Level of accumulation of epoxy fatty acid in Arabidopsis thaliana expressing a linoleic acid delta12-epoxygenase is influenced by the availability of the substrate linoleic acid.

Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. expressing the Crepis palaestina (L.) linoleic acid delta12-epoxygenase in its developing seeds typically accumulates low levels of vernolic acid (12,13-epoxy-octadec-cis-9-enoic acid) in comparison to levels found in seeds of the native C. palaestina. In order to determine some of the factors limiting the accumulation of this unusual fatty acid, we have examined the effects of increasing the availability of linoleic acid (9cis, 12cis-octadecadienoic acid), the substrate of the delta12-epoxygenase, on the quantity of epoxy fatty acids accumulating in transgenic A. thaliana. The addition of linoleic acid to liquid cultures of transgenic plants expressing the delta12-epoxygenase under the control of the cauliflower mosaic virus 35S promoter increased the amount of vernolic acid in vegetative tissues by 2.8-fold. In contrast, the addition to these cultures of linoelaidic acid (9trans, 12trans-octadecadienoic acid), which is not a substrate of the delta12-epoxygenase, resulted in a slight decrease in vernolic acid accumulation. Expression of the delta12-epoxygenase under the control of the napin promoter in the A. thaliana triple mutant fad3/fad7-1/fad9, which is deficient in the synthesis of tri-unsaturated fatty acids and has a 60% higher level of linoleic acid than the wild type, was found to increase the average vernolic acid content of the seeds by 55% compared to the expression of the delta12-epoxygenase in a wild-type background. Together, these results reveal that the availability of linoleic acid is an important factor affecting the synthesis of epoxy fatty acid in transgenic plants.

A protocol for preparing GFP-labeled neurons previously imaged in vivo and in slice preparations for light and electron microscopic analysis.

In vivo imaging of green fluorescent protein (GFP)-labeled neurons in the intact brain is being used increasingly to study neuronal plasticity. However, interpreting the observed changes as modifications in neuronal connectivity needs information about synapses. We show here that axons and dendrites of GFP-labeled neurons imaged previously in the live mouse or in slice preparations using 2-photon laser microscopy can be analyzed using light and electron microscopy, allowing morphological reconstruction of the synapses both on the imaged neurons, as well as those in the surrounding neuropil. We describe how, over a 2-day period, the imaged tissue is fixed, sliced and immuno-labeled to localize the neurons of interest. Once embedded in epoxy resin, the entire neuron can then be drawn in three dimensions (3D) for detailed morphological analysis using light microscopy. Specific dendrites and axons can be further serially thin sectioned, imaged in the electron microscope (EM) and then the ultrastructure analyzed on the serial images.

Magnetic and in vitro heating properties of implants formed in situ from injectable formulations and containing superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) embedded in silica microparticles for magnetically induced local hyperthermia

The biological and therapeutic responses to hyperthermia, when it is envisaged as an anti-tumor treatment modality, are complex and variable. Heat delivery plays a critical role and is counteracted by more or less efficient body cooling, which is largely mediated by blood flow. In the case of magnetically mediated modality, the delivery of the magnetic particles, most often superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs), is also critically involved. We focus here on the magnetic characterization of two injectable formulations able to gel in situ and entrap silica microparticles embedding SPIONs. These formulations have previously shown suitable syringeability and intratumoral distribution in vivo. The first formulation is based on alginate, and the second on a poly(ethylene-co-vinyl alcohol) (EVAL). Here we investigated the magnetic properties and heating capacities in an alternating magnetic field (141 kHz, 12 mT) for implants with increasing concentrations of magnetic microparticles. We found that the magnetic properties of the magnetic microparticles were preserved using the formulation and in the wet implant at 37 degrees C, as in vivo. Using two orthogonal methods, a common SLP (20 Wg(-1)) was found after weighting by magnetic microparticle fraction, suggesting that both formulations are able to properly carry the magnetic microparticles in situ while preserving their magnetic properties and heating capacities. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Comparison of different methods for thin section EM analysis of Mycobacterium smegmatis.

