Gas emission during laparoscopic colorectal surgery using a bipolar vessel sealing device: A pilot study on four patients.

BACKGROUND: Dissection during laparoscopic surgery produces smoke containing potentially toxic substances. The aim of the present study was to analyze smoke samples produced during laparoscopic colon surgery using a bipolar vessel sealing device (LigaSuretrade mark). METHODS: Four consecutive patients undergoing left-sided colectomy were enrolled in this pilot study. Smoke was produced by the use of LigaSuretrade mark. Samples (5,5l) were evacuated from the pneumoperitoneum in a closed system into a reservoir. Analysis was performed with CO2-laser-based photoacoustic spectroscopy and confirmed by a Fourier-transform infrared spectrum. The detected spectra were compared to the available spectra of known toxins. RESULTS: Samples from four laparoscopic sigmoid resections were analyzed. No relevant differences were noted regarding patient and operation characteristics. The gas samples were stable over time proven by congruent control measurements as late as 24 h after sampling. The absorption spectra differed considerably between the patients. One broad absorption line at 100 ppm indicating H2O and several unknown molecules were detected. With a sensitivity of alpha min ca 10-5 cm-1 no known toxic substances like phenol or indole were identified. CONCLUSION: The use of a vessel sealing device during laparoscopic surgery does not produce known toxic substances in relevant quantity. Further studies are needed to identify unknown molecules and to analyze gas emission under various conditions.

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.

Assessment of coronary vasoreactivity by multidetector computed tomography: feasibility study with rubidium-82 cardiac positron emission tomography.

BACKGROUND: Positron emission tomography (PET) during the cold pressor test (CPT) has been used to assess endothelium-dependent coronary vasoreactivity, a surrogate marker of cardiovascular events. However, its use remains limited by cardiac PET availability. As multidetector computed tomography (MDCT) is more widely available, we aimed to develop a measurement of endothelium-dependent coronary vasoreactivity with MDCT and similar radiation burden as with PET. METHODS AND RESULTS: A study group of 18 participants without known cardiovascular risk factor (9F/9M; age 60±6 years) underwent cardiac PET with (82)Rb and unenhanced ECG-gated MDCT within 4h, each time at rest and during CPT. The relation between absolute myocardial blood flow (MBF) response to CPT by PET (ml·min(-1)·g(1)) and relative changes in MDCT-measured coronary artery surface were assessed using linear regression analysis and Spearman's correlation. MDCT and PET/CT were analyzed in all participants. Hemodynamic conditions during CPT at MDCT and PET were similar (P>0.3). Relative changes in coronary artery surface because of CPT (2.0-21.2%) correlated to changes in MBF (-0.10-0.52ml·min(-1)·g(1)) (ρ=0.68, P=0.02). Effective dose was 1.3±0.2mSv for MDCT and 3.1mSv for PET/CT. CONCLUSIONS: Assessment of endothelium-dependent coronary vasoreactivity using MDCT CPT appears feasible. Because of its wider availability, shorter examination time and similar radiation burden, MDCT could be attractive in clinical research for coronary status assessment.

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.

Aliskiren penetrates adipose and skeletal muscle tissue, and reduces Renin-Angiotensin System activity in obese hypertensive patients

