Quantitative multiparameter assays to measure the effect of adjuvants on human antigen-specific CD8 T-cell responses.

Large numbers and functionally competent T cells are required to protect from diseases for which antibody-based vaccines have consistently failed (1), which is the case for many chronic viral infections and solid tumors. Therefore, therapeutic vaccines aim at the induction of strong antigen-specific T-cell responses. Novel adjuvants have considerably improved the capacity of synthetic vaccines to activate T cells, but more research is necessary to identify optimal compositions of potent vaccine formulations. Consequently, there is a great need to develop accurate methods for the efficient identification of antigen-specific T cells and the assessment of their functional characteristics directly ex vivo. In this regard, hundreds of clinical vaccination trials have been implemented during the last 15 years, and monitoring techniques become more and more standardized.

The Effect of Functional Electrically Stimulated Ambulation Training on Locomotor Function and Quality of Life in Individuals With Incomplete Spinal Cord Injury

The purpose of this study was to investigate the effects of a 12-week FES-ambulation program on locomotor function and quality of life after incomplete spinal cord injury. Six individuals with incomplete SCI participated in the study. Over-ground walking endurance (6MWT), speed (10MWT), independence (WISCI II) and body-weight support were assessed. Quality of life was assessed via the SF-36, WHOQOL-BREF, Perceived Stress Scale, Center of Epidemiological Studies for Depression scale, and task self-efficacy. Participants experienced significant improvements in walking endurance (223.6±141.5m to 297.3±164.5m; p=0.03), body-weight support (55.3±12.6% to 14.7±23.2%; p= 0.005) and four of the six participants showed improvements on the WISCI II scale (1-4 points). In addition, there was a significant reduction in reported bodily pain (6.5±1.2 to 5.0±1.7; p=0.04). Therefore, FES-ambulation is an effective means for enhancing over-ground locomotor function in individuals with incomplete SCI. It may also be an effective method for reducing pain in individuals with SCI.

Anatomo-functional magnetic resonance imaging of the spinal cord and its application to the characterization of spinal lesions in cats

Les lésions de la moelle épinière ont un impact significatif sur la qualité de la vie car elles peuvent induire des déficits moteurs (paralysie) et sensoriels. Ces déficits évoluent dans le temps à mesure que le système nerveux central se réorganise, en impliquant des mécanismes physiologiques et neurochimiques encore mal connus. L'ampleur de ces déficits ainsi que le processus de réhabilitation dépendent fortement des voies anatomiques qui ont été altérées dans la moelle épinière. Il est donc crucial de pouvoir attester l'intégrité de la matière blanche après une lésion spinale et évaluer quantitativement l'état fonctionnel des neurones spinaux. Un grand intérêt de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) est qu'elle permet d'imager de façon non invasive les propriétés fonctionnelles et anatomiques du système nerveux central. Le premier objectif de ce projet de thèse a été de développer l'IRM de diffusion afin d'évaluer l'intégrité des axones de la matière blanche après une lésion médullaire. Le deuxième objectif a été d'évaluer dans quelle mesure l'IRM fonctionnelle permet de mesurer l'activité des neurones de la moelle épinière. Bien que largement appliquées au cerveau, l'IRM de diffusion et l'IRM fonctionnelle de la moelle épinière sont plus problématiques. Les difficultés associées à l'IRM de la moelle épinière relèvent de sa fine géométrie (environ 1 cm de diamètre chez l'humain), de la présence de mouvements d'origine physiologique (cardiaques et respiratoires) et de la présence d'artefacts de susceptibilité magnétique induits par les inhomogénéités de champ, notamment au niveau des disques intervertébraux et des poumons. L'objectif principal de cette thèse a donc été de développer des méthodes permettant de contourner ces difficultés. Ce développement a notamment reposé sur l'optimisation des paramètres d'acquisition d'images anatomiques, d'images pondérées en diffusion et de données fonctionnelles chez le chat et chez l'humain sur un IRM à 3 Tesla. En outre, diverses stratégies ont été étudiées afin de corriger les distorsions d'images induites par les artefacts de susceptibilité magnétique, et une étude a été menée sur la sensibilité et la spécificité de l'IRM fonctionnelle de la moelle épinière. Les résultats de ces études démontrent la faisabilité d'acquérir des images pondérées en diffusion de haute qualité, et d'évaluer l'intégrité de voies spinales spécifiques après lésion complète et partielle. De plus, l'activité des neurones spinaux a pu être détectée par IRM fonctionnelle chez des chats anesthésiés. Bien qu'encourageants, ces résultats mettent en lumière la nécessité de développer davantage ces nouvelles techniques. L'existence d'un outil de neuroimagerie fiable et robuste, capable de confirmer les paramètres cliniques, permettrait d'améliorer le diagnostic et le pronostic chez les patients atteints de lésions médullaires. Un des enjeux majeurs serait de suivre et de valider l'effet de diverses stratégies thérapeutiques. De telles outils représentent un espoir immense pour nombre de personnes souffrant de traumatismes et de maladies neurodégénératives telles que les lésions de la moelle épinière, les tumeurs spinales, la sclérose en plaques et la sclérose latérale amyotrophique.

