Développement et caractérisation de nouveaux modèles du cancer épithélial de l’ovaire

Le cancer épithélial de l’ovaire (EOC) est le plus mortel des cancers gynécologiques. Cette maladie complexe progresse rapidement de façon difficilement décelable aux stades précoces. De plus, malgré une chirurgie cytoréductive et des traitements de chimiothérapie le taux de survie des patientes diagnostiquées aux stades avancées demeurt faible. Dans le but d’étudier l’EOC dans un contexte ex vivo, l’utilisation de modèles cellulaires est indispensable. Les lignées cellulaires d’EOC sont un outil pratique pour la recherche cependant, la façon dont l'expression des gènes est affectée en culture par comparaison à la tumeur d'origine n'est pas encore bien élucidée. Notre objectif était donc de développer et de caractériser de nouveaux modèles de culture in vitro qui réflèteront plus fidèlement la maladie in vivo. Nous avons tout d’abord utiliser des lignées cellulaires disponibles au laboratoire afin de mettre au point un modèle 3D de culture in vitro d’EOC. Des sphéroïdes ont été générés à l’aide de la méthode des gouttelettes inversées, une méthode pionnière pour la culture des cellules tumorales. Nous avons ensuite procédé à une analyse des profils d’expression afin de comparer le modèle sphéroïde au modèle de culture en monocouche et le modèle xénogreffe in vivo. Ainsi, nous avons identifié des gènes stratifiant les modèles tridimensionnels, tant in vivo qu’in vitro, du modèle 2D monocouche. Parmi les meilleurs candidats, nous avons sélectionné S100A6 pour une caractérisation ultérieure. L’expression de ce gène fût modulée afin d’étudier l’impact de son inhibition sur les paramètres de croissance des sphéroïdes. L’inhibition de ce gène a comme effet de réduire la motilité cellulaire mais seulement au niveau du modèle sphéroïde. Finalement, toujours dans l’optique de développer des modèles d’EOC les plus représentatifs de la maladie in vivo, nous avons réussi à développer des lignées cellulaires uniques dérivées de patientes atteintes d’EOC du type séreux, soit le plus commun des EOC. Jusque là, très peu de lignées cellulaires provenant de ce type de cancer et de patientes n’ayant pas reçu de chimiothérapie ont été produites. De plus, nous avons pour la première fois caractérise des lignées d’EOC de type séreux provenant à la fois de l’ascite et de la tumeur solide de la même patiente.

L'élastographie ultrasonore dynamique vasculaire : une nouvelle modalité d'imagerie non-invasive pour la caractérisation mécanique de la thrombose veineuse

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie.

Les fluctuations glycémiques et l'inflammation dans le diabète secondaire à la fibrose kystique

La fibrose kystique (FK) est la maladie autosomique récessive la plus fréquente chez les individus de race caucasienne. Elle est secondaire à la mutation du gène Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR). Grâce à des traitements plus agressifs, la médiane de l’espérance de vie des individus atteints de la FK a augmenté et cette augmentation est associée à l’émergence du diabète secondaire ou associé à la FK (DAFK), une complication associée à une augmentation du taux de mortalité. La pathophysiologie du DAFK n’est pas parfaitement comprise. Par exemple, la cause de l’accélération de la perte de la fonction pulmonaire, qui débute des années avant l’apparition du DAFK, n'est pas élucidée. Tous les patients atteints de la FK, même ceux sans le DAFK, présentent de l’hyperglycémie et des fluctuations glycémiques. D’ailleurs, une étude a démontré que la réactivité immunitaire est affectée par l’hyperglycémie dans un modèle animal de la FK et il y a des évidences que les lymphocytes sans CFTR fonctionnel ou en présence d’un excès de glucose ont des réactions inflammatoires anormales. Donc, nous avons émis l’hypothèse que les patients atteints de la FK, surtout ceux non-diabétiques et pré-diabétiques, auront une plus grande proportion de lymphocytes Th17 et Treg produisant la cytokine pro-inflammatoire IL-17A comparativement aux sujets sains et que l’augmentation de cette cytokine pourrait influencer la chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition du DAFK. Des niveaux élevés d’IL-17A sont retrouvés dans les poumons des patients atteints de la FK et dans le sang périphérique des patients avec le diabète de type 1 (DT1) et de type 2 (DT2). L’IL-17A peut aussi être produite par les lymphocytes Treg dysfonctionnels. Habituellement, ces lymphocytes atténuent les réponses inflammatoires excessives, mais lorsqu’ils sont dysfonctionnels, ils peuvent produire de l’IL-17A, contribuant ainsi à l’état inflammatoire. De plus, nous avons supposé que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A seront associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK et que l’alimentation, l’activité physique et la composition corporelle influenceraient ces relations. Les résultats de cette thèse ont montré que, malgré une association entre la proportion de lymphocytes dans le sang périphérique et les indices de fluctuations glycémiques, celles-ci n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A lorsqu’ils étaient mis en culture pour 24 ou 48 heures dans des milieux contenant soit 5 mM ou 25 mM de glucose et stimulés par le phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) et le phytohemagglutinine (PHA) ou, encore, non stimulés. De plus, ces proportions étaient semblables entre les patients atteints de la FK et les individus en santé. Toutefois, les proportions de lymphocytes Treg stimulés produisant de l’IL-17A des sujets sains étaient plus élevées que les proportions de lymphocytes Treg non stimulés de tous les participants (patients atteints de la FK et individus en santé). Tout ceci suggérant donc que les Treg des sujets sains et atteints de la FK ne réagissaient pas de la même façon à la stimulation. D’ailleurs, la durée d’incubation affectait les proportions de Th17 produisant de l’IL-17A, mais elle n’avait aucun effet sur les proportions de Treg produisant cette cytokine. Donc, ces types cellulaires réagissaient différemment dans les mêmes milieux de culture. De plus, nous avons observé que seulement l’énergie provenant des glucides affectait modestement les indices de fluctuations glycémiques et que les proportions de Th17 et Treg produisant de l’IL-17A n’étaient pas associées aux fonctions pulmonaires des patients atteints de la FK. En conclusion, les patients atteints de la FK avaient plus d’hyperglycémie et de fluctuations glycémiques, mais elles n’influençaient pas les proportions de lymphocytes Th17 et Treg produisant de l’IL-17A ex vivo. Dans des études futures, il faudrait étudier le rôle de l’IL-17A dans les poumons des patients avec et sans le DAFK et réaliser une étude prospective pour déterminer si une augmentation des niveaux d’IL-17A chez les patients sans le DAFK se traduit par une chute accélérée des fonctions pulmonaires avant l’apparition de cette complication.