Introduction: Tissue Renin-Angiotensin System activity is increased in obesity and may contribute to obesity-related hypertension and metabolic abnormalities. This open-label pilot study investigated the local effects of Aliskiren in adipose tissue and skeletal muscle.Methods: After a 1-2 week washout, 10 patients with hypertension and abdominal obesity received placebo for 2 weeks, then Aliskiren 300 mg once daily for 4 weeks, followed by a 4-week washout period and then another 4 weeks treatment period with Amlodipine 5 mg once daily. Drug concentrations and Renin-Angiotensin Systembiomarkers were measured in interstitial fluid employing the microdialysis zero-flow method, and in biopsies from abdominal subcutaneous adipose and skeletal muscle.Results: After 4 weeks treatment, microdialysate concentrations (mean±SD) of Aliskiren were 2.4±2.1 ng/ml in adipose tissue, and 7.1±4.2 ng/ml in skeletal muscle. These concentrations were similar to the mean plasma concentration of 8.4±4.4 ng/ml. Tissue concentrations (ng/g) of Aliskiren were 29.0±16.7 ng/g in adipose tissue, and 107.3±68.6 ng/g in skeletal muscle after 4 weeks treatment. Angiotensin II concentrations in microdialysates were below the lower limit of quantification in most patients, but pooled data from two patients suggested that Angiotensin II was reduced by Aliskiren and unchanged by Amlodipine. Aliskiren 300 mg significantly reduced mean plasma Renin activity by 68% and Angiotensin II by 61% (p<0.05 vs. baseline). Amlodipine 5 mg increased plasma Renin activity by 48% (p<0.05 vs. baseline), and non-significantly increased Angiotensin II by 60%. Both treatments increased plasma Renin concentration.Conclusion: Aliskiren 300 mg once daily penetrates adipose and skeletal muscle tissue at concentrations sufficient to reduce tissue Renin-Angiotensin System activity in obese patients with hypertension.

Towards a system analysis of the early steps of infectious endocarditis pathogenesis