Association between independence in daily activities and social roles in older adults with stroke

La réadaptation des personnes âgées ayant subi un accident vasculaire cérébral vise à améliorer les capacités et l’indépendance dans les activités de la vie courante. Les personnes âgées reprennent leurs rôles sociaux lorsqu’elles retournent vivre dans la communauté. L’objectif de ce mémoire est de clarifier la relation entre l’indépendance dans les activités de la vie courante au congé de la réadaptation intensive et la reprise des rôles sociaux six mois plus tard. L’échantillon se compose de 111 participants recrutés au congé et réévalués 6 mois plus tard. L’indépendance dans les activités de la vie courante est mesurée avec les sections pertinentes du Système de Mesure de l’Autonomie Fonctionnelle (SMAF). Les rôles sociaux sont mesurés avec la Mesure des Habitudes de Vie (MHAVIE); un score total ainsi que 4 sous-scores pour les responsabilités civiles, la vie communautaire, les relations interpersonnelles et les loisirs sont générés. Des analyses de régression hiérarchique sont utilisées pour vérifier l’association entre les activités de la vie courantes (variable indépendante) et les rôles sociaux (variables dépendante) tout en contrôlant pour les capacités (variables de contrôle). Les résultats suggèrent des associations significatives (p < .001) entre les activités de la vie courante et les rôles sociaux (score total de la MHAVIE), les sous scores des responsabilités civiles et de la vie communautaire, mais aucune association avec les relations interpersonnelles et les loisirs. Les scores les plus faibles sont obtenus pour les loisirs. Une deuxième phase de réadaptation après le retour à domicile pourrait permettre le développement des loisirs.

Use of cellular impedance to characterize ligand functional selectivity at G protein-coupled receptors

