The phagocytosis of gas-filled microbubbles by human and murine antigen-presenting cells.

This study was designed to evaluate the potential of gas-filled microbubbles (MB) to be internalized by antigen-presenting cells (APC). Fluorescently labeled MB were prepared, thus permitting to track binding to, and internalization in, APC. Both human and mouse cells, including monocytes and dendritic cells (DC), prove capable to phagocyte MB in vitro. Observation by confocal laser scanning microscopy showed that interaction between MB and target cells resulted in a rapid internalization in cellular compartments and to a lesser extent in the cytoplasm. Capture of MB by APC resulted in phagolysosomal targeting as verified by double staining with anti-lysosome-associated membrane protein-1 monoclonal antibody and decrease of internalization by phagocytosis inhibitors. Fluorescent MB injected subcutaneously (s.c.) in mice were found to be associated with CD11c(+)DC in lymph nodes draining the injection sites 24 h after administration. Altogether, our study demonstrates that MB can successfully target APC both in vitro and in vivo, and thus may serve as a potent Ag delivery system without requirement for ultrasound-based sonoporation. This adds to the potential of applications of MB already extensively used for diagnostic imaging in humans.

Multiscale descriptions of density-driven flow instabilities in porous media

Les instabilités engendrées par des gradients de densité interviennent dans une variété d'écoulements. Un exemple est celui de la séquestration géologique du dioxyde de carbone en milieux poreux. Ce gaz est injecté à haute pression dans des aquifères salines et profondes. La différence de densité entre la saumure saturée en CO2 dissous et la saumure environnante induit des courants favorables qui le transportent vers les couches géologiques profondes. Les gradients de densité peuvent aussi être la cause du transport indésirable de matières toxiques, ce qui peut éventuellement conduire à la pollution des sols et des eaux. La gamme d'échelles intervenant dans ce type de phénomènes est très large. Elle s'étend de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères à laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Une reproduction fiable de la physique par la simulation numérique demeure donc un défi en raison du caractère multi-échelles aussi bien au niveau spatial et temporel de ces phénomènes. Il requiert donc le développement d'algorithmes performants et l'utilisation d'outils de calculs modernes. En conjugaison avec les méthodes de résolution itératives, les méthodes multi-échelles permettent de résoudre les grands systèmes d'équations algébriques de manière efficace. Ces méthodes ont été introduites comme méthodes d'upscaling et de downscaling pour la simulation d'écoulements en milieux poreux afin de traiter de fortes hétérogénéités du champ de perméabilité. Le principe repose sur l'utilisation parallèle de deux maillages, le premier est choisi en fonction de la résolution du champ de perméabilité (grille fine), alors que le second (grille grossière) est utilisé pour approximer le problème fin à moindre coût. La qualité de la solution multi-échelles peut être améliorée de manière itérative pour empêcher des erreurs trop importantes si le champ de perméabilité est complexe. Les méthodes adaptatives qui restreignent les procédures de mise à jour aux régions à forts gradients permettent de limiter les coûts de calculs additionnels. Dans le cas d'instabilités induites par des gradients de densité, l'échelle des phénomènes varie au cours du temps. En conséquence, des méthodes multi-échelles adaptatives sont requises pour tenir compte de cette dynamique. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes multi-échelles adaptatifs et efficaces pour la simulation des instabilités induites par des gradients de densité. Pour cela, nous nous basons sur la méthode des volumes finis multi-échelles (MsFV) qui offre l'avantage de résoudre les phénomènes de transport tout en conservant la masse de manière exacte. Dans la première partie, nous pouvons démontrer que les approximations de la méthode MsFV engendrent des phénomènes de digitation non-physiques dont la suppression requiert des opérations de correction itératives. Les coûts de calculs additionnels de ces opérations peuvent toutefois être compensés par des méthodes adaptatives. Nous proposons aussi l'utilisation de la méthode MsFV comme méthode de downscaling: la grille grossière étant utilisée dans les zones où l'écoulement est relativement homogène alors que la grille plus fine est utilisée pour résoudre les forts gradients. Dans la seconde partie, la méthode multi-échelle est étendue à un nombre arbitraire de niveaux. Nous prouvons que la méthode généralisée est performante pour la résolution de grands systèmes d'équations algébriques. Dans la dernière partie, nous focalisons notre étude sur les échelles qui déterminent l'évolution des instabilités engendrées par des gradients de densité. L'identification de la structure locale ainsi que globale de l'écoulement permet de procéder à un upscaling des instabilités à temps long alors que les structures à petite échelle sont conservées lors du déclenchement de l'instabilité. Les résultats présentés dans ce travail permettent d'étendre les connaissances des méthodes MsFV et offrent des formulations multi-échelles efficaces pour la simulation des instabilités engendrées par des gradients de densité. - Density-driven instabilities in porous media are of interest for a wide range of applications, for instance, for geological sequestration of CO2, during which CO2 is injected at high pressure into deep saline aquifers. Due to the density difference between the C02-saturated brine and the surrounding brine, a downward migration of CO2 into deeper regions, where the risk of leakage is reduced, takes place. Similarly, undesired spontaneous mobilization of potentially hazardous substances that might endanger groundwater quality can be triggered by density differences. Over the last years, these