L'endocardite infectieuse (EI) est une maladie potentiellement mortelle qui doit être prévenue dans toute la mesure du possible. Au cours de ces dernières 50 années, les recommandations Américaines et Européennes pour la prophylaxie de PEI proposaient aux patients à risques de prendre un antibiotique, préventif avant de subir une intervention médico-chirurgicale susceptible d'induire une bactériémie transitoire. Cependant, des études épidémiologiques récentes ont montré que la plupart des EI survenaient en dehors de tous actes médico-chirurgicaux, et indépendamment de la prise ou non de prophylaxie antibiotique . L'EI pourrait donc survenir suite à la cumulation de bactériémies spontanées de faibles intensités, associées à des activités de la vie courante telle que le brossage dentaire pour le streptocoques, ou à partir de tissus colonisés ou de cathéters infectés pour les staphylocoques. En conséquence, les recommandations internationales pour la prophylaxie de PEI ont été revues et proposent une diminution drastique de l'utilisation d'antibiotiques. Cependant, le risque d'EI représenté par le cumul de bactériémies de faibles intensités n'a pas été démontré expérimentalement. Nous avons développé un nouveau modèle d'EI expérimentale induite par une inoculation en continu d'une faible quantité de bactéries, simulant le cumul de bactériémies de faibles intensités chez l'homme, et comparé l'infection de Streptococcus gordonii et de Staphylococcus aureus dans ce modèle avec celle du modèle d'IE induite par une bactériémie brève, mais de forte intensité. Nous avons démontré, après injection d'une quantité égale de bactéries, que le nombre de végétations infectées était similaire dans les deux types d'inoculations. Ces résultats expérimentaux ont confirmé l'hypothèse qu'une exposition cumulée à des bactériémies de faibles intensités, en dehors d'une procédure médico-chirurgicale, représentait un risque pour le développement d'une El, comme le suggéraient les études épidémiologiques. En plus, ces résultats ont validé les nouvelles recommandations pour la prophylaxie de l'El, limitant drastiquement l'utilisation d'antibiotiques. Cependant, ces nouvelles recommandations laissent une grande partie (> 90%) de cas potentiels d'EI sans alternatives de préventions, et des nouvelles stratégies prophylactiques doivent être investiguées. Le nouveau modèle d'EI expérimentale représente un modèle réaliste pour étudier des nouvelles mesures prophylactiques potentielles appliquées à des expositions cumulées de bactériémies de faible nombre. Dans un contexte de bactériémies spontanées répétitives, les antibiotiques ne peuvent pas résoudre le problème de la prévention de l'EI. Nous avons donc étudié la une alternative de prévention par l'utilisation d'agents antiplaquettaires. La logique derrière cette approche était basée sur le fait que les plaquettes sont des composants clés dans la formation des végétations cardiaques, et le fait que les bactéries capables d'interagir avec les plaquettes sont plus enclines à induire une El. Les agents antiplaquettaires utilisés ont été l'aspirine (inhibiteur du COX1), la ticlopidine (inhibiteur du P2Y12, le récepteur de l'ADP), et l'eptifibatide et Pabciximab, deux inhibiteurs du GPIIb/IIIa, le récepteur plaquettaire pour le fibrinogène. Les anticoagulants étaient le dabigatran etexilate, inhibant lathrombine et l'acenocumarol, un antagoniste de la vitamine K. L'aspirine, la ticlopidine ou l'eptifibatide seuls n'ont pas permis de prévenir l'infection valvulaire (> 75% animaux infectés). En revanche, la combinaison d'aspirine et de ticlopidine, aussi bien que l'abciximab, ont protégé 45% - 88% des animaux de l'EI par S. gordonii et par S. aureus. L'antithrombotique dabigatran etexilate à protégé 75% des rats contre l'EI par S. aureus, mais pas (< 30% de protection) par S. gordonii. L'acenocoumarol n'a pas eu d'effet sur aucun des deux organismes. En général, ces résultats suggèrent un possible rôle pour les antiplaquettaires et du dabigatran etexilate dans la prophylaxie de l'EI dans un contexte de bactériémies récurrentes de faibles intensités. Cependant, l'effet bénéfique des antiplaquettaires doit être soupesé avec le risque d'hémorragie inhérent à ces molécules, et le fait que les plaquettes jouent un important rôle dans les défenses de l'hôte contre les infections endovasculaires. En plus, le double effet bénéfique du dabigatran etexilate devrait être revu chez les patients porteurs de valves prothétiques, qui ont besoin d'une anticoagulation à vie, et chez lesquels l'EI à S. aureus est associée avec une mortalité de près de 50%. Comme l'approche avec des antiplaquettaires et des antithrombotiques pourrait avoir des limites, une autre stratégie prophylactique pourrait être la vaccination contre des adhésines de surfaces des pathogènes. Chez S. aureus, la protéine de liaison au fibrinogène, ou dumping factor A (ClfA), et la protéine de liaison à la fibronectine (FnbpA) sont des facteurs de virulence nécessaires à l'initiation et l'évolution de PEI. Elles représentent donc des cibles potentielles pour le développement de vaccins contre cette infection. Récemment, des nombreuses publications ont décrit que la bactérie Lactococcus lactis pouvait être utilisée comme vecteur pour la diffusion d'antigènes bactériens in vivo, et que cette approche pourrait être une stratégie de vaccination contre les infections bactériennes. Nous avons exploré l'effet de l'immunisation par des recombinant de L. lactis exprimant le ClfA, la FnbpA, ou le ClfA ensemble avec et une forme tronquée de la FnbpA (Fnbp, comprenant seulement le domaine de liaison à la fibronectine mais sans le domaine A de liaison au fibrinogène [L. lactis ClfA/Fnbp]), dans la prophylaxie de PIE expérimentale à S. aureus. L. lactis ClfA a été utilisés comme agent d'immunisation contre la souche S. aureus Newman (qui a particularité de n'exprimer que le ClfA, mais pas la FnbpA). L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA, et L. lactis ClfA/Fnbp, ont été utilisé comme agents d'immunisation contre une souche isolée d'une IE, S. aureus P8 (exprimant ClfA et FnbpA). L'immunisation avec L. lactis ClfA a généré des anticorps anti-ClfA fonctionnels, capables de bloquer la liaison de S. aureus Newman au fibrinogène in vitro et protéger 13/19 (69%) animaux d'une El due à S. aureus Newman (P < 0.05 comparée aux contrôles). L'immunisation avec L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA, ou L. lactis ClfA/Fnbp, a généré des anticorps contre chacun de ces antigènes. Cependant, ils n'ont pas permis de bloquer l'adhésion de S. aureus P8 au fibrinogène et à la fibronectine in vitro. De plus, l'immunisation avec L. lactis ClfA ou L. lactis FnbpA s'est avérée inefficace in vivo (< 10% d'animaux protégés d'une El) et l'immunisation avec L. lactis ClfA/Fnbp a fourni une protection limitée de l'EI (8/23 animaux protégés; P < 0.05 comparée aux contrôles) après inoculation avec S. aureus P8. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent que L. lactis est un système efficace pour la présentation d'antigènes in vivo et potentiellement utile pour la prévention de PEI à S. aureus. Cependant, le répertoire de protéines de surface de S. aureus capable d'évoquer une panoplie d'anticorps efficace reste à déterminer.. En résumé, notre étude a démontré expérimentalement, pour la première fois, qu'une bactériémie répétée de faible intensité, simulant la bactériémie ayant lieu, par exemple, lors des activités de la vie quotidienne, est induire un taux d'EI expérimentale similaire à celle induite par une bactériémie de haute intensité suite à une intervention médicale. Dans ce contexte, où l'utilisation d'antibiotiques est pas raisonnable, nous avons aussi montré que d'autres mesures prophylactiques, comme l'utilisation d'agents antiplaquettaires ou antithrombotiques, ou la vaccination utilisant L. lactis comme vecteur d'antigènes bactériens, sont des alternatives prometteuses qui méritent d'être étudiées plus avant. Thesis Summary Infective endocarditis (IE) is a life-threatening disease that should be prevented whenever possible. Over the last 50 years, guidelines for IE prophylaxis proposed the use of antibiotics in patients undergoing dental or medico-surgical procedures that might induce high, but transient bacteremia. However, recent epidemiological studies indicate that IE occurs independently of medico-surgical procedures and the fact that patients had taken antibiotic prophylaxis or not, i.e., by cumulative exposure to random low-grade bacteremia, associated with daily activities (e.g. tooth brushing) in the case of oral streptococci, or with a colonized site or infected device in the case of staphylococci. Accordingly, the most recent American and European guidelines for IE prophylaxis were revisited and updated to drastically restrain antibiotic use. Nevertheless, the relative risk of IE represented by such cumulative low-grade bacteremia had never been demonstrated experimentally. We developed a new model of experimental IE due to continuous inoculation of low-grade bacteremia, mimicking repeated low-grade bacteremia in humans, and compared the infectivity of Streptococcus gordonii and Staphylococcus aureus in this model to that in the model producing brief, high-level bacteremia. We demonstrated that, after injection of identical bacterial numbers, the rate of infected vegetations was similar in both types of challenge. These experimental results support the hypothesis that cumulative exposure to low-grade bacteremia, outside the context of procedure-related bacteremia, represents a genuine risk of IE, as suggested by human epidemiological studies. In addition, they validate the newer guidelines for IE prophylaxis, which drastic limit the procedures in which antibiotic prophylaxis is indicated. Nevertheless, these refreshed guidelines leave the vast majority (> 90%) of potential IE cases without alternative propositions of prevention, and novel strategies must be considered to propose effective alternative and "global" measures to prevent IE initiation. The more realistic experimental model of IE induced by low-grade bacteremia provides an accurate experimental setting to study new preventive measures applying to cumulative exposure to low bacterial numbers. Since in a context of spontaneous low-grade bacteremia antibiotics are unlikely to solve the problem of IE prevention, we addressed the role of antiplatelet and anticoagulant agents for the prophylaxis of experimental IE induced by S. gordonii and S. aureus. The logic of this approach was based on the fact that platelets are key players in vegetation formation and vegetation enlargement, and on the fact that bacteria capable of interacting with platelets are more prone to induce IE. Antiplatelet agents included the COX1 inhibitor aspirin, the inhibitor of the ADP receptor P2Y12 ticlopidine, and two inhibitors of the platelet fibrinogen receptor GPIIb/IIIa, eptifibatide and abciximab. Anticoagulants included the thrombin inhibitor dabigatran etexilate and the vitamin K antagonist acenocoumarol. Aspirin, ticlopidine or eptifibatide alone failed to prevent aortic infection (> 75% infected animals). In contrast, the combination of aspirin with ticlopidine, as well as abciximab, protected 45% to 88% of animals against IE due to S. gordonii and S. aureus. The antithrombin dabigatran etexilate protected 75% of rats against IE due to S. aureus, but failed (< 30% protection) against S. gordonii. Acenocoumarol had no effect against any bacteria. Overall, these results suggest a possible role for antiplatelet agents and dabigatran etexilate in the prophylaxis of IE in humans in a context of recurrent low- grade bacteremia. However, the potential beneficial effect of antiplatelet agents should be balanced against the risk of bleeding and the fact that platelets play an important role in the host defenses against intravascular infections. In addition, the potential dual benefit of dabigatran etexilate might be revisited in patients with prosthetic valves, who require life-long anticoagulation and in whom S. aureus IE is associated with high mortality rate. Because the antiplatelet and anticoagulant approach might be limited in the context of S. aureus bacteremia, other prophylactic strategies for the prevention of S. aureus IE, like vaccination with anti-adhesion proteins was tested. The S. aureus surface proteins fibrinogen-binding protein clumping-factor A (ClfA) and the fibronectin-binding protein A (FnbpA) are critical virulence factors for the initiation and development of IE. Thus, they represent key targets for vaccine development against this disease. Recently, numerous reports have described that the harmless bacteria Lactococcus lactis can be used as a bacterial vector for the efficient delivery of antigens in vivo, and that this approach is a promising vaccination strategy against bacterial infections. We therefore explored the immunization capacity of non- living recombinant L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA, or L. lactis expressing ClfA together with Fnbp (a truncated form of FnbpA with only the fibronectin-binding domain but lacking the fibrinogen-binding domain A [L. lactis ClfA/Fnbp]), to protect against S. aureus experimental IE. L. lactis ClfA was used as immunization agent against the laboratory strain S. aureus Newman (expressing ClfA, but lacking FnbpA). L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA, as well as L. lactis ClfA/Fnbp, were used as immunization agents against the endocarditis isolate S. aureus P8 (expressing both ClfA and FnbpA). Immunization with L. lactis ClfA produced anti-ClfA functional antibodies, which were able to block the binding of S. aureus Newman to fibrinogen in vitro and protect 13/19 (69%) animals from IE due to S. aureus Newman (P < 0.05 compared to controls). Immunization with L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA or L. lactis ClfA/Fnbp, produced antibodies against each antigen. However, they were not sufficient to block S. aureus P8 binding to fibrinogen and fibronectin in vitro. Moreover, immunization with L. lactis ClfA or L. lactis FnbpA was ineffective (< 10% protected animals) and immunization with L. lactis ClfA/Fnbp conferred limited protection from IE (8/23 protected animals; P < 0.05 compared to controls) after challenge with S. aureus P8. Together, these results indicate that L. lactis is an efficient delivering antigen system potentially useful for preventing S. aureus IE. They also demonstrate that expressing multiple antigens in L. lactis, yet to be elucidated, will be necessary to prevent IE due to clinical S. aureus strains fully equipped with virulence determinants. In summary, our study has demonstrated experimentally, for the first time, the hypothesis that low-grade bacteremia, mimicking bacteremia occurring outside of a clinical intervention, is equally prone to induce experimental IE as high-grade bacteremia following medico-surgical procedures. In this context, where the use of antibiotics for the prophylaxis of IE is limited, we showed that other prophylactic measures, like the use of antiplatelets, anticoagulants, or vaccination employing L. lactis as delivery vector of bacterial antigens, are reasonable alternatives that warrant to be further investigated.