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) représentent la plus grande famille de cibles thérapeutiques pour le traitement d’une panoplie de pathologies humaines. Bien que plusieurs décennies de recherche aient permis de façonner nos connaissances sur ces protéines membranaires, notre compréhension des déterminants moléculaires de leur activité signalétique reste encore limitée. De ces domaines de recherche, une avancée récente a mis à jour un nouveau phénomène, appelé sélectivité fonctionnelle des ligands, qui a bouleversé les paradigmes décrivant leu fonctionnement de ces récepteurs. Ce concept émane d’observations montrant que l’activité pharmacologique de certains ligands n’est pas nécessairement conservée sur tout le répertoire signalétiques connu du récepteur et peu se restreindre à l'activation sélective d’un sous-groupe de voies de signalisation.Ce nouveau modèle pharmacologique de l'activation des RCPG ouvre de nouvelles possibilités pour la découverte de médicaments plus efficace et sûr, ciblant les RCPGs. En effet, il permet la conception de molécules modulant spécifiquement les voies signalétiques d’intérêt thérapeutique, sans engager les autres voies qui pourraient mener à des effets secondaires indésirables ou de la tolérance. Cette thèse décrit l'utilisation d'une nouvelle approche sans marquage, basée sur la mesure du changement l'impédance cellulaire. Par la mesure des changements cellulaires, comme la morphologie, l’adhésion et/ou la redistribution des macromolécules, cette approche permet de mesurer de façon simultanée l'activité de plusieurs voies de signalisation impliqués dans ces réponses. Utilisant le récepteur β2-adrénergique (β2AR) comme modèle, nous avons démontré que les variations dans l’impédance cellulaire étaient directement liées à l’activation de multiples voies de signalisation suite à la stimulation du récepteur par son ligand. L’agoniste type du β2AR, l’isoprotérénol, s’est avéré induire une réponse d’impédance dose-dépendante constituée, dans le temps, de plusieurs caractéristiques distinctes pouvant être bloquées de façon compétitive par l’antagoniste ICI118,551 Par l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs, nous avons été en mesure de déterminer la contribution de plusieurs voies signalétiques canoniques, comme les voies dépendantes de Gs et Gi, la production d’AMPc et l’activation de ERK1/2, sur ces changements. De plus, la dissection de la réponse d’impédance a permis d’identifier une nouvelle voie de mobilisation du Ca2+ contribuant à la réponse globale des changements initiés par la stimulation du β2AR. Dans une autre étude, nous avons rapporté que la réponse calcique induite par le β2AR serait attribuable à une transactivation Gs-dépendant du récepteur purinergique P2Y11, lui-même couplé à la protéine Gq. La mesure d’impédance permettant de distinguer et de décrire une pléiade d’activités signalétiques, nous avons émis l’hypothèse que des ligands arborant des profils signalétiques différents généreraient des réponses d’impédance distinctes. Le criblage d’une librairie de ligands spécifiques au β2AR a révélé une grande variété de signatures d’impédance. Grâce au développement d’une approche computationnelle innovatrice, nous avons été en mesure de regrouper ces signatures en cinq classes de composés, un regroupement qui s’est avéré hautement corrélé avec le profil signalétique des différents ligands. Nous avons ensuite combiné le criblage de composés par impédance avec l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs de voies signalétiques afin d’augmenter la résolution du regroupement. En évaluant l’impact d’une voie signalétique donnée sur la signature d’impédance, nous avons été en mesure de révéler une plus grande variété de textures parmi les ligands. De plus, cette méthode s’est avérée efficace pour prédire le profil signalétique d’une librairie de composés non caractérisés, ciblant le β2AR. Ces travaux ont mené à l’élaboration d’une méthode permettant d’exprimer visuellement la sélectivité fonctionnelle de ligands et ont révélé de nouvelles classes de composés pour ce récepteur. Ces nouvelles classes de composés ont ensuite été testées sur des cardiomyocytes humains, confirmant que les composés regroupés dans différentes classes produisent des effets distincts sur la contractilité de ces cellules. Globalement, ces travaux démontrent la pertinence de l’utilisation de l’impédance cellulaire pour une évaluation précise des différences fonctionnelles parmi les composés ciblant les RCPGs. En fournissant une représentation pluridimensionnelle de la signalisation émanant des RCPGs à l’aide d’un seul essai ne requérant pas de marquage, les signatures d’impédance représentent une stratégie simple et innovante pour l’évaluation de la fonctionnalité sélective des ligands. Cette méthode pourrait être d’une grande utilité dans le processus de découverte de nouveaux médicaments.