Développement d'une nouvelle méthode de caractérisation tissulaire basée sur l'élastographie ultrasonore : application pour le dépistage précoce du cancer du sein

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme. Il demeure la cause de mortalité la plus importante chez les femmes âgées entre 35 et 55 ans. Au Canada, plus de 20 000 nouveaux cas sont diagnostiqués chaque année. Les études scientifiques démontrent que l'espérance de vie est étroitement liée à la précocité du diagnostic. Les moyens de diagnostic actuels comme la mammographie, l'échographie et la biopsie comportent certaines limitations. Par exemple, la mammographie permet de diagnostiquer la présence d’une masse suspecte dans le sein, mais ne peut en déterminer la nature (bénigne ou maligne). Les techniques d’imagerie complémentaires comme l'échographie ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont alors utilisées en complément, mais elles sont limitées quant à la sensibilité et la spécificité de leur diagnostic, principalement chez les jeunes femmes (< 50 ans) ou celles ayant un parenchyme dense. Par conséquent, nombreuses sont celles qui doivent subir une biopsie alors que leur lésions sont bénignes. Quelques voies de recherche sont privilégiées depuis peu pour réduire l`incertitude du diagnostic par imagerie ultrasonore. Dans ce contexte, l’élastographie dynamique est prometteuse. Cette technique est inspirée du geste médical de palpation et est basée sur la détermination de la rigidité des tissus, sachant que les lésions en général sont plus rigides que le tissu sain environnant. Le principe de cette technique est de générer des ondes de cisaillement et d'en étudier la propagation de ces ondes afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu via un problème inverse préétabli. Cette thèse vise le développement d'une nouvelle méthode d'élastographie dynamique pour le dépistage précoce des lésions mammaires. L'un des principaux problèmes des techniques d'élastographie dynamiques en utilisant la force de radiation est la forte atténuation des ondes de cisaillement. Après quelques longueurs d'onde de propagation, les amplitudes de déplacement diminuent considérablement et leur suivi devient difficile voir impossible. Ce problème affecte grandement la caractérisation des tissus biologiques. En outre, ces techniques ne donnent que l'information sur l'élasticité tandis que des études récentes montrent que certaines lésions bénignes ont les mêmes élasticités que des lésions malignes ce qui affecte la spécificité de ces techniques et motive la quantification de d'autres paramètres mécaniques (e.g.la viscosité). Le premier objectif de cette thèse consiste à optimiser la pression de radiation acoustique afin de rehausser l'amplitude des déplacements générés. Pour ce faire, un modèle analytique de prédiction de la fréquence de génération de la force de radiation a été développé. Une fois validé in vitro, ce modèle a servi pour la prédiction des fréquences optimales pour la génération de la force de radiation dans d'autres expérimentations in vitro et ex vivo sur des échantillons de tissu mammaire obtenus après mastectomie totale. Dans la continuité de ces travaux, un prototype de sonde ultrasonore conçu pour la génération d'un type spécifique d'ondes de cisaillement appelé ''onde de torsion'' a été développé. Le but est d'utiliser la force de radiation optimisée afin de générer des ondes de cisaillement adaptatives, et de monter leur utilité dans l'amélioration de l'amplitude des déplacements. Contrairement aux techniques élastographiques classiques, ce prototype permet la génération des ondes de cisaillement selon des parcours adaptatifs (e.g. circulaire, elliptique,…etc.) dépendamment de la forme de la lésion. L’optimisation des dépôts énergétiques induit une meilleure réponse mécanique du tissu et améliore le rapport signal sur bruit pour une meilleure quantification des paramètres viscoélastiques. Il est aussi question de consolider davantage les travaux de recherches antérieurs par un appui expérimental, et de prouver que ce type particulier d'onde de torsion peut mettre en résonance des structures. Ce phénomène de résonance des structures permet de rehausser davantage le contraste de déplacement entre les masses suspectes et le milieu environnant pour une meilleure détection. Enfin, dans le cadre de la quantification des paramètres viscoélastiques des tissus, la dernière étape consiste à développer un modèle inverse basé sur la propagation des ondes de cisaillement adaptatives pour l'estimation des paramètres viscoélastiques. L'estimation des paramètres viscoélastiques se fait via la résolution d'un problème inverse intégré dans un modèle numérique éléments finis. La robustesse de ce modèle a été étudiée afin de déterminer ces limites d'utilisation. Les résultats obtenus par ce modèle sont comparés à d'autres résultats (mêmes échantillons) obtenus par des méthodes de référence (e.g. Rheospectris) afin d'estimer la précision de la méthode développée. La quantification des paramètres mécaniques des lésions permet d'améliorer la sensibilité et la spécificité du diagnostic. La caractérisation tissulaire permet aussi une meilleure identification du type de lésion (malin ou bénin) ainsi que son évolution. Cette technique aide grandement les cliniciens dans le choix et la planification d'une prise en charge adaptée.

