuli ont produits des effets limités à des conditions où les stimuli multisensoriels étaient, alignés dans l'espace ou encore comme pouvant varier selon la partie de corps stimulée. Il n'a pas été établi à ce jour si ces divergences pourraient être dues aux contraintes liées à la tâche et/ou à la nécessité d'un traitement de l'information spatiale.Hypothèse et résultats expérimentauxDans une première étude, nous avons émis l'hypothèse que les interactions audio- somatosensorielles précoces sont pertinentes pour le comportement. En effectuant un partage des temps de réaction par rapport à la médiane d'un sous-ensemble de données comportementales et électroencépha- lographiques, nous avons constaté que les interactions multisensorielles qui se produisent à des latences précoces (entre 40-83ms) sont spécifique aux temps de réaction rapides indiquant une corrélation directe entre ces interactions neuronales précoces et le comportement.Dans une deuxième étude, nous avons émis l'hypothèse que si l'information spatiale devient perti-nente pour la tâche, elle pourrait exercer une influence sur des mesures comportementales de l'intégration audio-somatosensorielles. Dans deux expériences psychophysiques, nous montrons que même si les participants prêtent attention à l'information spatiale, une facilitation de la détection se produit et ce toujours indépendamment de la configuration spatiale des stimuli. Cependant, la performance de discrimination, quantifiée à l'aide d'un index de sensibilité (d') est altérée suite aux essais multisensoriels en général et de manière plus significative pour les essais multisensoriels non-alignés dans l'espace.Dans une troisième étude, nous avons émis l'hypothèse que des améliorations comportementales pourraient différer selon la partie du corps qui est stimulée (la main vs. la nuque). Des résultats préliminaires suggèrent une dissociation possible entre une facilitation comportementale et les potentiels évoqués. Les temps de réactions étaient influencés par la configuration spatiale uniquement dans le cas ou les stimuli somatosensoriels étaient sur la nuque alors que les potentiels évoqués étaient modulés par l'alignement spatial pour les deux types de stimuli somatosensorielles.ConclusionCette thèse apporte des éléments nouveaux concernant le rôle fonctionnel joué par les interactions multisensorielles précoces de bas niveau. En combinant la psychophysique et la neuroimagerie électrique, nous démontrons la pertinence comportementale des ces interactions dans le système humain normal. Par ailleurs, nous montrons que ces interactions précoces sont hermétiques aux influences dites «top-down» sur le traitement spatial suggérant leur occurrence dans des régions cérébrales ayant accès à des représentations spatiales de grande échelle. Nous soulignons enfin des interactions spécifiques entre l'espace auditif et la stimulation somatosensorielle sur différentes parties du corps. Approfondir la connaissance concernant les bases neuronales et les mécanismes impliqués dans l'intégration multisensorielle dans le système normale est d'une importance centrale car elle permettra d'examiner et de mieux comprendre comment le cerveau déficient pourrait bénéficier d'une réhabilitation avec la stimulation multisensorielle.

Decision analysis for the genotype designation in low-template-DNA profiles

What genotype should the scientist specify for conducting a database search to try to find the source of a low-template-DNA (lt-DNA) trace? When the scientist answers this question, he or she makes a decision. Here, we approach this decision problem from a normative point of view by defining a decision-theoretic framework for answering this question for one locus. This framework combines the probability distribution describing the uncertainty over the trace's donor's possible genotypes with a loss function describing the scientist's preferences concerning false exclusions and false inclusions that may result from the database search. According to this approach, the scientist should choose the genotype designation that minimizes the expected loss. To illustrate the results produced by this approach, we apply it to two hypothetical cases: (1) the case of observing one peak for allele xi on a single electropherogram, and (2) the case of observing one peak for allele xi on one replicate, and a pair of peaks for alleles xi and xj, i ≠ j, on a second replicate. Given that the probabilities of allele drop-out are defined as functions of the observed peak heights, the threshold values marking the turning points when the scientist should switch from one designation to another are derived in terms of the observed peak heights. For each case, sensitivity analyses show the impact of the model's parameters on these threshold values. The results support the conclusion that the procedure should not focus on a single threshold value for making this decision for all alleles, all loci and in all laboratories.