FluxEXPLORER: a new high-speed laser Doppler imaging system for the assessment of burn injuries.

BACKGROUND: Deep burn assessment made by clinical evaluation has an accuracy varying between 60% and 80% and will determine if a burn injury will need tangential excision and skin grafting or if it will be able to heal spontaneously. Laser Doppler Imaging (LDI) techniques allow an improved burn depth assessment but their use is limited by the time-consuming image acquisition which may take up to 6 min per image. METHODS: To evaluate the effectiveness and reliability of a newly developed full-field LDI technology, 15 consecutive patients presenting with intermediate depth burns were assessed both clinically and by FluxExplorer LDI technology. Comparison between the two methods of assessment was carried out. RESULTS: Image acquisition was done within 6 s. FluxEXPLORER LDI technology achieved a significantly improved accuracy of burn depth assessment compared to the clinical judgement performed by board certified plastic and reconstructive surgeons (P < 0.05, 93% of correctly assessed burns injuries vs. 80% for clinical assessment). CONCLUSION: Technological improvements of LDI technology leading to a decreased image acquisition time and reliable burn depth assessment allow the routine use of such devices in the acute setting of burn care without interfering with the patient's treatment. Rapid and reliable LDI technology may assist clinicians in burn depth assessment and may limit the morbidity of burn patients through a minimization of the area of surgical debridement. Future technological improvements allowing the miniaturization of the device will further ease its clinical application.