Développement d'une sonde fluorescente bioactivable pour l'étude du rôle in vitro et in vivo des protéases dégradant l’apolipoprotéine A-I.

Les effets bénéfiques des lipoprotéines de haute densité (HDL) contre l'athérosclérose ont été attribués, en grande partie, à leur composante protéique majeure, l'apolipoprotéine A-I (apoA-I). Cependant, il y a des indications que l'apoA-I peut être dégradée par des protéases localisées dans les plaques athérosclérotiques humaines, ce qui pourrait réduire l'efficacité des thérapies basées sur les HDL sous certaines conditions. Nous décrivons ici le développement et l'utilisation d'une nouvelle sonde bioactivatable fluorescente dans le proche infrarouge, apoA-I-Cy5.5, pour l'évaluation des activités protéolytiques spécifiques qui dégradent l'apoA-I in vitro, in vivo et ex vivo. La fluorescence basale de la sonde est inhibée par la saturation du fluorophore Cy5.5 sur la protéine apoA-I, et la fluorescence émise par le Cy5.5 (proche infrarouge) est révélée après clivage de la sonde. La protéolyse in vitro de l'apoA-I par des protéases a montré une augmentation de la fluorescence allant jusqu'à 11 fois (n=5, P ≤ 0.05). En utilisant notre nouvelle sonde apoA-I-Cy5.5 nous avons pu quantifier les activités protéolytiques d'une grande variété de protéases, incluant des sérines (chymase), des cystéines (cathepsine S), et des métalloprotéases (MMP-12). En outre, nous avons pu détecter l'activation de la sonde apoA-I-Cy5.5 sur des sections d'aorte de souris athérosclérotiques par zymographie in situ et avons observé qu'en présence d'inhibiteurs de protéases à large spectre, la sonde pourrait être protégée des activités protéolytiques des protéases (-54%, n=6, P ≤ 0,001). L'infusion in vivo de la sonde apoA-I-Cy5.5 dans les souris athérosclérotiques (Ldlr -/--Tg (apoB humaine)) a résulté en utilisant un système d'imagerie moléculaire combinant la fluorescence moléculaire tomographique et la résonance magnétique,en un signal de fluorescence dans l'aorte plus important que celui dans les aortes des souris de type sauvage C57Bl/6J (CTL). Les mesures in vivo ont été confirmées par l'imagerie ex vivo de l'aorte qui a indiqué une augmentation de 5 fois du signal fluorescent dans l'aorte des souris ATX (n=5) par rapport à l'aorte des souris (n=3) CTL (P ≤ 0,05). L'utilisation de cette sonde pourrait conduire à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent le développement et la progression de l'athérosclérose et l'amélioration des stratégies thérapeutiques à base de HDL.

The antithrombotic effect of dextran-40 in man is due to enhanced fibrinolysis in vivo

BACKGROUND: Dextran-40 is effective in reducing postoperative Doppler-detectable embolization in patients undergoing carotid endarterectomy (CEA). Dextrans are thought to have antithrombotic and antiplatelet effects. The mode of action is unclear. In rats, dextran blocks uptake of tissue plasminogen activator (tPA) by mannose-binding receptors. Because this would have the effect of enhancing endogenous fibrinolysis, we explored this effect of dextran-40 on fibrinolysis in man. METHODS: Twenty patients undergoing endovascular stenting for abdominal aortic aneurysm were randomized to receive 100 mL of 10% dextran-40 or saline, over 1 hour, during their operation in addition to heparin. Blood samples were taken preoperatively, intraoperatively (immediately after operative procedure), and 24 hours postoperatively. Thrombi were formed in a Chandler loop and used to assess endogenous fibrinolysis over 24 hours, measured as the fall in thrombus weight, and the release of fluorescently labelled fibrinogen from the thrombus. Plasma samples were analyzed for markers of fibrinolysis; plasmin-antiplasmin (PAP), PAI-1, and t-PA, and for functional von Willebrand factor (vWF). Platelet response to thrombin and other agonists was measured by flow cytometry. RESULTS: Thrombi formed ex vivo from the intraoperative blood samples from the dextran-treated patients exhibited significantly greater fibrinolysis vs preoperative samples, seen both as a significantly greater percentage reduction in thrombus weight (from 34.7% to 70.6% reduction) and as an 175% increase in the release of fluorescence (P < .05). Fibrinolysis returned to baseline levels the next day. No change was seen in the saline-treated group. Plasma levels of PAP and PAI-1 increased significantly postoperatively in the dextran-treated group vs the saline group (P < .05). The postoperative level of functional VWF was significantly lower in the dextran-treated group vs controls. A specific reduction occurred in the platelet response to thrombin, but not to other agonists, in the intraoperative samples from the dextran-treated group (11.1% vs 37.1%; P = .022), which was not seen in the controls. CONCLUSIONS: These data are consistent with a rise in plasmin due to dextran blockade of tPA uptake in vivo, leading to enhanced fibrinolysis, cleavage of vWF and of the platelet protease-activated receptor-1 (PAR-1) thrombin receptor. This suggests that dextran exerts a combined therapeutic effect, enhancing endogenous fibrinolysis, whilst also reducing platelet adhesion to vWF and platelet activation by thrombin. The proven antithrombotic efficacy of low-dose dextran in carotid surgery may be applicable to wider therapeutic use.