The value of selected in vitro and in silico methods to predict acute oral toxicity in a regulatory context: results from the European Project ACuteTox.

ACuteTox is a project within the 6th European Framework Programme which had as one of its goals to develop, optimise and prevalidate a non-animal testing strategy for predicting human acute oral toxicity. In its last 6 months, a challenging exercise was conducted to assess the predictive capacity of the developed testing strategies and final identification of the most promising ones. Thirty-two chemicals were tested blind in the battery of in vitro and in silico methods selected during the first phase of the project. This paper describes the classification approaches studied: single step procedures and two step tiered testing strategies. In summary, four in vitro testing strategies were proposed as best performing in terms of predictive capacity with respect to the European acute oral toxicity classification. In addition, a heuristic testing strategy is suggested that combines the prediction results gained from the neutral red uptake assay performed in 3T3 cells, with information on neurotoxicity alerts identified by the primary rat brain aggregates test method. Octanol-water partition coefficients and in silico prediction of intestinal absorption and blood-brain barrier passage are also considered. This approach allows to reduce the number of chemicals wrongly predicted as not classified (LD50>2000 mg/kg b.w.).

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Relative protein quantification by isobaric SILAC with immonium ion splitting (ISIS)

Metabolic labeling techniques have recently become popular tools for the quantitative profiling of proteomes. Classical stable isotope labeling with amino acids in cell cultures (SILAC) uses pairs of heavy/light isotopic forms of amino acids to introduce predictable mass differences in protein samples to be compared. After proteolysis, pairs of cognate precursor peptides can be correlated, and their intensities can be used for mass spectrometry-based relative protein quantification. We present an alternative SILAC approach by which two cell cultures are grown in media containing isobaric forms of amino acids, labeled either with 13C on the carbonyl (C-1) carbon or 15N on backbone nitrogen. Labeled peptides from both samples have the same nominal mass and nearly identical MS/MS spectra but generate upon fragmentation distinct immonium ions separated by 1 amu. When labeled protein samples are mixed, the intensities of these immonium ions can be used for the relative quantification of the parent proteins. We validated the labeling of cellular proteins with valine, isoleucine, and leucine with coverage of 97% of all tryptic peptides. We improved the sensitivity for the detection of the quantification ions on a pulsing instrument by using a specific fast scan event. The analysis of a protein mixture with a known heavy/light ratio showed reliable quantification. Finally the application of the technique to the analysis of two melanoma cell lines yielded quantitative data consistent with those obtained by a classical two-dimensional DIGE analysis of the same samples. Our method combines the features of the SILAC technique with the advantages of isobaric labeling schemes like iTRAQ. We discuss advantages and disadvantages of isobaric SILAC with immonium ion splitting as well as possible ways to improve it

Advanced mapping of environmental data: Geostatistics, Machine Learning and Bayesian Maximum Entropy

This book combines geostatistics and global mapping systems to present an up-to-the-minute study of environmental data. Featuring numerous case studies, the reference covers model dependent (geostatistics) and data driven (machine learning algorithms) analysis techniques such as risk mapping, conditional stochastic simulations, descriptions of spatial uncertainty and variability, artificial neural networks (ANN) for spatial data, Bayesian maximum entropy (BME), and more.