Bacteria are generally difficult specimens to prepare for conventional resin section electron microscopy and mycobacteria, with their thick and complex cell envelope layers being especially prone to artefacts. Here we made a systematic comparison of different methods for preparing Mycobacterium smegmatis for thin section electron microscopy analysis. These methods were: (1) conventional preparation by fixatives and epoxy resins at ambient temperature. (2) Tokuyasu cryo-section of chemically fixed bacteria. (3) rapid freezing followed by freeze substitution and embedding in epoxy resin at room temperature or (4) combined with Lowicryl HM20 embedding and ultraviolet (UV) polymerization at low temperature and (5) CEMOVIS, or cryo electron microscopy of vitreous sections. The best preservation of bacteria was obtained with the cryo electron microscopy of vitreous sections method, as expected, especially with respect to the preservation of the cell envelope and lipid bodies. By comparison with cryo electron microscopy of vitreous sections both the conventional and Tokuyasu methods produced different, undesirable artefacts. The two different types of freeze-substitution protocols showed variable preservation of the cell envelope but gave acceptable preservation of the cytoplasm, but not lipid bodies, and bacterial DNA. In conclusion although cryo electron microscopy of vitreous sections must be considered the 'gold standard' among sectioning methods for electron microscopy, because it avoids solvents and stains, the use of optimally prepared freeze substitution also offers some advantages for ultrastructural analysis of bacteria.

Development, design and validation of solid reference samples.

We developed a method of sample preparation using epoxy compound, which was validated in two steps. First, we studied the homogeneity within samples by scanning tubes filled with radioactive epoxy. We found within-sample homogeneity better than 2%. Then, we studied the homogeneity between samples during a 4.5 h dispensing time. The homogeneity between samples was found to be better than 2%. This study demonstrates that we have a validated method, which assures the traceability of epoxy samples.

Impact of unusual fatty acid synthesis on futile cycling through beta-oxidation and on gene expression in transgenic plants.

Arabidopsis expressing the castor bean (Ricinus communis) oleate 12-hydroxylase or the Crepis palaestina linoleate 12-epoxygenase in developing seeds typically accumulate low levels of ricinoleic acid and vernolic acid, respectively. We have examined the presence of a futile cycle of fatty acid degradation in developing seeds using the synthesis of polyhydroxyalkanoate (PHA) from the intermediates of the peroxisomal beta-oxidation cycle. Both the quantity and monomer composition of the PHA synthesized in transgenic plants expressing the 12-epoxygenase and 12-hydroxylase in developing seeds revealed the presence of a futile cycle of degradation of the corresponding unusual fatty acids, indicating a limitation in their stable integration into lipids. The expression profile of nearly 200 genes involved in fatty acid biosynthesis and degradation has been analyzed through microarray. No significant changes in gene expression have been detected as a consequence of the activity of the 12-epoxygenase or the 12-hydroxylase in developing siliques. Similar results have also been obtained for transgenic plants expressing the Cuphea lanceolata caproyl-acyl carrier protein thioesterase and accumulating high amounts of caproic acid. Only in developing siliques of the tag1 mutant, deficient in the accumulation of triacylglycerols and shown to have a substantial futile cycling of fatty acids toward beta-oxidation, have some changes in gene expression been detected, notably the induction of the isocitrate lyase gene. These results indicate that analysis of peroxisomal PHA is a better indicator of the flux of fatty acid through beta-oxidation than the expression profile of genes involved in lipid metabolism.

