Optimized back-focal-plane interferometry directly measures forces of optically trapped particles

Back-focal-plane interferometry is used to measure displacements of optically trapped samples with very high spatial and temporal resolution. However, the technique is closely related to a method that measures the rate of change in light momentum. It has long been known that displacements of the interference pattern at the back focal plane may be used to track the optical force directly, provided that a considerable fraction of the light is effectively monitored. Nonetheless, the practical application of this idea has been limited to counter-propagating, low-aperture beams where the accurate momentum measurements are possible. Here, we experimentally show that the connection can be extended to single-beam optical traps. In particular, we show that, in a gradient trap, the calibration product κ·β (where κ is the trap stiffness and 1/β is the position sensitivity) corresponds to the factor that converts detector signals into momentum changes; this factor is uniquely determined by three construction features of the detection instrument and does not depend, therefore, on the specific conditions of the experiment. Then, we find that force measurements obtained from back-focal-plane displacements are in practice not restricted to a linear relationship with position and hence they can be extended outside that regime. Finally, and more importantly, we show that these properties are still recognizable even when the system is not fully optimized for light collection. These results should enable a more general use of back-focal-plane interferometry whenever the ultimate goal is the measurement of the forces exerted by an optical trap.

MRS glucose mapping and PET joining forces: re-evaluation of the lumped constant in the rat brain under isoflurane anaesthesia.

Although numerous positron emission tomography (PET) studies with (18) F-fluoro-deoxyglucose (FDG) have reported quantitative results on cerebral glucose kinetics and consumption, there is a large variation between the absolute values found in the literature. One of the underlying causes is the inconsistent use of the lumped constants (LCs), the derivation of which is often based on multiple assumptions that render absolute numbers imprecise and errors hard to quantify. We combined a kinetic FDG-PET study with magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) of glucose dynamics in Sprague-Dawley rats to obtain a more comprehensive view of brain glucose kinetics and determine a reliable value for the LC under isoflurane anaesthesia. Maps of Tmax /CMRglc derived from MRSI data and Tmax determined from PET kinetic modelling allowed to obtain an LC-independent CMRglc . The LC was estimated to range from 0.33 ± 0.07 in retrosplenial cortex to 0.44 ± 0.05 in hippocampus, yielding CMRglc between 62 ± 14 and 54 ± 11 μmol/min/100 g, respectively. These newly determined LCs for four distinct areas in the rat brain under isoflurane anaesthesia provide means of comparing the growing amount of FDG-PET data available from translational studies.

Apport de l'utltrasonographie dans la chirurgie d'épargne du rein et du testicule [Benefits of ultrasonography in kidney and testicular-sparing surgery].

Renal and testicular cancers account for 4% and 1% of all malignancies, respectively. Their prevalence has increased over the past years and is related to the widespread use of medical imaging and the incidental findings of small asymptomatic tumors on computed tomography scanners and ultrasounds examinations. The urologist faces the dilemma of overtreating benign asymptomatic lesions with radical surgery. Therefore, organ-sparing surgery was developed. Recent studies have shown that recurrence rates are often similar between organ-sparing and radical surgery for small kidney or testicular tumors. However, the risk of positive surgical margins consecutive to organ-sparing surgery remains a matter of debate. This article discusses the role of ex-vivo peroperative ultrasonography in predicting negative surgical margins during kidney- and testicular-sparing surgery.

Comparison of an EMG-based and a stress-based method to predict shoulder muscle forces.

The estimation of muscle forces in musculoskeletal shoulder models is still controversial. Two different methods are widely used to solve the indeterminacy of the system: electromyography (EMG)-based methods and stress-based methods. The goal of this work was to evaluate the influence of these two methods on the prediction of muscle forces, glenohumeral load and joint stability after total shoulder arthroplasty. An EMG-based and a stress-based method were implemented into the same musculoskeletal shoulder model. The model replicated the glenohumeral joint after total shoulder arthroplasty. It contained the scapula, the humerus, the joint prosthesis, the rotator cuff muscles supraspinatus, subscapularis and infraspinatus and the middle, anterior and posterior deltoid muscles. A movement of abduction was simulated in the plane of the scapula. The EMG-based method replicated muscular activity of experimentally measured EMG. The stress-based method minimised a cost function based on muscle stresses. We compared muscle forces, joint reaction force, articular contact pressure and translation of the humeral head. The stress-based method predicted a lower force of the rotator cuff muscles. This was partly counter-balanced by a higher force of the middle part of the deltoid muscle. As a consequence, the stress-based method predicted a lower joint load (16% reduced) and a higher superior-inferior translation of the humeral head (increased by 1.2 mm). The EMG-based method has the advantage of replicating the observed cocontraction of stabilising muscles of the rotator cuff. This method is, however, limited to available EMG measurements. The stress-based method has thus an advantage of flexibility, but may overestimate glenohumeral subluxation.