Quantitative functional MRI of the Cerebrovascular Reactivity to CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) est un résidu naturel du métabolisme cellulaire, la troisième substance la plus abondante du sang, et un important agent vasoactif. À la moindre variation de la teneur en CO2 du sang, la résistance du système vasculaire cérébral et la perfusion tissulaire cérébrale subissent des changements globaux. Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cet effet restent à être élucidés, le phénomène a été largement exploité dans les études de réactivité vasculaire cérébrale (RVC). Une voie prometteuse pour l’évaluation de la fonction vasculaire cérébrale est la cartographie de la RVC de manière non-invasive grâce à l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Des mesures quantitatives et non-invasives de de la RVC peuvent être obtenus avec l’utilisation de différentes techniques telles que la manipu- lation du contenu artériel en CO2 (PaCO2) combinée à la technique de marquage de spin artériel (Arterial Spin Labeling, ASL), qui permet de mesurer les changements de la perfusion cérébrale provoqués par les stimuli vasculaires. Toutefois, les préoccupations liées à la sensibilité et la fiabilité des mesures de la RVC limitent de nos jours l’adoption plus large de ces méthodes modernes de IRMf. J’ai considéré qu’une analyse approfondie ainsi que l’amélioration des méthodes disponibles pourraient apporter une contribution précieuse dans le domaine du génie biomédical, de même qu’aider à faire progresser le développement de nouveaux outils d’imagerie de diagnostique. Dans cette thèse je présente une série d’études où j’examine l’impact des méthodes alternatives de stimulation/imagerie vasculaire sur les mesures de la RVC et les moyens d’améliorer la sensibilité et la fiabilité de telles méthodes. J’ai aussi inclus dans cette thèse un manuscrit théorique où j’examine la possible contribution d’un facteur méconnu dans le phénomène de la RVC : les variations de la pression osmotique du sang induites par les produits de la dissolution du CO2. Outre l’introduction générale (Chapitre 1) et les conclusions (Chapitre 6), cette thèse comporte 4 autres chapitres, au long des quels cinq différentes études sont présentées sous forme d’articles scientifiques qui ont été acceptés à des fins de publication dans différentes revues scientifiques. Chaque chapitre débute par sa propre introduction, qui consiste en une description plus détaillée du contexte motivant le(s) manuscrit(s) associé(s) et un bref résumé des résultats transmis. Un compte rendu détaillé des méthodes et des résultats peut être trouvé dans le(s) dit(s) manuscrit(s). Dans l’étude qui compose le Chapitre 2, je compare la sensibilité des deux techniques ASL de pointe et je démontre que la dernière implémentation de l’ASL continue, la pCASL, offre des mesures plus robustes de la RVC en comparaison à d’autres méthodes pulsés plus âgées. Dans le Chapitre 3, je compare les mesures de la RVC obtenues par pCASL avec l’utilisation de quatre méthodes respiratoires différentes pour manipuler le CO2 artérielle (PaCO2) et je démontre que les résultats peuvent varier de manière significative lorsque les manipulations ne sont pas conçues pour fonctionner dans l’intervalle linéaire de la courbe dose-réponse du CO2. Le Chapitre 4 comprend deux études complémentaires visant à déterminer le niveau de reproductibilité qui peut être obtenu en utilisant des méthodes plus récentes pour la mesure de la RVC. La première étude a abouti à la mise au point technique d’un appareil qui permet des manipulations respiratoires du CO2 de manière simple, sécuritaire et robuste. La méthode respiratoire améliorée a été utilisée dans la seconde étude – de neuro-imagerie – où la sensibilité et la reproductibilité de la RVC, mesurée par pCASL, ont été examinées. La technique d’imagerie pCASL a pu détecter des réponses de perfusion induites par la variation du CO2 dans environ 90% du cortex cérébral humain et la reproductibilité de ces mesures était comparable à celle d’autres mesures hémodynamiques déjà adoptées dans la pratique clinique. Enfin, dans le Chapitre 5, je présente un modèle mathématique qui décrit la RVC en termes de changements du PaCO2 liés à l’osmolarité du sang. Les réponses prédites par ce modèle correspondent étroitement aux changements hémodynamiques mesurés avec pCASL ; suggérant une contribution supplémentaire à la réactivité du système vasculaire cérébral en lien avec le CO2.

Dopamine D1 and D2 Receptor Functional Regulation:Glutamate Receptor Gene Expression in the Brain of Hypoglycaemic and Hyperglycaemic Rats

In the present study a detailed investigation on the alterations of dopamine and its receptors in the brain regions of streptozotocin induced diabetic and insulin induced hypoglycaemic rats were carried out. Glutamate receptor, NMDARI gene expression in the hypoglycaemic and hyperglycaemic brain was also studied. EEG recording in hypoglycaemic and hyperglycaemic will be carried out to measure brain activity. in vitro studies on glucose uptake and insulin secretion, with and without specific antagonists were carried out to confirm the specific receptor subtypes - DA D1, DA D2 and NMDA involved in the functional regulation during hyperglycaemic and hypoglycaemic brain damage. The molecular studies on the brain damage through dopaminergic and glutamergic receptors will elucidate the therapeutic role in the corrective measures of the damage to the brain during hypoglycaemia and hyperglycaemia. This has importance in the management of diabetes and antidiabetic treatment for better intellectual functioning of the individual.

