Coating carbon nanotubes with a polystyrene-based polymer protects against pulmonary toxicity.

BACKGROUND: carbon nanotubes (CNT) can have adverse effects on health. Therefore, minimizing the risk associated with CNT exposure is of crucial importance. The aim of this work was to evaluate if coating multi-walled CNT (MWCNT) with polymers could modify their toxicity, thus representing a useful strategy to decrease adverse health effects of CNT. We used industrially-produced MWCNT uncoated (NT1) or coated (50/50 wt%) with acid-based (NT2) or polystyrene-based (NT3) polymer, and exposed murine macrophages (RAW 264.7 cell line) or Balb/c mice by intratracheal administration. Biological experiments were performed both in vitro and in vivo, examining time- and dose-dependent effects of CNT, in terms of cytotoxicity, expression of genes and proteins related to oxidative stress, inflammation and tissue remodeling, cell and lung tissue morphology (optical and transmission electron microscopy), and bronchoalveolar lavage fluid content analysis.RESULTS: extensive physico-chemical characterization of MWCNT was performed, and showed, although similar dimensions for the 3 MWCNT, a much smaller specific surface area for NT2 and NT3 as compared to NT1 (54.1, 34 and 227.54 m(2)/g respectively), along with different surface characteristics. MWCNT-induced cytotoxicity, oxidative stress, and inflammation were increased by acid-based and decreased by polystyrene-based polymer coating both in vitro in murine macrophages and in vivo in lung of mice monitored for 6 months.CONCLUSIONS: these results demonstrate that coating CNT with polymers, without affecting their intrinsic structure, may constitute a useful strategy for decreasing CNT toxicity, and may hold promise for improving occupational safety and that of general the user.

Effects of polymer-coated multi-wall carbon nanotubes on mouse RAW 264.7 macrophages

Surface characteristics (area, chemical reactivity) play an important role in cell response to nanomaterials. The aim of this study was to evaluate the oxidative and inflammatory effects of multi−wall carbon nanotubes (MWCNT) uncoated (P0) or coated with carboxylic polyacid or polystyrene polybutadiene polymetacrylate of methyl polymers (P1 and P2 respectively) on murine macrophages (RAW 264.7 cell line). Carbon black nanoparticles (CB, diameter 95 nm) and crocidolite fibers (diameter: 80 nm, length: < 10 μm) were used as controls. Surface functional groups present on MWCNTs were analyzed by Knudsen flow reactor. The amount of acidic sites was P1> P0> P2, for basic sites was P0> P1>> P2 and for oxidizable sites was P0> P2> P1. In contact with cells, P2 formed smaller aggregates than P0 and P1, which were of similar size. Optical microscopy showed the formation of vacuoles after exposure only to P0, P1 and crocidolite. Incubation of cells with P0, P1 and crocidolite fibers induced a significant and similar decrease in metabolic activity, whereas P2 and CB had no effect. Cell number and membrane permeability were unmodified by incubation with the different particles. Incubation of macrophages with P0, P1 and crocidolite induced a dose− and time−dependent increase in mRNA expression of oxidative stress marker (HO−1, GPX1) and inflammatory mediators (TNF−a, MIP−2). No such responses were observed with P2 and CB. In conclusion, MWCNT coated with a carboxylic polyacid polymer exerted similar oxidative and inflammatory effects to uncoated MWCNT. By contrast, no such effects were observed with MWCNT coated with a polystyrene−based polymer. This kind of coating could be useful to decrease MWCNT toxicity.

Production of new polymeric compounds in plants.

Plant metabolic engineering has recently enabled the synthesis of a range of polyhydroxyalkanoates as well as a protein-based polymer. These novel compounds can be harvested from plants as a renewable source of environmentally friendly polymers or can be used to change the physical properties of plant products, such as fibres.

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

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

Capsule permeability via polymer and protein ingress/egress.