Experimental approaches in the targeting of photodynamic therapeutics

RÉSUMÉ : Chez l'homme, le manque de sélectivité des agents thérapeutiques représente souvent une limitation pour le traitement des maladies. Le ciblage de ces agents pour un tissu défini pourrait augmenter leur sélectivité et ainsi diminuer les effets secondaires en comparaison d'agents qui s'accumuleraient dans tout le corps. Cela pourrait aussi améliorer l'efficacité des traitements en permettant d'avoir une concentration localisée plus importante. Le ciblage d'agents thérapeutiques est un champ de recherche très actif. Les stratégies sont généralement basées sur les différences entre cellules normales et malades. Ces différences peuvent porter soit sur l'expression des molécules à leurs surfaces comme des récepteurs ou des transporteurs, soit sur les activités enzymatiques exprimées. Le traitement thérapeutique choisi ici est la thérapie photodynamique et est déjà utilisé pour le traitement de certains cancers. Cette thérapie repose sur l'utilisation de molécules qui réagissent à la lumière, les photosensibilisants. Elles absorbent l'énergie lumineuse et réagissent avec l'oxygène pour former des radicaux toxiques pour les cellules. Les photosensibilisants utilisés ici sont de deux natures : (i) soit ils sont tétrapyroliques (comme les porphyrines et chlorines), c'est à dire qu'ils sont directement activables par la lumière ; (ii) soit ce sont des prodrogues de photosensibilisants comme l'acide 5aminolévulinique (ALA) qui est transformé dans la cellule en protoporphyrine IX photosensibilisante. Dans le but d'augmenter la sélectivité des photosensibilisants, nous avons utilisé deux stratégies différentes : (i) le photosensibilisant est modifié par le greffage d'un agent de ciblage ; (ii) le photosensibilisant est incorporé dans des structures moléculaires de quelques centaines de nanomètres. Les sucres et l'acide folique sont des agents de ciblage largement établis et ont été utilisés ici car leurs récepteurs sont surexprimés à la surface de nombreuses cellules malades. Ainsi, des dérivés sucres ou acide folique de l'ALA ont été synthétisés et évalués in vitro sur de nombreuses lignées cellulaires cancéreuses. La stratégie utilisant l'acide folique est apparue incompatible avec l'utilisation de l'ALA puisque aucune photosensibilité n'a été induite par le composé. La stratégie utilisant les sucres a, par ailleurs, provoquée de bonnes photosensibilités mais pas d'augmentation de sélectivité. En parallèle, la combinaison entre les propriétés anticancéreuses des complexes métalliques au ruthénium avec les propriétés photosensibilisantes des porphyrines, a été évaluée. En effet, les thérapies combinées ont émergé il y a une dizaine d'années et représentent aujourd'hui de bonnes alternatives aux monothérapies classiques. Des ruthenium(I1)-arènes complexés avec la tetrapyridylporphyrine ont ainsi présenté de bonnes cytotoxicités et de bonnes phototoxicités pour des cellules de mélanomes. Des porphyrines ont aussi été compléxées avec des noyaux de diruthénium et ce type de dérivé a présenté de bonnes phototoxicités et une bonne sélectivité pour les cellules cancéreuses de l'appareil reproducteur féminin. L'incorporation de photosensibilisants tétrapyroliques a finalement été effectuée en utilisant des nanoparticules (NP) biocompatibles composées de chitosan et de hyaluronate. L'effet de ces NP a été évalué pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde (PR). Les NP ont d'abord été testées in vitro avec des macrophages de souris et les résultats ont mis en évidence de bonnes sélectivités et photosensibilités pour ces cellules. In vivo chez un modèle marin de la PR, l'utilisation de ces NP a révélé un plus grand temps de résidence des NP dans le genou de la souris en comparaison du temps obtenu avec le photosensibilisant seul. Le traitement par PDT a aussi démontré une bonne efficacité par ailleurs égale à celle obtenue avec les corticoïdes utilisés en clinique. Pour finir, les NP ont aussi démontré une bonne efficacité sur les myelomonocytes phagocytaires humains et sur les cellules contenues dans le liquide synovial de patients présentant une PR. Tous ces résultats suggèrent que les deux stratégies de ciblage peuvent être efficaces pour les agents thérapeutiques. Afm d'obtenir de bons résultats, il est toutefois nécessaire de réaliser une analyse minutieuse de la cible et du mode d'action de l'agent thérapeutique. Concernant les perspectives, la combinaison des deux stratégies c'est à dire incorporer des agents thérapeutiques dans des nanostructures porteuses d'agents de ciblage, représente probablement une solution très prometteuse. SUMMARY : In humans, the lack of selectivity of drugs and their high effective concentrations often represent limitations for the treatment of diseases. Targeting the therapeutical agents to a defined tissue could enhance their selectivity and then diminish their side effects when compared to drugs that accumulate in the entire body and could also improve treatment efûciency by allowing a localized high concentration of the agents. Targeting therapeutics to defined cells in human pathologies is a main challenge and a very active field of research. Strategies are generally based on the different behaviors and patterns of expression of diseased cells compared to normal cells such as receptors, proteases or trans-membrane carriers. The therapeutic treatment chosen here is the photodynamic therapy and is already used in the treatment of many cancers. This therapy relies on the administration of a photosensitizer (PS) which will under light, react with oxygen and induce formation of reactive oxygen species which are toxic for cells. The PSs used here are either tetrapyrolic (i. e. porphyries and chlorins) or prodrugs of PS (5-aminolevulinic acid precursor of the endogenous protoporphyrin Imo. In order to improve PS internalization and selectivity, we have used two different strategies: the modification of the PSs with diseased cell-targeting agents as well as their encapsulation into nanostructures. Sugars and folic acid are well established as targeting entities for diseased cells and were used here since their transporters are overexpressed on the surface of many cancer cells. Therefore sugar- and folic acid-derivatives of 5-aminolevulinic acid (ALA) were synthesized and evaluated in vitro in several cancer cell lines. The folic acid strategy appeared to be incompatible with ALA since no photosensitivity was induced while the strategy with sugars induced good photosensitivites but no increase of selectivity. Alternatively, the feasibility of combining the antineoplastic properties of ruthenium complexes with the porphyrin's photosensitizing properties, was evaluated since combined therapies have emerged as good alternatives to classical treatments. Tetrapyridylporphyrins complexed to ruthenium (I17 arenes presented good cytotoxicities and good phototoxicities toward melanoma cells. Porphyries were also complexed to diruthenium cores and this type of compound presented good phototoxicities and good selectivity for female reproductive cancer cells. The encapsulation of tetrapyrolic PSs was finally investigated using biocompatible nanogels composed of chitosan and hyaluronate. The behavior of these nanoparticles was evaluated for the treatment of rheumatoid arthritis (RA). They were first tested in vitro in mouse macrophages and results revealed good selectivities and phototoxicities toward these cells. In vivo in mice model of RA, the use of such nanoparticles instead of free PS showed longer time of residence in mice knees. Photodynamic protocols also demonstrated good efficiency of the treatment comparable to the corticoid injection used in the clinic. Finally our system was also efficient in human cells using phagocytic myelomonocytes or using cells of synovial fluids taken from patients with RA. Altogether, these results revealed that both strategies of modification or encapsulation of drugs can be successful in the targeting of diseased cells. However, a careful analysis of the target and of the mode of action of the drug, are needed in order to obtain good results. Looking ahead to the future, the combination of the two strategies (i.e. drugs loaded into nanostructures bearing the targeting agents) would represent probably the best solution.