Outcome of Root Canal Treatment in Dogs Determined by Periapical Radiography and Cone-Beam Computed Tomography Scans

The purpose of this study was to compare the favorable outcome of root canal treatment determined by periapical radiographs (PRs) and cone beam computed tomography (CBCT) scans. Ninety-six roots of dogs` teeth were used to form four groups (n = 24). In group 1, root canal treatments were performed in healthy teeth. Root canals in groups 2 through 4 were infected until apical periodontitis (AP) was radiographically confirmed. Roots with AP were treated by one-visit therapy in group 2, by two-visit therapy in group 3, and left untreated in group 4. The radiolucent area in the PRs and the volume of CBCT-scanned periapical lesions were measured before and 6 months after the treatment. In groups 1, 2, and 3, a favorable outcome (lesions absent or reduced) was shown in 57 (79%) roots using PRs but only in 25 (35%) roots using CBCT scans (p = 0.0001). Unfavorable outcomes occurred more frequently after one-visit therapy than two-visit therapy when determined by CBCT scans (p = 0.023). (J Endod 2009; 35:723-726)

Dexamethasone treatment in vivo counteracts the functional pancreatic islet alterations caused by malnourishment in rats

The effects of dexamethasone (Dex) on the metabolic parameters, peripheral insulin, and glucose sensitivity in vivo as well as on islet function ex vivo of rats submitted to low-protein diet were analyzed. Dexamethasone (1.0 mg/kg body weight) was administered intraperitoneally daily to adult Wistar rats fed on a normal-protein diet or low-protein diet (LPD) for 5 days, whereas control rats fed on a normal-protein diet or low-protein diet (LP) received saline alone. At the end of the experimental period, LP rats showed a significant reduction in serum insulin, total serum protein, and serum albumin levels compared with rats fed on a normal-protein diet (P < .05). All these parameters tended to be normalized in LPD rats (P < .05); furthermore, these rats exhibited increased serum glucose and nonesterified fatty acid levels compared with LP rats (P < .05). Rats submitted to the low-protein diet demonstrated normal peripheral glucose sensitivity and improved peripheral insulin sensitivity, which was reversed by Dex treatment. A reduced area of islets from LP rats was partially recovered in LPD rats (P < .05). At 16.7 mmol/L glucose, insulin secretion from LPD islets was also partially recovered and was significantly higher than that from LP islets (P < .05). In conclusion, induction of insulin resistance by Dex treatment reverses most of the metabolic alterations in rats submitted to a low-protein diet. In addition, several islet functions were also improved by Dex, confirming the plasticity of pancreatic islets in adverse conditions. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Lufaxin, a Novel Factor Xa Inhibitor From the Salivary Gland of the Sand Fly Lutzomyia longipalpis Blocks Protease-Activated Receptor 2 Activation and Inhibits Inflammation and Thrombosis In Vivo

Objective-Blood-sucking arthropods' salivary glands contain a remarkable diversity of antihemostatics. The aim of the present study was to identify the unique salivary anticoagulant of the sand fly Lutzomyia longipalpis, which remained elusive for decades. Methods and Results-Several L. longipalpis salivary proteins were expressed in human embryonic kidney 293 cells and screened for inhibition of blood coagulation. A novel 32.4-kDa molecule, named Lufaxin, was identified as a slow, tight, noncompetitive, and reversible inhibitor of factor Xa (FXa). Notably, Lufaxin's primary sequence does not share similarity to any physiological or salivary inhibitors of coagulation reported to date. Lufaxin is specific for FXa and does not interact with FX, Dansyl-Glu-Gly-Arg-FXa, or 15 other enzymes. In addition, Lufaxin blocks prothrombinase and increases both prothrombin time and activated partial thromboplastin time. Surface plasmon resonance experiments revealed that FXa binds Lufaxin with an equilibrium constant approximate to 3 nM, and isothermal titration calorimetry determined a stoichiometry of 1:1. Lufaxin also prevents protease-activated receptor 2 activation by FXa in the MDA-MB-231 cell line and abrogates edema formation triggered by injection of FXa in the paw of mice. Moreover, Lufaxin prevents FeCl3-induced carotid artery thrombus formation and prolongs activated partial thromboplastin time ex vivo, implying that it works as an anticoagulant in vivo. Finally, salivary gland of sand flies was found to inhibit FXa and to interact with the enzyme. Conclusion-Lufaxin belongs to a novel family of slow-tight FXa inhibitors, which display antithrombotic and anti-inflammatory activities. It is a useful tool to understand FXa structural features and its role in prohemostatic and proinflammatory events. (Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2012;32:2185-2196.)