Static incubation tests, where microcapsules and beads are contacted with polymer and protein solutions, have been developed for the characterization of permselective materials applied for bioartificial organs and drug delivery. A combination of polymer ingress, detected by size-exclusion chromatography, and protein ingress/ egress, assessed by gel electrophoresis, provides information regarding the diffusion kinetics, molar mass cutoff(MMCO) and permeability. This represents an improvement over existing permeability measurements that are based on the diffusion of a single type of solute. Specifically, the permeability of capsules based on alginate, cellulose sulfate, polymethylene-co-guanidine were characterized as a function of membrane thickness. Solid alginate beads were also evaluated. The MMCO of these capsules was estimated to be between 80 and 90 kDa using polymers, and between 116-150 kDa with proteins. Apparently, the globular shape of the proteins (radius of gyration (Rg) of 4.2-4.6 nm) facilitates their passage through the membrane, comparatively to the polysaccharide coil conformation (Rg of 6.5-8.3 nm). An increase of the capsule membrane thickness reduced these values. The MMCO of the beads, which do not have a membrane limiting their permselective properties, was higher, between 110 and 200 kDa with dextrans, and between 150 and 220 kDa with proteins. Therefore, although the permeability estimated with biologically relevant molecules is generally higher due to their lower radius of gyration, both the MMCO of synthetic and natural watersoluble polymers correlate well, and can be used as in vitro metrics for the immune protection ability of microcapsules and microbeads. This article shows, to the authors' knowledge, the first reported concordance between permeability measures based on model natural and biological macromolecules.

Prospective evaluation of risk of vertebral fractures using quantitative ultrasound measurements and bone mineral density in a population-based sample of postmenopausal women: results of the Basel Osteoporosis Study.

OBJECTIVE: Prospective studies have shown that quantitative ultrasound (QUS) techniques predict the risk of fracture of the proximal femur with similar standardised risk ratios to dual-energy x-ray absorptiometry (DXA). Few studies have investigated these devices for the prediction of vertebral fractures. The Basel Osteoporosis Study (BOS) is a population-based prospective study to assess the performance of QUS devices and DXA in predicting incident vertebral fractures. METHODS: 432 women aged 60-80 years were followed-up for 3 years. Incident vertebral fractures were assessed radiologically. Bone measurements using DXA (spine and hip) and QUS measurements (calcaneus and proximal phalanges) were performed. Measurements were assessed for their value in predicting incident vertebral fractures using logistic regression. RESULTS: QUS measurements at the calcaneus and DXA measurements discriminated between women with and without incident vertebral fracture, (20% height reduction). The relative risks (RRs) for vertebral fracture, adjusted for age, were 2.3 for the Stiffness Index (SI) and 2.8 for the Quantitative Ultrasound Index (QUI) at the calcaneus and 2.0 for bone mineral density at the lumbar spine. The predictive value (AUC (95% CI)) of QUS measurements at the calcaneus remained highly significant (0.70 for SI, 0.72 for the QUI, and 0.67 for DXA at the lumbar spine) even after adjustment for other confounding variables. CONCLUSIONS: QUS of the calcaneus and bone mineral density measurements were shown to be significant predictors of incident vertebral fracture. The RRs for QUS measurements at the calcaneus are of similar magnitude as for DXA measurements.

Hyperhomocysteinemia is independently associed with albuminuria in the population-based CoLaus study

L'homocystéine est un molécule potentiellement atherogénique et est considéré comme facteur de risque indépendant pour les maladies cardiovasculaires. Pour les patients avec une maladie rénale chronique ou en général avec une fonction rénale diminuée le taux d'homocystéine dans le sérum est élevé. L'acide urique est associé avec un risque augmenté de développer une maladie rénale et prédit la mortalité pour les patients avec une maladie rénale chronique. Le but de cette étude était d'évaluer l'association entre des taux sériques d'homocystéine élevés est la présence d'une fonction rénale diminuée, exprimé par une filtration glomérulaire diminuée ou une albuminurie dans une sélection de la population de Lausanne. Nous avons aussi investigué l'effet de l'acide urique sur cette relation. Pour évaluer si l'association entre l'homocystéine est l'albuminurie pourra être causal, nous avons en même temps investigué l'association entra l'albuminurie est le polymorphisme du gène de la methylènetetrafolate réductase (MTHFR) fortement corrélé avec les taux sériques de l'homocystéine. L'étude CoLaus est transversale et basée sur la population. Elle représente une sélection aléatoire, non stratifié de la population générale de la ville de Lausanne, Suisse, âgée 35-75 ans (n=56.694). 5913 personnes étaient incluses dans l'analyse. La prévalence de l'albuminurie augmente dans les catégories de taux sériques croissants d'homocystéine. L'acide urique est associé avec la concentration sérique de l'homocystéine. Hyperhomocystéinémie et des taux sérique d'acide urique augmentés sont associés avec l'albuminurie, indépendant de l'hypertonie et du diabète. Dans cette étude basée sur une large population, l'association entre des taux sérique elevés d'homocystéine et la prévalence augmentée de l'albuminurie est indépendante de la fonction glomérulaire, indiquant que cette association n'est pas simplement la conséquence de la fonction rénale réduite. Hyperhomocystéinémie est associé avec un risque doublé pour une albuminurie, ce qu'est similaire au risque associé à l'hypertonie ou au diabète type 2. Cette association est indépendante de l'acide urique. Ce résultat suggère que l'hyperhomocystéinémie est un marqueur indépendant des la dysfonction rénale. Individus avec le polymorphisme du MTHFR associé avec des concentrations sériques élevées d'homocystéine sont associé avec un risque augmenté pour une albuminurie. Tous ces résultats supportent l'hypothèse que l'homocystéine cause des dommages rénaux.