Measurements of glial metabolic fluxes with C-11-acetate using positron emission and an adapted NMR-based metabolic modeling approach

Objectives: Acetate brain metabolism has the particularity to occur specifically in glial cells. Labeling studies, using acetate labeled either with 13C (NMR) or 11C (PET), are governed by the same biochemical reactions and thus follow the same mathematical principles. In this study, the objective was to adapt an NMR acetate brain metabolism model to analyse [1-11C]acetate infusion in rats. Methods: Brain acetate infusion experiments were modeled using a two-compartment model approach used in NMR.1-3 The [1-11C]acetate labeling study was done using a beta scintillator.4 The measured radioactive signal represents the time evolution of the sum of all labeled metabolites in the brain. Using a coincidence counter in parallel, an arterial input curve was measured. The 11C at position C-1 of acetate is metabolized in the first turn of the TCA cycle to the position 5 of glutamate (Figure 1A). Through the neurotransmission process, it is further transported to the position 5 of glutamine and the position 5 of neuronal glutamate. After the second turn of the TCA cycle, tracer from [1-11C]acetate (and also a part from glial [5-11C]glutamate) is transferred to glial [1-11C]glutamate and further to [1-11C]glutamine and neuronal glutamate through the neurotransmission cycle. Brain poster session: oxidative mechanisms S460 Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2009) 29, S455-S466 Results: The standard acetate two-pool PET model describes the system by a plasma pool and a tissue pool linked by rate constants. Experimental data are not fully described with only one tissue compartment (Figure 1B). The modified NMR model was fitted successfully to tissue time-activity curves from 6 single animals, by varying the glial mitochondrial fluxes and the neurotransmission flux Vnt. A glial composite rate constant Kgtg=Vgtg/[Ace]plasma was extracted. Considering an average acetate concentration in plasma of 1 mmol/g5 and the negligible additional amount injected, we found an average Vgtg = 0.08±0.02 (n = 6), in agreement with previous NMR measurements.1 The tissue time-activity curve is dominated by glial glutamate and later by glutamine (Figure 1B). Labeling of neuronal pools has a low influence, at least for the 20 mins of beta-probe acquisition. Based on the high diffusivity of CO2 across the blood-brain barrier; 11CO2 is not predominant in the total tissue curve, even if the brain CO2 pool is big compared with other metabolites, due to its strong dilution through unlabeled CO2 from neuronal metabolism and diffusion from plasma. Conclusion: The two-compartment model presented here is also able to fit data of positron emission experiments and to extract specific glial metabolic fluxes. 11C-labeled acetate presents an alternative for faster measurements of glial oxidative metabolism compared to NMR, potentially applicable to human PET imaging. However, to quantify the relative value of the TCA cycle flux compared to the transmitochondrial flux, the chemical sensitivity of NMR is required. PET and NMR are thus complementary.

Chronic subdural hematomas treated by burr hole trepanation and a subperiostal drainage system.

OBJECTIVE: Most symptomatic chronic subdural hematomas are treated by subdural drainage. However, a subperiostal (i.e., extracranial) passive closed-drainage system in combination with double burr hole trepanation is used at our institution. Therefore, we wanted to analyze our results and compare them with the alternate treatment strategies reported in the current literature. METHODS: In a retrospective single-center study, we analyzed the data of all patients undergoing double burr hole trepanation with a subperiostal passive closed-drainage system. Data analysis included general patient data, complications, postoperative seizure rate, and outcome. RESULTS: One hundred forty-seven patients underwent surgery for 183 symptomatic chronic subdural hematomas. The perioperative mortality rate was 3.4%. Hematoma persistence or recurrence occurred in 13.1% of the cases. The postoperative seizure rate was 6.6%, and the infection rate was 1.6%, including 3 cases of superficial wound infection and 1 case with deep infection. The reintervention rate was 9.3%, including trepanation in 8.2% of the patients and craniotomy in 1.1%. The overall complication rate was 10.9%. CONCLUSION: Double burr hole trepanation combined with a subperiostal passive closed-drainage system is a technically easy, highly effective, safe, and cost-efficient treatment strategy for symptomatic chronic subdural hematomas. The absence of a drain in direct contact with the hematoma capsule may moderate the risk of postoperative seizure and limit the secondary spread of infection to intracranial compartments.

