Laser-ultraviolet-A induced ultra weak photon emission in human skin cells: A biophotonic comparison between keratinocytes and fibroblasts.

Photons participate in many atomic and molecular interactions and processes. Recent biophysical research has discovered an ultraweak radiation in biological tissues. It is now recognized that plants, animal and human cells emit this very weak biophotonic emission which can be readily measured with a sensitive photomultiplier system. UVA laser induced biophotonic emission of cultured cells was used in this report with the intention to detect biophysical changes between young and adult fibroblasts as well as between fibroblasts and keratinocytes. With suspension densities ranging from 1-8 x 106 cells/ml, it was evident that an increase of the UVA-laser-light induced photon emission intensity could be observed in young as well as adult fibroblastic cells. By the use of this method to determine ultraweak light emission, photons in cell suspensions in low volumes (100 microl) could be detected, in contrast to previous procedures using quantities up to 10 ml. Moreover, the analysis has been further refined by turning off the photomultiplier system electronically during irradiation leading to the first measurements of induced light emission in the cells after less than 10 micros instead of more than 100 milliseconds. These significant changes lead to an improvement factor up to 106 in comparison to classical detection procedures. In addition, different skin cells as fibroblasts and keratinocytes stemming from the same donor were measured using this new highly sensitive method in order to find new biophysical insight of light pathways. This is important in view to develop new strategies in biophotonics especially for use in alternative therapies.

Clinical evaluation of a method for detecting superficial surgical transitional cell carcinoma of the bladder by light-induced fluorescence of protoporphyrin IX following the topical application of 5-aminolevulinic acid: preliminary results.

BACKGROUND AND OBJECTIVE: In bladder cancer, conventional white light endoscopic examination of the bladder does not provide adequate information about the presence of "flat" urothelial lesions such as carcinoma in situ. In the present investigation, we examine a new technique for the photodetection of such lesions by the imaging of protoporphyrin IX (PpIX) fluorescence following topical application of 5-aminolevulinic acid (ALA). STUDY DESIGN/MATERIALS AND METHODS: Several hours after bladder instillation of an aqueous solution of ALA in 34 patients, a Krypton ion laser or a filtered Xenon arc-lamp was used to excite PpIX fluorescence. Tissue samples for histological analysis were taken while observing the bladder wall either by means of a video camera, or by direct endoscopic observation. RESULTS: A good correlation was found between the PpIX fluorescence and the histopathological diagnosis. On a total of 215 biopsies, 143 in fluorescent and 72 in nonfluorescent areas, all visible tumors on white light cytoscopy appeared in a bright red fluorescence with the photodetection technique. In addition, this method permitted to discover 47 unsuspected carcinomatous lesions on white light observation, among which 40% were carcinoma in situ. CONCLUSION: PpIX fluorescence induced by instillation into the bladder of 5-ALA is an efficient method of mapping the mucosa in bladder carcinoma.

Different colors of light lead to different adaptation and activation as determined by high-density EEG.

Light adaptation is crucial for coping with the varying levels of ambient light. Using high-density electroencephalography (EEG), we investigated how adaptation to light of different colors affects brain responsiveness. In a within-subject design, sixteen young participants were adapted first to dim white light and then to blue, green, red, or white bright light (one color per session in a randomized order). Immediately after both dim and bright light adaptation, we presented brief light pulses and recorded event-related potentials (ERPs). We analyzed ERP response strengths and brain topographies and determined the underlying sources using electrical source imaging. Between 150 and 261ms after stimulus onset, the global field power (GFP) was higher after dim than bright light adaptation. This effect was most pronounced with red light and localized in the frontal lobe, the fusiform gyrus, the occipital lobe and the cerebellum. After bright light adaptation, within the first 100ms after light onset, stronger responses were found than after dim light adaptation for all colors except for red light. Differences between conditions were localized in the frontal lobe, the cingulate gyrus, and the cerebellum. These results indicate that very short-term EEG brain responses are influenced by prior light adaptation and the spectral quality of the light stimulus. We show that the early EEG responses are differently affected by adaptation to different colors of light which may contribute to known differences in performance and reaction times in cognitive tests.