The MicroArray Quality Control (MAQC)-II study of common practices for the development and validation of microarray-based predictive models.

Gene expression data from microarrays are being applied to predict preclinical and clinical endpoints, but the reliability of these predictions has not been established. In the MAQC-II project, 36 independent teams analyzed six microarray data sets to generate predictive models for classifying a sample with respect to one of 13 endpoints indicative of lung or liver toxicity in rodents, or of breast cancer, multiple myeloma or neuroblastoma in humans. In total, >30,000 models were built using many combinations of analytical methods. The teams generated predictive models without knowing the biological meaning of some of the endpoints and, to mimic clinical reality, tested the models on data that had not been used for training. We found that model performance depended largely on the endpoint and team proficiency and that different approaches generated models of similar performance. The conclusions and recommendations from MAQC-II should be useful for regulatory agencies, study committees and independent investigators that evaluate methods for global gene expression analysis.

The adaptative function of melanin-based colour variants

Résumé : Les mécanismes de contrôle des couleurs mélaniques chez les vertébrés sont encore discutés parmi les biologistes de l'évolution. Une hypothèse récente affirme que les effets pléiotropies du système des mélanocortines expliquent l'association fréquente entre la coloration eumélanique noire (due à la déposition d'eumélanine) et de nombreux traits physiologiques et comportementaux. De nombreuses études suggèrent, en effet, que des niveaux plus élevés des mélanocortines induisent l'assombrissement des téguments eumélaniques et affectent d'autres traits phénotypiques simultanément. Cependant, il n'est pas encore établi si ce mécanisme de pléiotropie peut s'appliquer aux colorations dues à la déposition de phaeomélanine, une autre forme commune de mélanine. Les antagonistes des mélanocortines déclenchent le phaeomélanogenèse et bloquent l'effet des mélanocortines ou ont un effet pharmacologique opposé. Nous nous proposons donc d'évaluer l'hypothèse que les effets pléiotropes des antagonistes des mélanocortines génèrent des covariations entre la coloration phaeomélanique et des aspects de la qualité individuelle. Comme prédit par cette hypothèse, nous constatons chez la chouette effraie (Tyto alba) que les traits phénotypiques (résistance au stress oxydatif et aux parasites) corrèlent positivement au degré d'expression d'une couleur eumélanique mais négativement au degré d'expression d'une coloration phaeomélanique. Puis, nous montrons chez la chouette hulotte (Strix aluco) que les associations génétiques entre la coloration phaeomélanique et la physiologie (immunité et la régulation de l'homéostasie) confèrent des avantages aux individus de différentes couleurs dans différents environnements caractérisés par l'abondance de nourriture et le niveau d'exposition aux parasites. Ainsi, nos études soutiennent l'hypothèse que les effets pléiotropes des antagonistes des mélanocortines génèrent des covariations entre les traits mélaniques et divers aspects de la qualité individuelle. Finalement, nous montrons chez le faucon crécerelle (Falco Tinnunculus) que l'expression des ornements mélaniques est sensible à la qualité de l'environnement dans lequel les individus grandissent. Ceci suggère que les gènes codant pour les mélanocortines et leurs antagonistes pourraient induire une expression des traits mélaniques dépendante de la condition de l'individu, un pattern d'expression rarement observé pour des traits généralement sous fort contrôle génétique. Summary : The information content and control mechanisms of melanin-based colour signals in vertebrates are still debated among evolutionary biologists. A recent hypothesis contends that pleiotropic effects of the melanocortin system accounts for the frequent association between black eumelanic coloration and physiological and behavioural traits. Accordingly, empirical evidence suggests that higher levels of melanocortins concurrently promote darker eumelanic integuments and affect other phenotypic traits. However, whether this mechanism may apply to signals relying on phaeomelanin, another common form of melanin pigments, remains to be established. Melanocortin antagonists trigger phaeomelanogenesis and block the effect of melanocortins or result in the opposite pharmacological effect. Therefore, we tested the hypothesis that pleiotropic effects of melanocortin antagonists and inverse agonists account for covariations between phaeomelanin-based coloration and aspects of individual quality. As predicted, we found that phenotypic traits (resistance to oxidative stress and parasites) correlated positively with a eumelanic trait and negatively with a phaeomelanic trait in the barn owl (Tyto alba). Then, we showed in the tawny owl (Strix aluco) that genetic associations between phaeomelanin-based coloration and physiology (immunity and regulation of energy homeostasis) confer benefits to differently coloured individuals under different levels of food abundance and parasite exposure. Altogether, our studies support the hypothesis that pleiotropic effects of melanocortins antagonists can indeed account for covariations between phaeomelanin-based traits and aspects of individual quality. Eventually, we show in the Eurasian kestrel (Falco Tinnunculus) that expression of melanin-based ornaments is sensitive to the environment in which individuals grow. This suggests that genes coding for melanocortins and their antagonists can mediate the condition-dependent component of melanin-based traits.