In vivo hydroquinone exposure impairs MCP-1 secretion and monocyte recruitment into the inflamed lung

Alveolar macrophages (AMs) are important cells in the resolution of the inflammatory process and they come into direct contact with inhaled pollutants. Hydroquinone (HQ) is an environmental pollutant and a component of cigarette smoke that causes immunosuppressive effects. In the present work, we showed that mice exposed to low levels of aerosolized HQ (25 ppm; 1 h/day/5 days) presented impaired mononuclear cell migration to the lipopolysaccharide (LPS)-inflamed lung. This may have been due to reduced monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) secretion into bronchoalveolar lavage fluid (BALF), and it was not related to alterations to mononuclear cell mobilization into the blood or adhesion molecules expression on mononuclear cell membranes. Corroborating the actions of HQ on MCP-1 secretion, reduced MCP-1 concentrations were also found in the supernatant of ex vivo AM and tracheal tissue collected from HQ-exposed mice. A direct action of HQ on MCP-1 secretion, resulting from impaired gene synthesis, was verified by in vitro incubation of naive AMs or tracheal tissue with HQ. The role of reduced levels of MCP-1 in the BALF on monocyte migration was analysed in the human monocytic lineage THP-1 in in vitro chemotaxis assays, which showed that the reduced concentrations of MCP-1 found in the BALF or cell supernatants from HQ-exposed mice impaired cell migration. Considering the fact that MCP-1 presents a broad spectrum of actions on pathophysiological conditions and that resident mononuclear cells are involved in lung tissue homeostasis and in immune host defence, the mechanism of HQ toxicity presented herein might be relevant to the genesis of infectious lung diseases in smokers and in inhabitants of polluted areas. (C) 2012 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Biochemistry in healthy and neoplastic human tissues: metabolic alteration revealed by HR-MAS nuclear magnetic resonance spectroscopy