Laser-Ultraviolet-A induced ultra weak photon emission in human skin cells: A biophotonic comparison between keratinocytes and fibroblasts

Photons participate in many atomic and molecular interactions and processes. Recent biophysical research has discovered an ultraweak radiation in biological tissues. It is now recognized that plants, animal and human cells emit this very weak biophotonic emission which can be readily measured with a sensitive photomultiplier system. UVA laser induced biophotonic emission of cultured cells was used in this report with the intention to detect biophysical changes between young and adult fibroblasts as well as between fibroblasts and keratinocytes. With suspension densities ranging from 1-8x106 cells/ml, it was evident that an increase of the UVA-laser-light induced photon emission intensity could be observed in young as well as adult fibroblastic cells. By the use of this method to determine ultraweak light emission, photons in cell suspensions in low volumes (100 mu l) could be detected, in contrast to previous procedures using quantities up to 10 ml. Moreover, the analysis has been further refined by turning off the photomultiplier system electronically during irradiation leading to the first measurements of induced light emission in the cells after less than 10 mu s instead of more than 100 milliseconds. These significant changes lead to an improvement factor up to 106 in comparison to classical detection procedures. In addition, different skin cells as fibroblasts and keratinocytes stemining from the same donor were measured using this new highly sensitive method in order to find new biophysical insight of light pathways. This is important in view to develop new strategies in biophotonics especially for use in alternative therapies.

VP22 light controlled delivery of oligonucleotides to ocular cells in vitro and in vivo.

PURPOSE: To study VP22 light controlled delivery of antisense oligonucleotide (ODN) to ocular cells in vitro and in vivo. METHODS: The C-terminal half of VP22 was expressed in Escherichia coli, purified and mixed with 20 mer phosphorothioate oligonucleotides (ODNs) to form light sensitive complex particles (vectosomes). Uptake of vectosomes and light induced redistribution of ODNs in human choroid melanoma cells (OCM-1) and in human retinal pigment epithelial cells (ARPE-19) were studied by confocal and electron microscopy. The effect of vectosomes formed with an antisense ODN corresponding to the 3'-untranslated region of the human c-raf kinase gene on the viability and the proliferation of OCM-1 cells was assessed before and after illumination. Cells incubated with vectosomes formed with a mismatched ODN, a free antisense ODN or a free mismatched ODN served as controls. White light transscleral illumination was carried out 24 h after the intravitreal injection of vectosomes in rat eyes. The distribution of fluorescent vectosomes and free fluorescent ODN was evaluated on cryosections by fluorescence microscopy before, and 1 h after illumination. RESULTS: Overnight incubation of human OCM-1 and ARPE-19 cells with vectosomes lead to intracellular internalization of the vectosomes. When not illuminated, internalized vectosomes remained stable within the cell cytoplasm. Disruption of vectosomes and release of the complexed ODN was induced by illumination of the cultures with a cold white light or a laser beam. In vitro, up to 60% inhibition of OCM-1 cell proliferation was observed in illuminated cultures incubated with vectosomes formed with antisense c-raf ODN. No inhibitory effect on the OCM-1 cell proliferation was observed in the absence of illumination or when the cells are incubated with a free antisense c-raf ODN and illuminated. In vivo, 24 h after intravitreal injection, vectosomes were observed within the various retinal layers accumulating in the cytoplasm of RPE cells. Transscleral illumination of the injected eyes with a cold white light induced disruption of the vectosomes and a preferential localization of the "released" ODNs within the cell nuclei of the ganglion cell layer, the inner nuclear layer and the RPE cells. CONCLUSIONS: In vitro, VP22 light controlled delivery of ODNs to ocular cells nuclei was feasible using white light or laser illumination. In vivo, a single intravitreal injection of vectosomes, followed by transscleral illumination allowed for the delivery of free ODNs to retinal and RPE cells.

Olfactory traces and spatial learning in rats.

We conducted an experiment to assess the use of olfactory traces for spatial orientation in an open environment in rats, Rattus norvegicus. We trained rats to locate a food source at a fixed location from different starting points, in the presence or absence of visual information. A single food source was hidden in an array of 19 petri dishes regularly arranged in an open-field arena. Rats were trained to locate the food source either in white light (with full access to distant visuospatial information) or in darkness (without any visual information). In both cases, the goal was in a fixed location relative to the spatial frame of reference. The results of this experiment revealed that the presence of noncontrolled olfactory traces coherent with the spatial frame of reference enables rats to locate a unique position as accurately in darkness as with full access to visuospatial information. We hypothesize that the olfactory traces complement the use of other orientation mechanisms, such as path integration or the reliance on visuospatial information. This experiment demonstrates that rats can rely on olfactory traces for accurate orientation, and raises questions about the establishment of such traces in the absence of any other orientation mechanism. Copyright 1998 The Association for the Study of Animal Behaviour.