Ornementation et discours architectural de la "villa" gallo-romaine d'Orbe-Boscéaz : l'apport des peintures

La présente thèse s'inscrit dans la continuité de la publication des fouilles menées de 1986 à 2002 sur le site de la villa gallo-romaine d'Orbe-Boscéaz/VD par l'Institut d'archéologie et des sciences de l'antiquité de l'Université de Lausanne (URBA I, à paraître dans les Cahiers d'archéologie romande). Elle constitue l'analyse approfondie du corpus des peintures murales fragmentaires -succinctement présentées dans URBA I - appartenant à la pars urbana qui succéda, entre 161 et 180 apr. J.-C, à un édifice plus petit du Ier s. de notre ère -dont les peintures sont publiées dans l'ouvrage sus-mentionné. N'ayant subi que de très rares modifications, cette pars urbana de caractère palatial forme un "ensemble clos" autorisant une analyse globale de la conception architecturale et décorative voulue par le bâtisseur ou son commanditaire. Le corpus pictural, composé d'un matériel assez ingrat remplissant quelque 600 cagettes de stockage, offre de ce fait l'intérêt d'une grande homogénéité chronologique et reflète la cohérence et l'unité de la décoration peinte d'origine. Le travail de discrimination et de remontage des ensembles a permet d'individualiser au moins 220 décors et revêtements muraux; l'ensemble des hypothèses de restitution des peintures donne ainsi une image minimale de l'environnement pictural de la pars urbana. Ce corpus pictural n'est toutefois que l'une des composantes du programme décoratif, aussi l'analyse de ses caractéristiques est-elle confrontée à celle des autres composantes ornementales (architecture, placages de marbres et surtout le remarquable ensemble des mosaïques qui fait la célébrité du site). La conjugaison des divers éléments et leur répartition au sein d'un plan bien connu et très symétrique orientent sur les choix décoratifs majeurs, et permettent sinon de reconstituer, tout au moins d'approcher la conception du programme architectural et décoratif voulu par le commanditaire ou son architecte; ce programme, comme fréquemment, reflète le statut du commanditaire, le met évidemment en scène et tient un discours sur la villa, adressé tant aux habitants qu'aux visiteurs. On trouvera dans le travail six chapitres formant l'essentiel de l'exploitation du corpus pictural urbigène. Le premier chapitre est introductif, et présente dans ses grandes lignes la pars urbana de Boscéaz comme cadre de référence. Il est suivi par un état des lieux des peintures murales retrouvées sur le site, abordant leur répartition, leur état de conservation et la méthodologie adoptée pour leur traitement comme leur étude (chapitre 2). Le chapitre 3 constitue l'étude technique des enduits peints. Il réunit toutes les observations que l'on peut faire sur les techniques de réalisation des peinture murales, de la préparation et la pose des mortiers de support aux tours de main des peintres pour le rendu d'un motif. Ce chapitre s'inscrit dans la perspective, appliquée à Boscéaz, d'études marquantes comme celles sur les techniques de préparation des parois (Allag /Barbet 1972, Barbet 1995) sur l'identification des pigments (PACT 17, 1985, Béarat 1997, Colloque de Fribourg 1997) et sur l'analyse des mortiers (Coutelas 2003). Suit le catalogue des peintures, basé sur une sélection de 3414 plaques remontées et fragments (chapitre 4) : il propose une description rigoureuse et systématique des motifs, ainsi que leur analyse stylistique qui apporte les éléments comparatifs permettant la compréhension du matériel, et justifiant son interprétation, voire sa restitution. Les décors y sont présentés par local de découverte; un paragraphe introductif réunit les données de fouille et des informations sur le local ou le prélèvement des enduits, et donne le nombre et la détermination des décors retrouvés. Chacun d'eux fait l'objet d'une notice regroupant: une détermination par le mortier de support (le tectorium); les observations techniques diverses; la description, la restitution le cas échéant, et l'analyse stylistique. Cette dernière privilégie les comparaisons locales, en Suisse d'abord puis dans les pays limitrophes de façon à mettre en évidence les liens plausibles entre certains sites et les éventuels indices d'une production régionale. La documentation graphique qui accompagne chaque décor dans le volume d'illustrations est constituée avant tout des planches photographiques des fragments à l'échelle 1:3, accompagnés le cas échéant de dessins au trait justifiant la lecture des motifs. Ceux-ci permettent la reconstitution idéale

Analyses génétiques : comment réagir en cas de résultats inattendus ?

Identification génétique, test de paternité, de fratrie, de maternité, tests génétiques diagnostiques, prédictifs, de porteurs et pharmacogénomiques, pénétrance de 100% ou incomplète... Ma cosa fare in questi casi? Pièges et traquenards...