This thesis is focused on the metabolomic study of human cancer tissues by ex vivo High Resolution-Magic Angle Spinning (HR-MAS) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. This new technique allows for the acquisition of spectra directly on intact tissues (biopsy or surgery), and it has become very important for integrated metabonomics studies. The objective is to identify metabolites that can be used as markers for the discrimination of the different types of cancer, for the grading, and for the assessment of the evolution of the tumour. Furthermore, an attempt to recognize metabolites, that although involved in the metabolism of tumoral tissues in low concentration, can be important modulators of neoplastic proliferation, was performed. In addition, NMR data was integrated with statistical techniques in order to obtain semi-quantitative information about the metabolite markers. In the case of gliomas, the NMR study was correlated with gene expression of neoplastic tissues. Chapter 1 begins with a general description of a new “omics” study, the metabolomics. The study of metabolism can contribute significantly to biomedical research and, ultimately, to clinical medical practice. This rapidly developing discipline involves the study of the metabolome: the total repertoire of small molecules present in cells, tissues, organs, and biological fluids. Metabolomic approaches are becoming increasingly popular in disease diagnosis and will play an important role on improving our understanding of cancer mechanism. Chapter 2 addresses in more detail the basis of NMR Spectroscopy, presenting the new HR-MAS NMR tool, that is gaining importance in the examination of tumour tissues, and in the assessment of tumour grade. Some advanced chemometric methods were used in an attempt to enhance the interpretation and quantitative information of the HR-MAS NMR data are and presented in chapter 3. Chemometric methods seem to have a high potential in the study of human diseases, as it permits the extraction of new and relevant information from spectroscopic data, allowing a better interpretation of the results. Chapter 4 reports results obtained from HR-MAS NMR analyses performed on different brain tumours: medulloblastoma, meningioms and gliomas. The medulloblastoma study is a case report of primitive neuroectodermal tumor (PNET) localised in the cerebellar region by Magnetic Resonance Imaging (MRI) in a 3-year-old child. In vivo single voxel 1H MRS shows high specificity in detecting the main metabolic alterations in the primitive cerebellar lesion; which consist of very high amounts of the choline-containing compounds and of very low levels of creatine derivatives and N-acetylaspartate. Ex vivo HR-MAS NMR, performed at 9.4 Tesla on the neoplastic specimen collected during surgery, allows the unambiguous identification of several metabolites giving a more in-depth evaluation of the metabolic pattern of the lesion. The ex vivo HR-MAS NMR spectra show higher detail than that obtained in vivo. In addition, the spectroscopic data appear to correlate with some morphological features of the medulloblastoma. The present study shows that ex vivo HR-MAS 1H NMR is able to strongly improve the clinical possibility of in vivo MRS and can be used in conjunction with in vivo spectroscopy for clinical purposes. Three histological subtypes of meningiomas (meningothelial, fibrous and oncocytic) were analysed both by in vivo and ex vivo MRS experiments. The ex vivo HR-MAS investigations are very helpful for the assignment of the in vivo resonances of human meningiomas and for the validation of the quantification procedure of in vivo MR spectra. By using one- and two dimensional experiments, several metabolites in different histological subtypes of meningiomas, were identified. The spectroscopic data confirmed the presence of the typical metabolites of these benign neoplasms and, at the same time, that meningomas with different morphological characteristics have different metabolic profiles, particularly regarding macromolecules and lipids. The profile of total choline metabolites (tCho) and the expression of the Kennedy pathway genes in biopsies of human gliomas were also investigated using HR-MAS NMR, and microfluidic genomic cards. 1H HR-MAS spectra, allowed the resolution and relative quantification by LCModel of the resonances from choline (Cho), phosphorylcholine (PC) and glycerolphorylcholine (GPC), the three main components of the combined tCho peak observed in gliomas by in vivo 1H MRS spectroscopy. All glioma biopsies depicted an increase in tCho as calculated from the addition of Cho, PC and GPC HR-MAS resonances. However, the increase was constantly derived from augmented GPC in low grade NMR gliomas or increased PC content in the high grade gliomas, respectively. This circumstance allowed the unambiguous discrimination of high and low grade gliomas by 1H HR-MAS, which could not be achieved by calculating the tCho/Cr ratio commonly used by in vivo 1H MR spectroscopy. The expression of the genes involved in choline metabolism was investigated in the same biopsies. The present findings offer a convenient procedure to classify accurately glioma grade using 1H HR-MAS, providing in addition the genetic background for the alterations of choline metabolism observed in high and low gliomas grade. Chapter 5 reports the study on human gastrointestinal tract (stomach and colon) neoplasms. The human healthy gastric mucosa, and the characteristics of the biochemical profile of human gastric adenocarcinoma in comparison with that of healthy gastric mucosa were analyzed using ex vivo HR-MAS NMR. Healthy human mucosa is mainly characterized by the presence of small metabolites (more than 50 identified) and macromolecules. The adenocarcinoma spectra were dominated by the presence of signals due to triglycerides, that are usually very low in healthy gastric mucosa. The use of spin-echo experiments enable us to detect some metabolites in the unhealthy tissues and to determine their variation with respect to the healthy ones. Then, the ex vivo HR-MAS NMR analysis was applied to human gastric tissue, to obtain information on the molecular steps involved in the gastric carcinogenesis. A microscopic investigation was also carried out in order to identify and locate the lipids in the cellular and extra-cellular environments. Correlation of the morphological changes detected by transmission (TEM) and scanning (SEM) electron microscopy, with the metabolic profile of gastric mucosa in healthy, gastric atrophy autoimmune diseases (AAG), Helicobacter pylori-related gastritis and adenocarcinoma subjects, were obtained. These ultrastructural studies of AAG and gastric adenocarcinoma revealed lipid intra- and extra-cellularly accumulation associated with a severe prenecrotic hypoxia and mitochondrial degeneration. A deep insight into the metabolic profile of human healthy and neoplastic colon tissues was gained using ex vivo HR-MAS NMR spectroscopy in combination with multivariate methods: Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA). The NMR spectra of healthy tissues highlight different metabolic profiles with respect to those of neoplastic and microscopically normal colon specimens (these last obtained at least 15 cm far from the adenocarcinoma). Furthermore, metabolic variations are detected not only for neoplastic tissues with different histological diagnosis, but also for those classified identical by histological analysis. These findings suggest that the same subclass of colon carcinoma is characterized, at a certain degree, by metabolic heterogeneity. The statistical multivariate approach applied to the NMR data is crucial in order to find metabolic markers of the neoplastic state of colon tissues, and to correctly classify the samples. Significant different levels of choline containing compounds, taurine and myoinositol, were observed. Chapter 6 deals with the metabolic profile of normal and tumoral renal human tissues obtained by ex vivo HR-MAS NMR. The spectra of human normal cortex and medulla show the presence of differently distributed osmolytes as markers of physiological renal condition. The marked decrease or disappearance of these metabolites and the high lipid content (triglycerides and cholesteryl esters) is typical of clear cell renal carcinoma (RCC), while papillary RCC is characterized by the absence of lipids and very high amounts of taurine. This research is a contribution to the biochemical classification of renal neoplastic pathologies, especially for RCCs, which can be evaluated by in vivo MRS for clinical purposes. Moreover, these data help to gain a better knowledge of the molecular processes envolved in the onset of renal carcinogenesis.

Untersuchungen zur Charakterisierung der Bystander-Effekte bei einer in vivo Therapie mit Suizidgenen

Untersuchungen zur Charakterisierung der Bystander-Effekte bei einer in vivo Therapie mit Suizidgenen Bei Tumoren eines syngenen Prostatakarzinoms der Ratte (Dunning R3327 AT-1), die zuvor ex vivo mit einem Fusionsgen aus Cytosin Deaminase und Tymidinkinase (AT-1/CDglyTK) transfiziert wurden, konnte durch Kombinationsbehandlung mit Ganciclovir (GCV) und 5-Fluorocytosin (5-FC) komplette Remission und Langzeitüberleben erzielt werden. Dagegen ergaben sich bei Applikation nur einer Pro-Drug lediglich lokale Tumorkontrollraten von 83% (GCV) und 57% (5-FC). Noch geringere therapeutische Effekte einer Kombinationstherapie mit GCV und 5-FC wurden beobachtet, wenn in Anlehnung an die klinische Situation der Anteil suizidgen-tragender Zellen in den Tumoren auf < 20% abgesenkt wurde. Molekularbiologische Analysen dieser Mischtumore zeigen eine Verminderung membranständiger Connexinproteine, welche für den interzellulären Transport phosphorylierter GCV-Metabolite über Gap-junctions erforderlich sind. Pharmakodynamische Untersuchungen mittels 19F-NMR belegen eine effiziente Metabolisierung von 5-FC zu 5-Fluorouracil (5-FU) und den anschließenden Einbau der F-Nukleotide in die DNA. Dennoch sind die intrazellulären und sezernierten 5-FU Konzentrationen für eine Inaktivierung benachbarter Zellen im Sinne eines „lokalen-Bystander-Effektes“ nicht ausreichend. Bei gleichzeitiger Therapie von AT-1 und AT-1/CDglyTK Tumoren, kommt es nicht zur Regression des AT-1 Tumors und damit nicht zu einem „Distalen-Bystander-Effekt“. Dagegen führt die Induktion eines immunologischen Gedächtnisses zu deutlich verminderten Angehraten bei später injizierten AT-1 Tumoren. Die Suizidgen-Therapie ist ein erfolgversprechender Ansatz zur Behandlung maligner Erkrankungen, bei dem die lokalen und distalen Bystander-Effekte individueller Tumoren den therapeutischen Erfolg maßgeblich mitbestimmen.