Measuring the functional responses of farmland birds: an example for a declining seed-feeding bunting

1. Many farmland bird species have undergone significant declines. It is important to predict the effect of agricultural change on these birds and their response to conservation measures. This requirement could be met by mechanistic models that predict population size from the optimal foraging behaviour and fates of individuals within populations. A key component of these models is the functional response, the relationship between food and competitor density and feeding rate. 2. This paper describes a method for measuring functional responses of farmland birds, and applies this method to a declining farmland bird, the corn bunting Miliaria calandra L. We derive five alternative models to predict the functional responses of farmland birds and parameterize these for corn bunting. We also assess the minimum sample sizes required to predict accurately the functional response. 3. We show that the functional response of corn bunting can be predicted accurately from a few behavioural parameters (searching rate, handling time, vigilance time) that are straightforward to measure in the field. These parameters can be measured more quickly than the alternative of measuring the functional response directly. 4. While corn bunting violated some of the assumptions of Holling's disk equation (model 1 in our study), it still provided the most accurate fit to the observed feeding rates while remaining the most statistically simple model tested. Our other models may be more applicable to other species, or corn bunting feeding in other locations. 5. Although further tests are required, our study shows how functional responses can be predicted, simplifying the development of mechanistic models of farmland bird populations.

Predicting the functional response of a farmland bird

1. Mechanistic models may be able to predict how changes in agricultural practice influence farmland bird populations. A key component of these models is the link between food and competitor densities and the rate at which birds consume food, i.e. the functional response. 2. This paper tests whether the functional response of a farmland bird, the rook Corvus frugilegus, can be predicted from three parameters: searching speed, food detection distance and handling time. It is often difficult to measure the functional response of farmland birds directly, but it may be possible to measure behavioural parameters more quickly. 3. We performed experiments in which rooks fed on a range of artificial food densities in two grass sward heights. Food detection distance was greater in the shorter sward, but sward height did not influence searching speed or handling time. The functional response could be accurately predicted in both sward heights. 4. We show that the functional response of a farmland bird can be predicted from parameters that can be measured more quickly than the alternative of measuring the functional response directly. This implies that the functional responses of other farmland birds may be predicted using a minimum of information.

Development and experimental identification of a biomechanical model of the trunk for functional electrical stimulation control in paraplegia

Objectives. Theoretic modeling and experimental studies suggest that functional electrical stimulation (FES) can improve trunk balance in spinal cord injured subjects. This can have a positive impact on daily life, increasing the volume of bimanual workspace, improving sitting posture, and wheelchair propulsion. A closed loop controller for the stimulation is desirable, as it can potentially decrease muscle fatigue and offer better rejection to disturbances. This paper proposes a biomechanical model of the human trunk, and a procedure for its identification, to be used for the future development of FES controllers. The advantage over previous models resides in the simplicity of the solution proposed, which makes it possible to identify the model just before a stimulation session ( taking into account the variability of the muscle response to the FES). Materials and Methods. The structure of the model is based on previous research on FES and muscle physiology. Some details could not be inferred from previous studies, and were determined from experimental data. Experiments with a paraplegic volunteer were conducted in order to measure the moments exerted by the trunk-passive tissues and artificially stimulated muscles. Data for model identification and validation also were collected. Results. Using the proposed structure and identification procedure, the model could adequately reproduce the moments exerted during the experiments. The study reveals that the stimulated trunk extensors can exert maximal moment when the trunk is in the upright position. In contrast, previous studies show that able-bodied subjects can exert maximal trunk extension when flexed forward. Conclusions. The proposed model and identification procedure are a successful first step toward the development of a model-based controller for trunk FES. The model also gives information on the trunk in unique conditions, normally not observable in able-bodied subjects (ie, subject only to extensor muscles contraction).

A functional coefficient model view of the Feldstein–Horioka puzzle

What does the saving–investment (SI) relation really measure and how should the SI relation be measured? These are two of the most discussed issues triggered by the so-called Feldstein–Horioka puzzle. Based on panel data we introduce a new variant of functional coefficient models that allows to separate long and short to medium run parameter dependence. The new modeling framework is applied to uncover the determinants of the SI relation. Macroeconomic state variables such as openness, the age dependency ratio, government current and consumption expenditures are found to affect the SI relation significantly in the long run.