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.

Ultraweak photon emission in assessing bone growth factor efficiency using fibroblastic differentiation.

Photons participate in many atomic and molecular interactions and changes. Recent biophysical research has shown the induction of ultraweak photons in biological tissue. It is now established that plants, animal and human cells emit a very weak radiation which can be readily detected with an appropriate photomultiplier system. Although the emission is extremely low in mammalian cells, it can be efficiently induced by ultraviolet light. In our studies, we used the differentiation system of human skin fibroblasts from a patient with Xeroderma Pigmentosum of complementation group A in order to test the growth stimulation efficiency of various bone growth factors at concentrations as low as 5 ng/ml of cell culture medium. In additional experiments, the cells were irradiated with a moderate fluence of ultraviolet A. The different batches of growth factors showed various proliferation of skin fibroblasts in culture which could be correlated with the ultraweak photon emission. The growth factors reduced the acceleration of the fibroblast differentiation induced by mitomycin C by a factor of 10-30%. In view that fibroblasts play an essential role in skin aging and wound healing, the fibroblast differentiation system is a very useful tool in order to elucidate the efficacy of growth factors.

A microarray-based system for the simultaneous analysis of single nucleotide polymorphisms in human genes involved in the metabolism of anti-malarial drugs

Background: In order to provide a cost-effective tool to analyse pharmacogenetic markers in malaria treatment, DNA microarray technology was compared with sequencing of polymerase chain reaction (PCR) fragments to detect single nucleotide polymorphisms (SNPs) in a larger number of samples. Methods: The microarray was developed to affordably generate SNP data of genes encoding the human cytochrome P450 enzyme family (CYP) and N-acetyltransferase-2 (NAT2) involved in antimalarial drug metabolisms and with known polymorphisms, i.e. CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4, CYP3A5, and NAT2. Results: For some SNPs, i.e. CYP2A6*2, CYP2B6*5, CYP2C8*3, CYP2C9*3/*5, CYP2C19*3, CYP2D6*4 and NAT2*6/*7/*14, agreement between both techniques ranged from substantial to almost perfect (kappa index between 0.61 and 1.00), whilst for other SNPs a large variability from slight to substantial agreement (kappa index between 0.39 and 1.00) was found, e. g. CYP2D6*17 (2850C>T), CYP3A4*1B and CYP3A5*3. Conclusion: The major limit of the microarray technology for this purpose was lack of robustness and with a large number of missing data or with incorrect specificity.

Sensitive photonic system to measure oxidative potential of airborne nanoparticles and ROS levels in exhaled air

A photonic system has been developed that enables sensitive quantitative determination of reactive oxygen species (ROS) - mainly hydrogen peroxide (H2O2) - in aerosol samples such as airborne nanoparticles and exhaled air from patients. The detection principle relies on the amplification of the absorbance under multiple scattering conditions due to optical path lengthening [1] and [2]. In this study, the presence of cellulose membrane that acts as random medium into the glass optical cell considerably improved the sensitivity of the detection based on colorimetric FOX assay (FeII/orange xylenol). Despite the loss of assay volume (cellulose occupies 75% of cell volume) the limit of detection is enhanced by one order of magnitude reaching the value of 9 nM (H2O2 equivalents). Spectral analysis is performed automatically with a periodicity of 5 to 15 s, giving rise to real-time ROS measurements. Moreover, the elution of air sample into the collection chamber via a micro-diffuser (impinger) enables quantitative determination of ROS contained in or generated from airborne samples. As proof-of-concept the photonic ROS detection system was used in the determination of both ROS generated from traffic pollution and ROS contained in the exhaled breath as lung inflammation biomarkers.