effects have been investigated with the help of numerical groundwater models. Major challenges in simulating density-driven instabilities arise from the different scales of interest involved, i.e., the scale at which instabilities are triggered and the aquifer scale over which long-term processes take place. An accurate numerical reproduction is possible, only if the finest scale is captured. For large aquifers, this leads to problems with a large number of unknowns. Advanced numerical methods are required to efficiently solve these problems with today's available computational resources. Beside efficient iterative solvers, multiscale methods are available to solve large numerical systems. Originally, multiscale methods have been developed as upscaling-downscaling techniques to resolve strong permeability contrasts. In this case, two static grids are used: one is chosen with respect to the resolution of the permeability field (fine grid); the other (coarse grid) is used to approximate the fine-scale problem at low computational costs. The quality of the multiscale solution can be iteratively improved to avoid large errors in case of complex permeability structures. Adaptive formulations, which restrict the iterative update to domains with large gradients, enable limiting the additional computational costs of the iterations. In case of density-driven instabilities, additional spatial scales appear which change with time. Flexible adaptive methods are required to account for these emerging dynamic scales. The objective of this work is to develop an adaptive multiscale formulation for the efficient and accurate simulation of density-driven instabilities. We consider the Multiscale Finite-Volume (MsFV) method, which is well suited for simulations including the solution of transport problems as it guarantees a conservative velocity field. In the first part of this thesis, we investigate the applicability of the standard MsFV method to density- driven flow problems. We demonstrate that approximations in MsFV may trigger unphysical fingers and iterative corrections are necessary. Adaptive formulations (e.g., limiting a refined solution to domains with large concentration gradients where fingers form) can be used to balance the extra costs. We also propose to use the MsFV method as downscaling technique: the coarse discretization is used in areas without significant change in the flow field whereas the problem is refined in the zones of interest. This enables accounting for the dynamic change in scales of density-driven instabilities. In the second part of the thesis the MsFV algorithm, which originally employs one coarse level, is extended to an arbitrary number of coarse levels. We prove that this keeps the MsFV method efficient for problems with a large number of unknowns. In the last part of this thesis, we focus on the scales that control the evolution of density fingers. The identification of local and global flow patterns allows a coarse description at late times while conserving fine-scale details during onset stage. Results presented in this work advance the understanding of the Multiscale Finite-Volume method and offer efficient dynamic multiscale formulations to simulate density-driven instabilities. - Les nappes phréatiques caractérisées par des structures poreuses et des fractures très perméables représentent un intérêt particulier pour les hydrogéologues et ingénieurs environnementaux. Dans ces milieux, une large variété d'écoulements peut être observée. Les plus communs sont le transport de contaminants par les eaux souterraines, le transport réactif ou l'écoulement simultané de plusieurs phases non miscibles, comme le pétrole et l'eau. L'échelle qui caractérise ces écoulements est définie par l'interaction de l'hétérogénéité géologique et des processus physiques. Un fluide au repos dans l'espace interstitiel d'un milieu poreux peut être déstabilisé par des gradients de densité. Ils peuvent être induits par des changements locaux de température ou par dissolution d'un composé chimique. Les instabilités engendrées par des gradients de densité revêtent un intérêt particulier puisque qu'elles peuvent éventuellement compromettre la qualité des eaux. Un exemple frappant est la salinisation de l'eau douce dans les nappes phréatiques par pénétration d'eau salée plus dense dans les régions profondes. Dans le cas des écoulements gouvernés par les gradients de densité, les échelles caractéristiques de l'écoulement s'étendent de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères sur laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Etant donné que les investigations in-situ sont pratiquement impossibles, les modèles numériques sont utilisés pour prédire et évaluer les risques liés aux instabilités engendrées par les gradients de densité. Une description correcte de ces phénomènes repose sur la description de toutes les échelles de l'écoulement dont la gamme peut s'étendre sur huit à dix ordres de grandeur dans le cas de grands aquifères. Il en résulte des problèmes numériques de grande taille qui sont très couteux à résoudre. Des schémas numériques sophistiqués sont donc nécessaires pour effectuer des simulations précises d'instabilités hydro-dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes numériques qui permettent de simuler efficacement et avec précision les instabilités dues aux gradients de densité. Ces nouvelles méthodes sont basées sur les volumes finis multi-échelles. L'idée est de projeter le problème original à une échelle plus grande où il est moins coûteux à résoudre puis de relever la solution grossière vers l'échelle de départ. Cette technique est particulièrement adaptée pour résoudre des problèmes où une large gamme d'échelle intervient et évolue de manière spatio-temporelle. Ceci permet de réduire les coûts de calculs en limitant la description détaillée du problème aux régions qui contiennent un front de concentration mobile. Les aboutissements sont illustrés par la simulation de phénomènes tels que l'intrusion d'eau salée ou la séquestration de dioxyde de carbone.