Performance comparison of an active matrix flat panel imager, computed radiography system, and a screen-film system at four standard radiation qualities.

Four standard radiation qualities (from RQA 3 to RQA 9) were used to compare the imaging performance of a computed radiography (CR) system (general purpose and high resolution phosphor plates of a Kodak CR 9000 system), a selenium-based direct flat panel detector (Kodak Direct View DR 9000), and a conventional screen-film system (Kodak T-MAT L/RA film with a 3M Trimax Regular screen of speed 400) in conventional radiography. Reference exposure levels were chosen according to the manufacturer's recommendations to be representative of clinical practice (exposure index of 1700 for digital systems and a film optical density of 1.4). With the exception of the RQA 3 beam quality, the exposure levels needed to produce a mean digital signal of 1700 were higher than those needed to obtain a mean film optical density of 1.4. In spite of intense developments in the field of digital detectors, screen-film systems are still very efficient detectors for most of the beam qualities used in radiology. An important outcome of this study is the behavior of the detective quantum efficiency of the digital radiography (DR) system as a function of beam energy. The practice of users to increase beam energy when switching from a screen-film system to a CR system, in order to improve the compromise between patient dose and image quality, might not be appropriate when switching from screen-film to selenium-based DR systems.

Micro-patterning of biomolecules on polymer substrates.

UV−excimer laser photoablation was used, in combination with surface blocking techniques, to pattern proteins on the surfaces of polyimide and poly(ethylene terephthalate). This technique involves physical adsorption of avidin through laser-defined openings in low-temperature laminates or adsorbed protein blocking layers. Visualization of biomolecular patterns were monitored using avidin and fluorescein-labeled biotin as a model receptor−ligand couple. Adsorbed proteins could be shown to bind to UV-laser-treated polymer surfaces up to three times higher than on commercially available polymers. UV-laser photoablation was also used for the generation of three-dimensional structure, which leads to the possibility of biomolecule patterning within polymer-based microanalytical systems. The simplicity and easy handling of the described technique facilitate its application in microdiagnostic devices.

The effect of vaccines based on ovalbumin coupled to gas-filled microbubbles for reducing infection by ovalbumin-expressing Listeria monocytogenes.

Gas-filled microbubbles (MB) are a very promising alternative to the currently evaluated lipid- or polymer-based particulate Ag delivery systems. We recently demonstrated the ability of MB to deliver associated Ag to DC, to activate them and thereby induce both humoral and cellular immune responses. We now extended the characterization of MB as antigen-delivery system by appraising the efficiency of MB-associated ovalbumin (OVA-MB) at protecting mice against pathogen infection. Ultrasound-mediated imaging demonstrated that the administration of OVA via MB generates a depot at the injection site that lasts for several hours. We found that OVA-MB injected subcutaneously is far more effective at inducing specific Ab and T cell immunity than immunization with free OVA. Moreover, a covalent link between MB and OVA causes a stronger bias towards a Th1-type of immune response than adsorption of the Ag or its covalent link to liposomes of the same lipid composition. Finally, vaccination of mice with OVA-MB partially protects against a systemic infection with OVA-expressing Listeria monocytogenes. The vaccine induces specific effector CD8 T cell responses capable of decreasing more than 100 fold the bacterial load. MB thus represent a potent Ag delivery system for vaccination against intracellular infectious agents.