Neue 18 F-markierte Liganden zur Visualisierung des GABA A, alpha 5-Rezeptorstatus mittels PET

Die heutige Verfügbarkeit der molekularen Bildgebung ermöglicht einen signifikanten Einfluss auf die Diagnostik und die Therapiekontrolle von neurodegenerativen Erkrankungen, die unter anderem durch Fehlsteuerungen im GABAergen System auftreten können. Die Visualisierung und Quantifizierung des GABAA-alpha5-Subtyps durch PET könnte dabei zu einem besseren Verständnis von Erkrankungen wie Alzheimer und traumatischen Neurosen (emotionales Langzeitgedächtnis) beitragen. Ferner eröffnen GABAA/alpha5-subtypselektive Liganden die Möglichkeit, wesentliche Grundlagen der elementaren Vorgänge von Lernen und Erinnern zu untersuchen. 7,8,9,10-Tetrahydro-(7,10-ethan)-1,2,4-triazol[3,4-alpha]phthalazine stellen sich als vielverspre-chende Leitstrukturen zur Entwicklung neuer 18F-markierter alpha5-subtypselektiver GABAA-Rezeptorliganden für die PET dar. Um diese neuartigen Substanzen hinsichtlich ihrer Potenz als GABAA-alpha5-subtypselektive Radioliganden zu verifizieren, wurden zunächst die entsprechenden 19F-Derivate TC07-TC12 synthetisiert. Diese Referenzverbindungen wurden in Rezeptor-bindungsassays und in Autoradiographien mit [3H]Ro 15-4513 als zu verdrängender Radioligand evaluiert. In beiden Experimenten als auch in in vivo-Verdrängungsexperimenten an Ratten konnte eine hohe Affinität im nanomolaren Bereich als auch eine hohe Selektivität bezüglich der GABAA/alpha5-Untereinheit für einige der dargestellten Referenzverbindungen nachgewiesen werden. Gemäß diesen vielversprechenden Ergebnissen wurden verschiedene Markie-rungsvorläufer für eine 18F-Direktmarkierung der relevantesten Substanz TC07 in einer mehrstufigen organischen Synthese dargestellt. Die anschließende 18F-Markierung erfolgte über eine nukleophile Substitution mit [18F]Fluorid. Die Reaktionsparameter wurden hinsichtlich Reaktionstemperatur und dauer, Markierungsvorläuferkonzentration, Basenabhängigkeit und verschiedenen Markierungsmethoden optimiert. Daraus resultierend konnte [18F]TC07 mit bis zu 45 % radiochemischer Ausbeute erhalten werden. Die zerfallskorrigierte, gesamtradiochemische Ausbeute von nca [18F]TC07 in isotonischer NaCl-Lösung betrug 15 %. Basierend auf den bisher erhaltenen Ergebnissen wurde der Radioligand in in vitro-, ex vivo- und in vivo µPET-Experimenten evaluiert. Die zunächst durchgeführten in vitro-Experimente deuteten auf eine homogene Verteilung der Aktivität hin und zeigten keine spezifische Anreicherung. Diese Ergebnisse wurden sowohl in ex vivo- als auch in in vivo-µPET-Studien bestätigt. Auch hier konnte nur eine niedrige Aktivitätsanreicherung, eine homogene Verteilung im gesamten Gehirn und keine Übereinstimmung mit der bekannten GABAA/alpha5-Subtypverteilung gefunden werden. Eine im Anschluss durchgeführte Metabolismusstudie zeigte eine langsame Metabolisierungsrate des [18F]TC07 und auch eine Organverteilungsstudie zeigte keine außergewöhnlichen Anreicherungen. Aus den erhaltenen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass der Radioligand [18F]TC07 kein geeigneter Tracer zur in vivo-Visualisierung der alpha5-Untereinheit des GABAA-Rezeptors ist.