Affective state and voice : cross-cultural assessment of speaking behavior and voice sound characteristics : a normative multicenter study of 577 + 36 healthy subjects

BACKGROUND: Human speech is greatly influenced by the speakers' affective state, such as sadness, happiness, grief, guilt, fear, anger, aggression, faintheartedness, shame, sexual arousal, love, amongst others. Attentive listeners discover a lot about the affective state of their dialog partners with no great effort, and without having to talk about it explicitly during a conversation or on the phone. On the other hand, speech dysfunctions, such as slow, delayed or monotonous speech, are prominent features of affective disorders. METHODS: This project was comprised of four studies with healthy volunteers from Bristol (English: n = 117), Lausanne (French: n = 128), Zurich (German: n = 208), and Valencia (Spanish: n = 124). All samples were stratified according to gender, age, and education. The specific study design with different types of spoken text along with repeated assessments at 14-day intervals allowed us to estimate the 'natural' variation of speech parameters over time, and to analyze the sensitivity of speech parameters with respect to form and content of spoken text. Additionally, our project included a longitudinal self-assessment study with university students from Zurich (n = 18) and unemployed adults from Valencia (n = 18) in order to test the feasibility of the speech analysis method in home environments. RESULTS: The normative data showed that speaking behavior and voice sound characteristics can be quantified in a reproducible and language-independent way. The high resolution of the method was verified by a computerized assignment of speech parameter patterns to languages at a success rate of 90%, while the correct assignment to texts was 70%. In the longitudinal self-assessment study we calculated individual 'baselines' for each test person along with deviations thereof. The significance of such deviations was assessed through the normative reference data. CONCLUSIONS: Our data provided gender-, age-, and language-specific thresholds that allow one to reliably distinguish between 'natural fluctuations' and 'significant changes'. The longitudinal self-assessment study with repeated assessments at 1-day intervals over 14 days demonstrated the feasibility and efficiency of the speech analysis method in home environments, thus clearing the way to a broader range of applications in psychiatry. © 2014 S. Karger AG, Basel.

Use of nanoparticles in Swiss industry: a targeted survey

A large number of applications using manufactured nanoparticles of less than 100 nm are currently being introduced into industrial processes. There is an urgent need to evaluate the risks of these novel particles to ensure their safe production, handling, use, and disposal. However, today we lack even rudimentary knowledge about type and quantity of industrially used manufactured nanoparticles and the level of exposure in Swiss industry. The goal of this study was to evaluate the use of nanoparticles, the currently implemented safety measures, and the number of potentially exposed workers in all types of industry. To evaluate this, a targeted telephone survey was conducted among health and safety representatives from 197 Swiss companies. The survey showed that nanoparticles are already used in many industrial sectors; not only in companies in the new field of nanotechnology, but also in more traditional sectors, such as paints. Forty-three companies declared to use or produce nanoparticles, and 11 imported and traded with prepackaged goods that contain nanoparticles. The following nanoparticles were found to be used in considerable quantities (> 1000 kg/year per company): Ag, Al-Ox, Fe-Ox, SiO2, TiO2, and ZnO. The median reported quantity of handled nanoparticles was 100 kg/year. The production of cosmetics, food, paints, powders, and the treatment of surfaces used the largest quantities of these nanoparticles. Generally, the safety measures were found to be higher in powder-based than in liquid-based applications. However, the respondents had many open questions about best practices, which points to the need for rapid development of guidelines and protection strategies

Overview of molecular interactions using Biacore

Surface Plasmon Resonance (SPR) technology is a powerful tool for studying a wide range of different putative interactions. This kind of optical biosensors allow to obtain (in real time and without labelling)quantitative and qualitative information about the kinetics of the surfacebindingprocess. The most critical points to keep in mind when using the technique are presented, as well as practical examples of applications.