High-magnification vascular imaging to reject false-positive sites in situ during Hexvix® fluorescence cystoscopy.

Fluorescence imaging for detection of non-muscle-invasive bladder cancer is based on the selective production and accumulation of fluorescing porphyrins-mainly, protoporphyrin IX-in cancerous tissues after the instillation of Hexvix®. Although the sensitivity of this procedure is very good, its specificity is somewhat limited due to fluorescence false-positive sites. Consequently, magnification cystoscopy has been investigated in order to discriminate false from true fluorescence positive findings. Both white-light and fluorescence modes are possible with the magnification cystoscope, allowing observation of the bladder wall with magnification ranging between 30× for standard observation and 650×. The optical zooming setup allows adjusting the magnification continuously in situ. In the high-magnification (HM) regime, the smallest diameter of the field of view is 600 microns and the resolution is 2.5 microns when in contact with the bladder wall. With this cystoscope, we characterized the superficial vascularization of the fluorescing sites in order to discriminate cancerous from noncancerous tissues. This procedure allowed us to establish a classification based on observed vascular patterns. Seventy-two patients subject to Hexvix® fluorescence cystoscopy were included in the study. Comparison of HM cystoscopy classification with histopathology results confirmed 32?33 (97%) cancerous biopsies and rejected 17?20 (85%) noncancerous lesions.

High magnification cystoscopy in the primary diagnosis of bladder tumors.

Purpose of reviewIn bladder cancer, discrimination between benign and malignant tissue may remain tricky with current endoscopic tools. On the basis of our recent experience with high-magnification cystoscopy, compared with other tools such as optical coherence tomography or confocal laser endomicroscopy, it is suggested here that this discrimination may well be feasible endoscopically. The clinical potential of these systems that are being developed as complementary tools to the current endoscopic equipment is reviewed.Recent findingsAt present, white-light cystoscopy, either assisted by fluorescence cystoscopy or narrow-band imaging, is proposed for the global cystoscopic examination of bladder cancer patients. Both techniques compete to help to reduce the recurrence rate by improving exophytic tumor detection, and the extent of carcinoma in situ and high-grade dysplasia. All of which are important prognosis factors for disease progression. In addition, recent findings on neoangiogenesis that accompanies early stage bladder cancer show that this may also be an important observable switch in bladder cancerogenesis, as it is found very early in tumor development. The high magnification cystoscopy as a complementary tool to fluorescence cystoscopy allows classification of the vessel patterns on fluorescence positive sites, and thus facilitates the discrimination between cancerous and noncancerous lesions. This information may be useful to reduce the false positive rate of fluorescence cystoscopy.SummaryEmerging technologies aiming at a real-time in-situ discrimination between benign and malignant tissue during endoscopic bladder exploration is a promising development for the monitoring of bladder cancer patients.

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.

Effect of groundwater composition on arsenic detection by bacterial biosensors.

A luminescent bacterial biosensor was used to quantify bioavailable arsenic in artificial groundwater. Its light production above the background emission was proportional to the arsenite concentration in the toxicologically relevant range of 0 to 0.5 mu M. Effects of the inorganic solutes phosphate, Fe(II) and silicate on the biosensor signal were studied. Phosphate at a concentration of 0.25 g L-1 phosphate slightly stimulated the light emission, but much less than toxicologically relevant concentrations of the much stronger inducer arsenite. No effect of phosphate was oberved in the presence of arsenite. Freshly prepared sodium silicate solution at a concentration of 10 g L-1 Si reduced the arsenite-induced light production by roughly 37%, which can be explained by transient polymerization leading to sequestration of some arsenic. After three days of incubation, silicate did not have this effect anymore, probably because depolymerization occurred. In the presence of 0.4 g L-1 Fe(II), the arsenite-induced light emission was reduced by up to 90%, probably due to iron oxidation followed by arsenite adsorption on the less soluble Fe(III) possibly along with some oxidation to the stronger adsorbing As(V). Addition of 100 mu M EDTA was capable of releasing all arsenic from the precipitate and to transform it into the biologically measurable, dissolved state. The biosensor also proved valuable for monitoring the effectiveness of an arsenic removal procedure based on water filtration through a mixture of sand and iron granules.