A Wiener-Hopf type factorization for the exponential functional of Levy processes

For a Lévy process ξ=(ξt)t≥0 drifting to −∞, we define the so-called exponential functional as follows: Formula Under mild conditions on ξ, we show that the following factorization of exponential functionals: Formula holds, where × stands for the product of independent random variables, H− is the descending ladder height process of ξ and Y is a spectrally positive Lévy process with a negative mean constructed from its ascending ladder height process. As a by-product, we generate an integral or power series representation for the law of Iξ for a large class of Lévy processes with two-sided jumps and also derive some new distributional properties. The proof of our main result relies on a fine Markovian study of a class of generalized Ornstein–Uhlenbeck processes, which is itself of independent interest. We use and refine an alternative approach of studying the stationary measure of a Markov process which avoids some technicalities and difficulties that appear in the classical method of employing the generator of the dual Markov process.

Mapping the platelet profile for functional genomic studies and demonstration of the effect size of the GP6 locus

BACKGROUND: Evidence suggests the wide variation in platelet response within the population is genetically controlled. Unraveling the complex relationship between sequence variation and platelet phenotype requires accurate and reproducible measurement of platelet response. OBJECTIVE: To develop a methodology suitable for measuring signaling pathway-specific platelet phenotype, to use this to measure platelet response in a large cohort, and to demonstrate the effect size of sequence variation in a relevant model gene. METHODS: Three established platelet assays were evaluated: mobilization of [Ca(2+)](i), aggregometry and flow cytometry, each in response to adenosine 5'-diphosphate (ADP) or the glycoprotein (GP) VI-specific crosslinked collagen-related peptide (CRP). Flow cytometric measurement of fibrinogen binding and P-selectin expression in response to a single, intermediate dose of each agonist gave the best combination of reproducibility and inter-individual variability and was used to measure the platelet response in 506 healthy volunteers. Pathway specificity was ensured by blocking the main subsidiary signaling pathways. RESULTS: Individuals were identified who were hypo- or hyper-responders for both pathways, or who had differential responses to the two agonists, or between outcomes. 89 individuals, retested three months later using the same methodology, showed high concordance between the two visits in all four assays (r(2) = 0.872, 0.868, 0.766 and 0.549); all subjects retaining their phenotype at recall. The effect of sequence variation at the GP6 locus accounted for approximately 35% of the variation in the CRP-XL response. CONCLUSION: Genotyping-phenotype association studies in a well-characterized, large cohort provides a powerful strategy to measure the effect of sequence variation in genes regulating the platelet response.

Size matters: body size determines functional responses of ground beetle interactions

Understanding patterns in predator:prey systems and the mechanisms that underlie trophic interactions provides a basis for predicting community structure and the delivery of natural pest control services. The functional response of predators to prey density is a fundamental measure of interaction strength and its characterisation is essential to understanding these processes. We used mesocosm experiments to quantify the functional responses of five ground beetle species that represent common generalist predators of north-west European arable agriculture. We investigated two mechanisms predicted to be key drivers of trophic interactions in natural communities: predator:prey body size ratio and multiple predator effects. Our results show regularities in foraging patterns characteristic of similarly sized predators. Ground beetle attack rates increased and handling times decreased as the predator:prey body-mass ratio rose. Multiple predator effects on total prey consumption rates were sensitive to the identity of the interacting species but not prey density. The extent of interspecific interactions may be a result of differences in body mass between competing beetle species. Overall these results add to the growing evidence for the importance of size in determining trophic interactions and suggest that body mass could offer a focus on which to base the management of natural enemy assemblages.

The market for financial report audits : regulation of and competition for auditor independence

The independence of auditors and the quality of financial report audits generally are rarely tested except in circumstances of corporate failure when alleged sub-optimality is present. Often auditors have good defences as to their expertise or competency, but rarely do they have equally convincing defences for the independence of their audit. A major issue for the regulation of auditor independence is that the threats to independence are often subtle and difficult to measure. This paper argues that firms undertaking financial report audits need to be transparent and competitive in respect of auditor independence. Two models that adopt this premise are proposed.