Pseudoxanthoma elasticum : evaluation of diagnostic criteria based on molecular data

RÉSUMÉ EN FRANCAIS : Introduction: Le pseudoxanthome élastique (PXE) est une maladie génétique. Les mutations responsables ont été localisées au niveau du gène codant le transporteur transmembranaire ABC-C6. Des calcifications pathologiques des fibres élastiques de la peau, des yeux et du système cardiovasculaire en sont la conséquence. Buts: Evaluer les critères diagnostiques actuels du PXE en se basant sur les données moléculaires. Méthodes: 142 sujets provenant de 10 familles avec une anamnèse familiale positive pour le PXE ont été investiguées sur le plan clinique, histopathologique et génétique. Résultats: 25 sujets se sont avérés être homozygotes pour le gène PXE muté. 23 d'entre eux ont présenté les manifestations cliniques et histopathologique typiques. Les deux autres souffraient d'une élastose et d'une dégénérescence maculaire si importante qu'un diagnostic de PXE ne pouvait pas être confirmé cliniquement. 67 sujets se sont révélés être des porteurs hétérozygotes et 50 ne présentaient pas de mutation. De ces 117 sujets, 116 n'ont montré aucune lésion cutanée ou ophtalmique pouvant correspondre au PXE. Un seul des sujets sans mutation a présenté une importante élastose solaire ainsi qu'une cicatrisation de la rétine, imitant les lésions typiques du PXE. Quatre des 67 sujets hétérozygotes ont eu une biopsie de peau, dont les analyses histopathologique se sont avérées normales. Conclusion: Dans notre cohorte de patients, le PXE était transmis exclusivement de façoh autosomique récessive. La corrélation retrouvée entre le génotype et le phénotype a permis de confirmer les critères diagnostiques majeurs actuels. Le diagnostic clinique peut être difficile, voir impossible, chez des patients atteints d'une élastose solaire importante et/ou d'une dégénérescence maculaire étendue. Dans ces cas, un test moléculaire est nécessaire afin de confirmer le diagnostic de PXE. A notre connaissance, notre étude présentée ici est le premier travail comparant des données cliniques à des données moléculaires dans le domaine du PXE. ABSTRACT : Background: Pseudoxanthoma elasticum (PXE) is a genetic disorder due to mutations in the gene encoding the transmembrane transporter protein adenosine triphosphate binding cassette (ABC)-C6, resulting in calcifications of elastic fibers in the skin, eyes and cardiovascular system. Objectives: To evaluate the diagnostic criteria for PXE based on molecular data. Methods: Of 10 families with a positive history of PXE 142 subjects were investigated for clinical symptoms, histological findings and genetic haplotype analysis. Results: Of these, 25 subjects were haplotypic homozygous for PXE and 23 had typical clinical and histopathological manifestations. Two of the 25 patients showed such marked solar elastosis and macular degeneration that PXE could not be confirmed clinically. Sixty-seven subject were haplotypic heterozygous carriers and 50 haplotypic homozygous unaffected. Of these 117 subjects, 116 showed no cutaneous or ophthalmologic signs of PXE. In one of the 50 haplotypic homozygous unaffected patients important solar elastosis and scaring of the retina mimicked PXE lesions. Only four of the 67 haplotypic heterozygous carriers had biopsies of nonlesional skin; all were histopathologically normal. Conclusions: In our patients, PXE presents as an autosomal recessive genodermatosis. Correlation of haplotype and phenotype confirmed actual major diagnostic criteria. In patients with marked solar elastosis and/ or severe macular degeneration clinical diagnosis can be impossible and molecular testing is needed to confirm the presence of PXE. To the best of our knowledge our large study compares for the first time clinical findings with molecular data.

Characterizing emission and breathing-zone concentrations following exposure cases to fluororesin-based waterproofing spray mists.