Hexyl-aminolevulinate mediated photodynamic therapy: how to spare normal urothelium. An in vitro approach

Résumé Objectifs : La thérapie photodynamique a pour but la destruction sélective du tissu néoplasique par interaction de lumière, d'oxygène et d'une substance photosensibilisatrice (la Protoporphyrine IX dans notre étude). Malgré une accumulation sélective du photosensibilisateur dans le tissu tumoral, la thérapie photodynamique du carcinome urothélial de la vessie peut endommager les cellules normales de l'épithélium urinaire. La prévention de ces lésions est importante pour la régénération de la muqueuse. Notre étude sur un modèle in vitro d'urothélium porcin étudie l'influence de la concentration du photosensibilisateur, des paramètres d'irradiation et de la production d'intermédiaires réactifs de l'oxygène (ROS) sur les effets photodynamique. Le but était de déterminer les conditions seuil pour épargner l'urothélium sain. Méthode: Dans une chambre de culture transparente à deux compartiments, des muqueuses vésicales de porc maintenues en vie ont été incubées avec une solution d'hexyl-aminolévulinate (HAL), le précurseur de la Protoporphyrine IX. Ces muqueuses ont ensuite été irradiées avec des doses lumineuses croissantes en lumière bleue et en lumière blanche, et les altérations cellulaires ont été évaluées par microscopie électronique à balayage et par un colorant fluorescent, le Sytox green. Nous avons également évalué la production d'intermédiaires réactifs de l'oxygène parla mesure de la fluorescence intracellulaire de Rhodamine 123 (R123), produit de l'oxydation de la Dihydrorhodamine 123 (DHR123) non fluorescente. Ces valeurs ont été corrélées avec celles du photo blanchiment de la PAIX. Résultats : Le taux de mortalité cellulaire était dépendant de la concentration de PAIX. Après 3 heures d'incubation, la valeur seuil de dose lumineuse pour la lumière bleu était de 0.15 et 0.75 J/cm2 (irradiance 30 et 75 mW/cm2, respectivement) et pour la lumière blanche de 0.55 J/cm2 (irradiante 30 mW/cm2). Le taux de photo blanchiment était inversement proportionnel à l'irradiante. Le système de détection des intermédiaires réactifs de l'oxygène DHR123/R123 a démontré une bonne corrélation avec les valeurs seuil pour toutes les conditions d'irradiation utilisées. Conclusions : Nous avons déterminé les doses lumineuses permettant d'épargner 50% des cellules urothéliales saines. L'utilisation d'une faible irradiante associée à des systèmes permettant de mesurer la production d'intermédiaires réactifs de l'oxygène dans les tissus irradiés pourrait améliorer la dosimétrie in vivo et l'efficacité de la thérapie photodynamique. Abstract Background and Objectives: Photodynamic therapy of superficial bladder cancer may cause damages to the normal surrounding bladder wall. Prevention of these is important for bladder healing. We studied the influence of photosensitizes concentration, irradiation parameters and production of reactive oxygen species (ROS) on the photodynamically induced damage in the porcine urothelium in vitro. The aim was to determine the threshold conditions for the cell survival. Methods: Living porcine bladder mucosae were incubated with solution of hexylester of 5-aminolevulinic acid (HAL). The mucosae were irradiated with increasing doses and cell alterations were evaluated by scanning electron microscopy and by Sytox green fluorescence. The urothelial survival score was correlated with Protoporphyrin IX (PpIX) photobleaching and intracellular fluorescence of Rhodamine 123 reflecting the ROS production. Results: The mortality ratio was dependent on PpIX concentration. After 3 hours of incubation, the threshold radiant exposures for blue light were 0.15 and 0.75 J/cm2 (irradiance 30 and 75 mW/cm2, respectively) and for white light 0.55 J/cm2 (irradiance 30 mW/cm2). Photobleaching rate increased with decreasing irradiance. Interestingly, the DHR123/R123 reporter system correlated well with the threshold exposures under all conditions used. Conclusions: we have determined radiant exposures sparing half of normal urothelial cells. We propose that the use of low irradiance combined with systems reporting the ROS production in the irradiated tissue could improve the in vivo dosimetry and optimize the PDT.

PIF3 is a repressor of chloroplast development.