Electron probe microanalysis: principles and applications

This article summarizes the basic principles of electron probe microanalysis, with examples of applications in materials science and geology that illustrate the capabilities of the technique.

Paleomagnetism: principles and applications

This article summarizes the basic principles of Paleomagnetism, with examples of applications in geology that illustrate the capabilities of the technique.

X-ray single crystal and powder diffraction: possibilities and applications

In this article the main possibilities of single crystal and powder diffraction analysis using conventional laboratory x-ray sources are introduced. Several examples of applications with different solid samples and in different fields of applications are shown illustrating the multidisciplinary capabilities of both techniques.

Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS): principles and applications

This article outlines the basis of the technique and shows some examples of applications in order to exhibit the expectations of this technique invaried scientific fields.

Soluble MHC-peptide complexes: tools for the monitoring of T cell responses in clinical trials and basic research.

Soluble MHC-peptide complexes, commonly known as tetramers, allow the detection and isolation of antigen-specific T cells. Although other types of soluble MHC-peptide complexes have been introduced, the most commonly used MHC class I staining reagents are those originally described by Altman and Davis. As these reagents have become an essential tool for T cell analysis, it is important to have a large repertoire of such reagents to cover a broad range of applications in cancer research and clinical trials. Our tetramer collection currently comprises 228 human and 60 mouse tetramers and new reagents are continuously being added. For the MHC II tetramers, the list currently contains 21 human (HLA-DR, DQ and DP) and 5 mouse (I-A(b)) tetramers. Quantitative enumeration of antigen-specific T cells by tetramer staining, especially at low frequencies, critically depends on the quality of the tetramers and on the staining procedures. For conclusive longitudinal monitoring, standardized reagents and analysis protocols need to be used. This is especially true for the monitoring of antigen-specific CD4+ T cells, as there are large variations in the quality of MHC II tetramers and staining conditions. This commentary provides an overview of our tetramer collection and indications on how tetramers should be used to obtain optimal results.

Rhea-a manually curated resource of biochemical reactions.

Rhea (http://www.ebi.ac.uk/rhea) is a comprehensive resource of expert-curated biochemical reactions. Rhea provides a non-redundant set of chemical transformations for use in a broad spectrum of applications, including metabolic network reconstruction and pathway inference. Rhea includes enzyme-catalyzed reactions (covering the IUBMB Enzyme Nomenclature list), transport reactions and spontaneously occurring reactions. Rhea reactions are described using chemical species from the Chemical Entities of Biological Interest ontology (ChEBI) and are stoichiometrically balanced for mass and charge. They are extensively manually curated with links to source literature and other public resources on metabolism including enzyme and pathway databases. This cross-referencing facilitates the mapping and reconciliation of common reactions and compounds between distinct resources, which is a common first step in the reconstruction of genome scale metabolic networks and models.

Securing dynamic itineraries for mobile agent applications

In this paper we present a novel mechanism for the protection of dynamic itineraries for mobile agent applications. Itineraries that are decided as the agent goes are essential in complex applications based on mobile agents, but no approach has been presented until now to protect them. We have conceived a cryptographic scheme for shielding dynamic itineraries from tampering, impersonation and disclosure. By using trust strategically, our scheme provides a balanced trade-off between flexibility and security. Our protection scheme has been thought always bearing in mind a feasible implementation, and thus facilitates the development of applications that make use of it. An example application based on a real healthcare scenario is also presented to show its operation.