Investigation phytochimique des plantes aquatiques Potamogeton pectinatus L., P. lucens L., P. perfoliatus L. et P. crispus L. (Potamogetonaceae)

Dans le cadre de la recherche de nouveaux composés naturels, les métabolites secondaires de plantes aquatiques indigènes, les potamots Potamogeton pectinatus L., P. lucens L., P. perfoliatus L. et P. crispus L. (Potamogetonaceae), ont été étudiés. Par leur position écologique et évolutive particulière entre environnement terrestre et aquatique, les plantes aquatiques ou macrophytes pourraient en effet avoir sélectionné des composés avec des caractéristiques originales. Les extraits dichlorométhaniques (apolaires) des potamots ont été analysés par HPLCUV, HPLC-MS, HPLC-RMN et GC-MS, et testés contre diverses cibles biologiques. Sur la base de ces résultats, les extraits apolaires de P. pectinatus et P. lucens ont été étudiés de manière plus approfondie. Ils ont été fractionnés sur des colonnes ouvertes et par VLC, LPLC, MPLC, CPC et HPLC semi-préparative. Une partie de leurs constituants ont été isolés et leurs structures déterminées par des méthodes spectroscopiques, en particulier par RMN et par MS. Quinze composés ont été ainsi isolés de P. pectinatus et P. lucens, dont sept sont des nouveaux produits naturels. Parmi ces quinze produits, neuf sont des diterpènes ent-labdanes contenant un noyau furane ou un groupe lactonique, dont six sont décrits ici pour la première fois. Certains de ces diterpènes ont montré une activité algicide, ce qui indique une de leurs fonctions possible dans les potamots, et un de ces labdanes, le méthyl-15,16-époxy-12-oxo-8(17),13(16),14-ent-labatrièn-19-oate, a également des propriétés anti-inflammatoires. Les composés présents dans les extraits méthanoliques (polaires) n?ont pas été isolés, mais quatorze d?entre eux ont pu être identifiés par HPLC-UV, HPLC-MS et HPLCRMN. Une majorité de ces constituants sont des flavonoïdes connus, des dérivés glycosylés de l?apigénine, la lutéoline et le chrysoériol, également présents en tant qu?aglycones. Plusieurs ent-labdanes glycosylés ont pu être également identifiés dans ces extraits, parmi lesquels un nouveau composé dont la structure a pu être partiellement déterminée. En conclusion, ce travail a permis de mieux connaître la phytochimie de plusieurs plantes aquatiques de Suisse, et d?isoler de nouveaux produits naturels avec des propriétés biologiques et pharmacologiques intéressantes.<br/><br/>The secondary metabolites of Swiss freshwater plants, the pondweeds Potamogeton pectinatus L., P. lucens L., P. perfoliatus L. and P. crispus L. (Potamogetonaceae), were investigated. Because of their peculiar habitat, in-between aquatic and terrestrial life, aquatic plants should produce secondary metabolites with original chemical or biological features. Their apolar extracts were analysed by HPLC-UV, HPLC-MS, HPLC-NMR and GCMS, and were tested with different bioassays. Based on these results, the apolar extracts of P. pectinatus and P. lucens were investigated more extensively. They were fractionated on open columns, and by VLC, LPLC, MPLC, CPC and semi-preparative HPLC. Their constituents were isolated and their structures elucidated by spectroscopic methods as MS and NMR. Fifteen compounds could be isolated from P. pectinatus and P. lucens, and seven were new natural products. Nine of them were ent-labdane diterpenes with a furan moiety or a lactone group, and six of these labdanes were reported here for the first time as natural products. Some of these diterpenes showed an algaecide effect. This activity indicated their potential ecological function in pondweeds. One compound, methyl-15,16-epoxy-12-oxo-8(17),13(16),14-ent-labatrien-19-oate, revealed also some anti-inflammatory properties. The constituents of polar extracts were not isolated, but fourteen of them could be identified by HPLC-UV, HPLC-MS and HPLC-NMR. The major part of these compounds was known flavonoids as apigenin, lutolin, chrysoeriol and their glycosylated derivatives. Several glycosylated ent-labdanes were also identified, and the structure of a new labdane dihexoside was partially elucidated. In conclusion this study allowed a better knowledge of the phytochemistry of Swiss aquatic plants, and the isolation of new natural products with interesting biological and pharmacological properties.

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.