Role of forkhead transcription factor FOXC2 in lymphatic vascular developement

Le système vasculaire lymphatique est le second réseau de vaisseaux du corps humain. Sa fonction principale est de retourner le fluide interstitiel excédentaire au système cardiovasculaire. Il est également impliqué dans la défense immunitaire de l'organisme, ainsi que dans le transport initial des graisses alimentaires. De multiples pathologies sont associées au dysfonctionnement du développement vasculaire lymphatique, dont les lymphoedèmes. Un des gènes clés dans le contrôle de l'étape de maturation du système lymphatique est le facteur de transcription FOXC2. De précédentes études utilisant des modèles génétiques mutins déficients en Foxc2 ont montré son rôle dans la régulation du processus de spécification des vaisseaux lymphatiques en capillaires versus vaisseaux collecteurs, ainsi que dans la formation des valves lymphatiques. Chez l'homme, les mutations dans le gène FOXC2 causent le syndrome lymphoedème- distichiasis. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes moléculaires qui régulent l'expression et l'activité de FOXC2 dans les vaisseaux lymphatiques. Nous avons découvert que la fonction de FOXC2 est régulée par phosphorylation de la protéine, qui détermine son activité transcriptionnelle au niveau génomique, jouant ainsi un rôle important dans le développement vasculaire in vivo. Les vaisseaux lymphatiques sont soumis à des forces de stress générées par le flux de la lymphe (FSS). Nous avons donc testé l'hypothèse que ces forces contribuent à la morphogenèse et à l'organisation des vaisseaux lymphatiques. In vitro, les cellules endothéliales lymphatiques répondent aux forces mécaniques, qui induisent l'expression de FOXC2, activent la voie de signalisation Ca2+/calcineurin/NFATcl et régulent l'expression de la protéine de jonction gap connexin37. Nous avons également montré que le stress de flux mécanique, FOXC2, calcineurin/NFATcl et connexin37 coopèrent dans le contrôle de la maturation des vaisseaux lymphatiques in vivo. En dernier lieu, nous avons cherché à identifier les récepteurs de surface cellulaires permettant le transfert du signal de stress mécanique qui induit l'expression de FOXC2. Nous présentons ici des données préliminaires, qui suggèrent le rôle de la voie de signalisation TGFß ainsi que l'implication des jonctions adhérentes dans ce processus. En conclusion, la présente étude met en lumière les mécanismes de l'activité de FOXC2 dans les cellules endothéliales lymphatiques et l'importance du rôle des forces mécaniques de flux dans le contrôle de son l'expression, ainsi que dans le développement et la fonction du système vasculaire lymphatique. - The lymphatic vascular system is a second vascular system of human body. Its main fonction is to transfer excess interstitial fluid back to cardiovascular system. In addition, it is involved in immune defense and responsible for the uptake of dietary fat. A number of pathologies called lymphedemas are associated with lymphatic vascular system dysfunction. Hereditary lymphedemas are caused by mutations in genes controlling lymphatic vascular development. One of the key genes responsible for lymphatic vascular maturation is forkhead transcription factor FOXC2. Previous studies of Foxc2 knockout mice showed that Foxc2 controls the process of lymphatic capillary versus collecting vessel fate specification and formation of lymphatic valves. Importantly, mutations in FOXC2 cause human lymphedema-distichiasis syndrome. In this work we investigated the molecular mechanisms regulating the expression and activity of FOXC2 in lymphatic vasculature. We discovered that FOXC2 function is regulated by phosphorylation. We describe how phosphorylation controls FOXC2 transcriptional activity on a genome-wide level and show that FOXC2 phosphorylation plays an important role in vascular development in vivo. Lymphatic vessels are subjected to fluid shear stress (FSS). Therefore we investigated whether mechanical forces contribute to lymphatic vascular patterning and morphogenesis. We found that FSS induces the expression of FOXC2, activates Ca2+/calcineurin/NFATcl signaling and induces the expression of gap junction protein connexin37 in lymphatic endothelial cells in vitro. Importantly, we were able to show that shear stress, FOXC2, calcineurin/NFATcl and connexin37, control maturation of lymphatic vessels in vivo. Finally, we searched for cell surface receptors that mediate the induction of FOXC2 by shear stress, and we present some preliminary data, suggesting the role of TGF-beta signaling and adherens junctions in this process. In conclusion, the present study sheds light on the mechanisms of FOXC2 activity and suggests an important role of mechanical forces in controlling FOXC2 expression as well as lymphatic system development and function.

Prédire la survenue d'un diabète: la place de scores cliniques et/ou génétiques [Genetic and/or clinical scores to anticipate the onset of diabetes]

Diabetes represents an important health burden on our society: for example in Lausanne (Switzerland) 16% of the adult population have abnormal glucose homeostasis and 6% have diabetes, of which about a third is not aware. Some guidelines identify the "at risk" population for which screening seems indicated. Simple clinical scores have been developed at allow to better estimate the risk of diabetes and hence to potentially better target screening of the disease. The recent discovery of more that 18 genetic variants associated with an increased risk to develop the diseased has allowed to include individual genotype into genetic risk scores. We will discuss in this article the usefulness of these genetic score, how they compare to clinical score, their implication for clinical practice as well as their potential ethical or economical consequences.