End-to-end Availability ofCritical Applications

Diplomityön tavoitteena on määrittää case-yritykselle IT sovellusten käytettävyyden mittarit ja mittausprosessit, kartoittaa markkinoilla tarjollaolevien mittaustyökalujen mahdollisuuksia ja antaa suositus yrityksen tarpeisiin sopivimmista työkaluista. Aluksi työssä tutustutaan yleisesti sovellusten käytettävyyteen, sekä erityisesti sen mittaamiseen ja hallintaan. Case-yrityksen ulkoistettujen tietotekniikkapalveluiden johdosta tarkastelu keskittyy pääosin sovellusten monitorointiin, käytettävyyden hallintaan palveluntasosopimuksilla ja mittausprosesseihin. Lisäksi tutkitaan eri mittausmenetelmiä, määritetään yrityksen tarpeita ja tehdään vertailu työkaluista keskittyen toiminnallisiin ja teknisiin ominaisuuksiin. Päästä päähän sovellusten käytettävyyden mittauksen aloittaminen on iso projekti, josta tämä diplomityö kattaa vain osan. Lukuisat vaihtoehdot ovat harkittava tarkkaan liiketoiminnan kannalta parhaan hyödyn löytämiseksi.

Wavelet Filter Parameterization for Compression of Spectral Images

Vaatimus kuvatiedon tiivistämisestä on tullut entistä ilmeisemmäksi viimeisen kymmenen vuoden aikana kuvatietoon perustuvien sovellutusten myötä. Nykyisin kiinnitetään erityistä huomiota spektrikuviin, joiden tallettaminen ja siirto vaativat runsaasti levytilaa ja kaistaa. Aallokemuunnos on osoittautunut hyväksi ratkaisuksi häviöllisessä tiedontiivistämisessä. Sen toteutus alikaistakoodauksessa perustuu aallokesuodattimiin ja ongelmana on sopivan aallokesuodattimen valinta erilaisille tiivistettäville kuville. Tässä työssä esitetään katsaus tiivistysmenetelmiin, jotka perustuvat aallokemuunnokseen. Ortogonaalisten suodattimien määritys parametrisoimalla on työn painopisteenä. Työssä todetaan myös kahden erilaisen lähestymistavan samanlaisuus algebrallisten yhtälöiden avulla. Kokeellinen osa sisältää joukon testejä, joilla perustellaan parametrisoinnin tarvetta. Erilaisille kuville tarvitaan erilaisia suodattimia sekä erilaiset tiivistyskertoimet saavutetaan eri suodattimilla. Lopuksi toteutetaan spektrikuvien tiivistys aallokemuunnoksen avulla.

PROVISIONING OF MIDLETS

Java™ 2 Platform, Micro Edition on eräs johtava sovellusalusta, joka mahdollistaa kolmannen osapuolen sovellusten luomisen matkapuhelimiin, kommunikaattoreihin ja taskutietokoneisiin. Java-alusta keskeinen etu on sovellusten dynaaminen asentaminen. Käyttäjä ei ole rajoitettu esiasennettuihin sovelluksiin vaan voi asentaa niitä itse tarpeen mukaan. Tämän diplomityö käsittelee erilaisia Java sovellusten (MIDlettien) lataus ja asennusmenetelmiä. Diplomityö antaa yhteenvedon merkittävimmistä asennus teknologioista. Pääpaino on MIDP-standardin mukaisella langattomalle asennuksella (Over-The-Air provisioning) sillä se on kaikkein laajimmin käytetty menetelmä. Muita käsiteltäviä menetelmiä ovat WAP Push ja paikallinen asennus Bluetoothin ja Infrapunalinkin avulla. MIDletit, kuten mitkä tahansa ohjelmat, ovat alttiita laittomalle kopioinnille. Tämä diplomityö kuvaa menetelmiä, joilla laiton kopiointi voidaan estää. Yksi esimerkki on OMA™ DRM standardi. Diplomityö kuvaa myös kuinka kopiointisuojaus voidaan yhdistää olemassa oleviin asennusmenetelmiin. Java sovelluksia, MIDlettejä, käytetään yhä erilaisimpiin tarkoituksiin jolloin tarvitaan myös uusia asennusmenetelmiä. Yksi tällainen menetelmä on asentaminen erillisistä laitteista. Diplomityö kuvaa useita menetelmiä asentamiseen erillisistä laitteista. Käsitellyr menetelmät pohjautuvat Bluetooth teknologiaan ja yhtä lukuun ottamatta perustuvat standardin määrittelemiin Bluetooth profiileihin File Transfer Profile, Personal Area Networking Profile ja Object Push Profile. Toinen asennustapa on sovellusten edelleen lähettäminen toiseen puhelimeen. Diplomityö kuvaa kuinka OMA DRM standardi voidaan yhdistää tällaisen asennuksen ja ehdottaa kahta vaihtoehtoista menetelmää. Yksi perustuu Bluetoothin Object Push Profiiliin ja toinen Infrapunalinkin käyttöön. Toinen perustuu multimediaviestiin ja sähköpostiin.