Some solutions to obtain very efficient separations in isocratic and gradient modes using small particles size and ultra-high pressure.

The UHPLC strategy which combines sub-2 microm porous particles and ultra-high pressure (>1000 bar) was investigated considering very high resolution criteria in both isocratic and gradient modes, with mobile phase temperatures between 30 and 90 degrees C. In isocratic mode, experimental conditions to reach the maximal efficiency were determined using the kinetic plot representation for DeltaP(max)=1000 bar. It has been first confirmed that the molecular weight of the compounds (MW) was a critical parameter which should be considered in the construction of such curves. With a MW around 1000 g mol(-1), efficiencies as high as 300,000 plates could be theoretically attained using UHPLC at 30 degrees C. By limiting the column length to 450 mm, the maximal plate count was around 100,000. In gradient mode, the longest column does not provide the maximal peak capacity for a given analysis time in UHPLC. This was attributed to the fact that peak capacity is not only related to the plate number but also to column dead time. Therefore, a compromise should be found and a 150 mm column should be preferentially selected for gradient lengths up to 60 min at 30 degrees C, while the columns coupled in series (3x 150 mm) were attractive only for t(grad)>250 min. Compared to 30 degrees C, peak capacities were increased by about 20-30% for a constant gradient length at 90 degrees C and gradient time decreased by 2-fold for an identical peak capacity.