In vitro characterisation and expansion of human regulatory T cells for their in vivo application in the induction of tolerance in haematopoietic stem cell and solid organ transplantation

Solid organ transplantation (SOT) is considered the treatment of choice for many end-stage organ diseases. Thus far, short term results are excellent, with patient survival rates greater than 90% one year post-surgery, but there are several problems with the long term acceptance and use of immunosuppressive drugs. Hematopoietic Stem Cells Transplantation (HSCT) concerns the infusion of haematopoietic stem cells to re-establish acquired and congenital disorders of the hematopoietic system. The main side effect is the Graft versus Host Disease (GvHD) where donor T cells can cause pathology involving the damage of host tissues. Patients undergoing acute or chronic GvHD receive immunosuppressive regimen that is responsible for several side effects. The use of immunosuppressive drugs in the setting of SOT and GvHD has markedly reduced the incidence of acute rejection and the tissue damage in GvHD however, the numerous adverse side effects observed boost the development of alternative strategies to improve the long-term outcome. To this effect, the use of CD4+CD25+FOXP3+ regulatory T cells (Treg) as a cellular therapy is an attractive approach for autoimmunity disease, GvHD and limiting immune responses to allograft after transplantation. Treg have a pivotal role in maintaining peripheral immunological tolerance, by preventing autoimmunity and chronic inflammation. Results of my thesis provide the characterization and cell processing of Tregs from healthy controls and patients in waiting list for liver transplantation, followed by the development of an efficient expansion-protocol and the investigation of the impact of the main immunosuppressive drugs on viability, proliferative capacity and function of expanded cells after expansion. The conclusion is that ex vivo expansion is necessary to infuse a high Treg dose and although many other factors in vivo can contribute to the success of Treg therapy, the infusion of Tregs during the administration of the highest dose of immunosuppressants should be carefully considered.

Synthese und Evaluierung makrozyklischer 68 Ga-MPI-Tracer auf Pyridaben-Basis

Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen weltweit zu den Hauptursachen, die zu frühzeitigem Tod führen. Pathophysiologisch liegt eine Gefäßwandverdickung durch Ablagerung arteriosklerotischer Plaques (Arteriosklerose) vor. Die molekulare Bildgebung mit den nuklearmedizinischen Verfahren SPECT und PET zielt darauf ab, minderperfundierte Myokardareale zu visualisieren, um den Krankheitsverlauf durch frühzeitige Therapie abschwächen zu können. Routinemäßig eingesetzt werden die SPECT-Perfusionstracer [99mTc]Sestamibi und [99mTc]Tetrofosmin. Zum Goldstandard für die Quantifizierung der Myokardperfusion werden allerdings die PET-Tracer [13N]NH3 und [15O]H2O, da eine absolute Bestimmung des Blutflusses in mL/min/g sowohl in der Ruhe als auch bei Belastung möglich ist. 2007 wurde [18F]Flurpiridaz als neuer Myokardtracer vorgestellt, dessen Bindung an den MC I sowohl in Ratten, Hasen, Primaten als auch in ersten klinischen Humanstudien eine selektive Myokardaufnahme zeigte. Um eine Verfügbarkeit des Radionuklids über einen Radionuklidgenerator gewährleisten zu können, sollten makrozyklische 68Ga-Myokard-Perfusionstracer auf Pyridaben-Basis synthetisiert und evaluiert werden. Die neue Tracer-Klasse setzte sich aus dem makrozyklischen Chelator, einem Linker und dem Insektizid Pyridaben als Targeting-Vektor zusammen. Struktur-Affinitätsbeziehungen konnten auf Grund von Variation des Linkers (Länge und Polarität), der Komplexladung (neutral und einfach positiv geladen), des Chelators (DOTA, NODAGA, DO2A) sowie durch einen Multivalenzansatz (Monomer und Dimer) aufgestellt werden. Insgesamt wurden 16 neue Verbindungen synthetisiert. Ihre 68Ga-Markierung wurde hinsichtlich pH-Wert, Temperatur, Vorläufermenge und Reaktionszeit optimiert. Die DOTA/NODAGA-Pyridaben-Derivate ließen sich mit niedrigen Substanzmengen (6 - 25 nmol) in 0,1 M HEPES-Puffer (pH 3,4) bei 95°C innerhalb 15 min mit Ausbeuten > 95 % markieren. Für die DO2A-basierenden Verbindungen bedurfte es einer mikrowellengestützen Markierung (300 W, 1 min, 150°C), um vergleichbare Ausbeuten zu erzielen. Die in vitro-Stabilitätstests aller Verbindungen erfolgten in EtOH, NaCl und humanem Serum. Es konnten keine Instabilitäten innerhalb 80 min bei 37°C festgestellt werden. Unter Verwendung der „shake flask“-Methode wurden die Lipophilien (log D = -1,90 – 1,91) anhand des Verteilungs-quotienten in Octanol/PBS-Puffer ermittelt. Die kalten Referenzsubstanzen wurden mit GaCl3 hergestellt und zur Bestimmung der IC50-Werte (34,1 µM – 1 µM) in vitro auf ihre Affinität zum MC I getestet. In vivo-Evaluierungen erfolgten mit den zwei potentesten Verbindungen [68Ga]VN160.MZ und [68Ga]VN167.MZ durch µ-PET-Aufnahmen (n=3) in gesunden Ratten über 60 min. Um die Organverteilung ermitteln zu können, wurden ex vivo-Biodistributionsstudien (n=3) vorgenommen. Sowohl die µ-PET-Untersuchungen als auch die Biodistributionsstudien zeigten, dass es bei [68Ga]VN167.MZ zwar zu einer Herzaufnahme kam, die jedoch eher perfusionsabhängig ist. Eine Retention des Tracers im Myokard konnte in geringem Umfang festgestellt werden.