The phytochrome-interacting factor PIF3 has been proposed to act as a positive regulator of chloroplast development. Here, we show that the pif3 mutant has a phenotype that is similar to the pif1 mutant, lacking the repressor of chloroplast development PIF1, and that a pif1pif3 double mutant has an additive phenotype in all respects. The pif mutants showed elevated protochlorophyllide levels in the dark, and etioplasts of pif mutants contained smaller prolamellar bodies and more prothylakoid membranes than corresponding wild-type seedlings, similar to previous reports of constitutive photomorphogenic mutants. Consistent with this observation, pif1, pif3, and pif1pif3 showed reduced hypocotyl elongation and increased cotyledon opening in the dark. Transfer of 4-d-old dark-grown seedlings to white light resulted in more chlorophyll synthesis in pif mutants over the first 2 h, and analysis of gene expression in dark-grown pif mutants indicated that key tetrapyrrole regulatory genes such as HEMA1 encoding the rate-limiting step in tetrapyrrole synthesis were already elevated 2 d after germination. Circadian regulation of HEMA1 in the dark also showed reduced amplitude and a shorter, variable period in the pif mutants, whereas expression of the core clock components TOC1, CCA1, and LHY was largely unaffected. Expression of both PIF1 and PIF3 was circadian regulated in dark-grown seedlings. PIF1 and PIF3 are proposed to be negative regulators that function to integrate light and circadian control in the regulation of chloroplast development.

Photodynamic Diagnosis in Non-Muscle-Invasive Bladder Cancer

Objective This paper reviews the development and clinical validation of photodynamic diagnosis (PDD) of bladder cancer. Methods The authors reviewed the literature on the development of PDD, in particular the evidence for the clinical efficacy of hexaminolevulinate PDD in the diagnosis of bladder cancer. Results After initial work on ultraviolet cystoscopy following oral tetracycline, the focus of PDD research shifted to the use of synthetic porphyrins. First, the prodrug delta-aminolevulinic acid (ALA) was shown to cause a transient but significant accumulation of protoporphyrin IX (PpIX) in malignant or premalignant bladder tissue. Excitation by blue light leads to PpIX fluorescence (red), which distinguishes tumour from normal tissue (blue). Hexaminolevulinate (HAL, Hexvix), an ester of ALA, was then developed and has greater bioavailability and stability than the parent compound. It has been approved for clinical use in the diagnosis of bladder cancer. Clinical studies have shown that HAL PDD detects tumours, including carcinoma in situ (CIS), that are missed by conventional white-light cystoscopy. Conclusions HAL PDD is a valuable aid to the detection of bladder tumours, including CIS.

Image en fluorescence en endoscopie: contribution dans la prise en charge des tumeurs de vessie [Fluorescence guided endoscopy: improvement in the management of bladder cancer].

White-light cystoscopy and cytology are the standard tools to diagnose bladder cancer. White-light cystoscopy is excellent to detect macroscopic exophytic tumors, but its sensitivity is poor for flat tumors such as carcinoma in situ. Use of fluorescence cystoscopy during transurethral bladder resection improve tumor detection, particulary for carcinoma in situ. Fluorescence cystoscopy reduce residual tumor rate, especially for voluminous and multifocal tumors with consecutive lower recurrence. Fluorescence is now recommended to diagnose and treat bladder cancer.

Fluoreszenzdiagnostik bei Patienten mit nicht muskelinvasivem Harnblasenkarzinom: Ergebnisse einer Metaanalyse [Fluorescence diagnosis in patients with non-muscle invasive bladder cancer: results of a metaanalysis]

Purpose: Heterogeneous results of single studies with photodynamic diagnosis (PDD) in bladder cancer have been reported. A metaanalysis of prospective studies has now been performed. Material and Methods: The effect of PDD in addition to WLC on a) the diagnosis and b) the therapeutic outcome of primary or recurrent non-muscle invasive bladder cancer (NMIBC) investigated by cystoscopy or transurethral resection was analysed. An electronic database search was performed. Trials were included if they prospectively compared WLC with PDD in bladder cancer. Primary endpoints were additional detection rate, residual tumour at second resection and recurrence-free survival. Results: Significantly more tumour-positive patients were detected with PDD in all patients with non-muscle invasive tumours (= 20%) [95% confidence interval (CI): 8 to 35%] and in CIS patients (= 39%) (CI: 23 to 57%). Residual tumour was significantly less often found after PDD (odds ratio 0.28, CI: 0.15 to 0.52, p<0.0001). Recurrence-free survival was significantly higher at 12 and 24months in the PDD groups than in WLC only groups. Conclusions: More bladder tumour-positive patients are detected by PDD. Best results were found in CIS patients. Diagnosis with PDD results in a more complete resection and a longer recurrence-free survival.