Measurements and simulations were performed to assess workers' exposure to solvent vapors and aerosols during the waterproofing of a tiled surface. This investigation followed two recent incidents in the same company where workers experienced acute respiratory illness after spraying a stain-repellent resin containing fluorinated polymers on stone-tiled walls and floors. Because the waterproofing activity had been done for years at the tile company without encountering any exposure problems prior to these cases, it was strongly suspected that the incidents were linked to a recent change in the composition of the coating mixture. Experimental measurements and simulations indicated that the emission rate of particles smaller than 10 microm may be estimated at 0.66 mg/sec (SD 0.10) for the old resin and at 0.37 mg/sec (SD 0.04) for the new one. The measurement of the solvent emission rate from surfaces coated with the two resins indicated that shortly after spraying, the emission was in the range of 18 to 20 mg/sec x m2 and was similar for both products. Solvent and overspray emission rates were introduced in a two-zone compartment model. The results obtained in the near-field indicate significant exposure to overspray mist (7 and 34 mg/m3 for new resin) and solvent vapors (80 to 350 ppm for the new resin). It was also shown that the introduction of the new resin tended to significantly decrease the levels of solvents and particulates in the workers' breathing zone. These results strongly suggest that cases of acute respiratory illness are related to the specific toxicity of the fluorinated polymer itself. The fact that the same polymer is used in various commercial products raises concern regarding other possible occupational and domestic exposures.

Ultrathin strut biodegradable polymer sirolimus-eluting stent versus durable polymer everolimus-eluting stent for percutaneous coronary revascularisation (BIOSCIENCE): a randomised, single-blind, non-inferiority trial.

BACKGROUND: Refinements in stent design affecting strut thickness, surface polymer, and drug release have improved clinical outcomes of drug-eluting stents. We aimed to compare the safety and efficacy of a novel, ultrathin strut cobalt-chromium stent releasing sirolimus from a biodegradable polymer with a thin strut durable polymer everolimus-eluting stent. METHODS: We did a randomised, single-blind, non-inferiority trial with minimum exclusion criteria at nine hospitals in Switzerland. We randomly assigned (1:1) patients aged 18 years or older with chronic stable coronary artery disease or acute coronary syndromes undergoing percutaneous coronary intervention to treatment with biodegradable polymer sirolimus-eluting stents or durable polymer everolimus-eluting stents. Randomisation was via a central web-based system and stratified by centre and presence of ST segment elevation myocardial infarction. Patients and outcome assessors were masked to treatment allocation, but treating physicians were not. The primary endpoint, target lesion failure, was a composite of cardiac death, target vessel myocardial infarction, and clinically-indicated target lesion revascularisation at 12 months. A margin of 3·5% was defined for non-inferiority of the biodegradable polymer sirolimus-eluting stent compared with the durable polymer everolimus-eluting stent. Analysis was by intention to treat. The trial is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01443104. FINDINGS: Between Feb 24, 2012, and May 22, 2013, we randomly assigned 2119 patients with 3139 lesions to treatment with sirolimus-eluting stents (1063 patients, 1594 lesions) or everolimus-eluting stents (1056 patients, 1545 lesions). 407 (19%) patients presented with ST-segment elevation myocardial infarction. Target lesion failure with biodegradable polymer sirolimus-eluting stents (69 cases; 6·5%) was non-inferior to durable polymer everolimus-eluting stents (70 cases; 6·6%) at 12 months (absolute risk difference -0·14%, upper limit of one-sided 95% CI 1·97%, p for non-inferiority <0·0004). No significant differences were noted in rates of definite stent thrombosis (9 [0·9%] vs 4 [0·4%], rate ratio [RR] 2·26, 95% CI 0·70-7·33, p=0·16). In pre-specified stratified analyses of the primary endpoint, biodegradable polymer sirolimus-eluting stents were associated with improved outcome compared with durable polymer everolimus-eluting stents in the subgroup of patients with ST-segment elevation myocardial infarction (7 [3·3%] vs 17 [8·7%], RR 0·38, 95% CI 0·16-0·91, p=0·024, p for interaction=0·014). INTERPRETATION: In a patient population with minimum exclusion criteria and high adherence to dual antiplatelet therapy, biodegradable polymer sirolimus-eluting stents were non-inferior to durable polymer everolimus-eluting stents for the combined safety and efficacy outcome target lesion failure at 12 months. The noted benefit in the subgroup of patients with ST-segment elevation myocardial infarction needs further study. FUNDING: Clinical Trials Unit, University of Bern, and Biotronik, Bülach, Switzerland.