An extract of Polygonum multiflorum protects against free radical damage induced by ultraviolet B irradiation of the skin

Over the last decades, the incidence of ultraviolet B (UVB)-related skin problems has been increasing. Damages induced by UVB radiation are related to mutations that occur as a result of direct DNA damage and/or the production of reactive oxygen species. We investigated the anti-oxidant effects of a Polygonum multiflorum thumb extract against skin damage induced by UVB irradiation. Female SKH-1 hairless mice were divided into three groups: control (N = 7), distilled water- (N = 10), and P. multiflorum extract-treated (PM, N = 10) groups. The PM (10 g) was extracted with 100 mL distilled water, cryo-dried and 9.8 g was obtained. The animals received a topical application of 500 µL distilled water or PM extract (1, 2, 4, 8, and 16%, w/v, dissolved in distilled water) for 30 min after UVB irradiation (wavelength 280-320 nm, 300 mJ/cm²; 3 min) of the dorsal kin for 14 days, and skin immunohistochemistry and Cu,Zn-superoxide dismutase (SOD1) activity were determined. SOD1 immunoreactivity, its protein levels and activities in the skin were significantly reduced by 70% in the distilled water-treated group after UVB irradiation compared to control. However, in the PM extract-treated groups, SOD1 immunoreactivity and its protein and activity levels increased in a dose-dependent manner (1-16%, w/v, PM extract) compared to the distilled water-treated group. SOD1 protein levels and activities in the groups treated with 8 and 16%, w/v, PM extract recovered to 80-90% of the control group levels after UVB. These results suggest that PM extract strongly inhibits the destruction of SOD1 by UV radiation and probably contains anti-skin photoaging agents.

Melatonin prevents inflammation and oxidative stress caused by abdominopelvic and total body irradiation of rat small intestine

We investigated the day-night differences in intestinal oxidative-injury and the inflammatory response following total body (TB) or abdominopelvic (AP) irradiation, and the influence of melatonin administration on tissue injury induced by radiation. Rats (male Wistar, weighing 220-280 g) in the irradiated groups were exposed to a dose of 8 Gy to the TB or AP region in the morning (resting period - 1 h after light onset) or evening (activity span - 13 h after light onset). Vehicle or melatonin was administered immediately before, immediately after and 24 h after irradiation (10, 2.0 and 10 mg/kg, ip, respectively) to the irradiated rats. AP (P < 0.05) and TB (P < 0.05) irradiation applied in the morning caused a significant increase in thiobarbituric acid reactive substance (TBARS) levels. Melatonin treatment in the morning (P < 0.05) or evening (P < 0.05) decreased TBARS levels after TB irradiation. After AP irradiation, melatonin treatment only in the morning caused a significant decrease in TBARS levels (P < 0.05). Although we have confirmed the development of inflammation after radiotherapy by histological findings, neither AP nor TB irradiation caused any marked changes in myeloperoxidase activity in the morning or evening. Our results indicate that oxidative damage is more prominent in rats receiving TB and AP irradiation in the morning and melatonin appears to have beneficial effects on oxidative damage irrespective of the time of administration. Increased neutrophil accumulation indicates that melatonin administration exerts a protective effect on AP irradiation-induced tissue oxidative injury, especially in the morning.

Photocatalysis Studies under Visible Light Irradiation with TiO2 Obtained by Pulsed Electric Field Assisted Sol-Gel Method

The objective of this thesis was to study the effect of pulsed electric field on the preparation of TiO2 nanoparticles via sol-gel method under the visible light irradiation. The literature part introduces properties of different TiO2 crystal forms and principle of photocatalysis. It was expected that pulsed electric field would have an influence on degradation for oxalic acid and formic acid. TiO2 samples were prepared by using three frequencies (50Hz, 294Hz, and 963Hz) and two treatment times (12 minutes and 24 minutes) of pulsed electric field. The photocatalytic activities of TiO2 samples produced with sol-gel method were also compared with the TiO2 particles made by previous study and with the commercial TiO2 powder Aeroxide® (Evonic Degussa GmbH) at the same condition. Results show that pulsed electric field does have an effect on degradation for oxalic acid and formic acid. Generally, higher photocatalytic activities for oxalic acid and formic acid were obtained with lower frequency and longer treatment time of pulsed electric field.

Effect of melatonin and time of administration on irradiation-induced damage to rat testes

The effect of ionizing irradiation on testes and the protective effects of melatonin were investigated by immunohistochemical and electron microscopic methods. Eighty-two adult male Wistar rats were divided into 10 groups. The rats in the irradiated groups were exposed to a sublethal irradiation dose of 8 Gy, either to the total body or abdominopelvic region using a 60Co source at a focus of 80 cm away from the skin in the morning or evening together with vehicle (20% ethanol) or melatonin administered 24 h before (10 mg/kg), immediately before (20 mg/kg) and 24 h after irradiation (10 mg/kg), all ip. Caspace-3 immunoreactivity was increased in the irradiated group compared to control (P < 0.05). Melatonin-treated groups showed less apoptosis as indicated by a considerable decrease in caspace-3 immunoreactivity (P < 0.05). Electron microscopic examination showed that all spermatogenic cells, especially primary spermatocytes, displayed prominent degeneration in the groups submitted to total body and abdominopelvic irradiation. However, melatonin administration considerably inhibited these degenerative changes, especially in rats who received abdominopelvic irradiation. Total body and abdominopelvic irradiation induced identical apoptosis and testicular damage. Chronobiological assessment revealed that biologic rhythm does not alter the inductive effect of irradiation. These data indicate that melatonin protects against total body and abdominopelvic irradiation. Melatonin was more effective in the evening abdominopelvic irradiation and melatonin-treated group than in the total body irradiation and melatonin-treated group.

The effect of irradiation and thermal process on beef heme iron concentration and color properties

The aim of this study was to evaluate the influence of irradiation and thermal process on the heme iron (heme-Fe) concentration and color properties of Brazilian cattle beef. Beef samples (patties and steaks) were irradiated at 0-10 kGy and cooked in a combination oven at 250 ºC for 9 minutes with 70% humidity. Total iron and heme iron (heme-Fe) concentrations were determined. The data were compared by multiple comparisons and fixed- effects ANOVA. Irradiation at doses higher than 5 kGy significantly altered the heme-Fe concentration. However, the sample preparation conditions interfered more in the heme-Fe content than did the irradiation. Depending on the animal species, meat heme iron levels between 35 and 52% of the total iron are used for dietetic calculations. In this study the percentage of heme-iron was, on average, 70% of the total iron showing that humidity is an important factor for its preservation. The samples were analyzed instrumentally for CIE L*, a*, and b* values.

Physicochemical and microbiological quality of raspberries (Rubus idaeus) treated with different doses of gamma irradiation

This study was conducted to evaluate the physicochemical and microbiological characteristics of raspberries exposed to different radiation doses. The fruits were harvested in the city of Campestre, MG, packed in polyethylene bags, and transported to the Federal University of Lavras (UFLA), where they were separated into 4 lots. Irradiation was performed at the Center for Development of Nuclear Technology in Belo Horizonte, MG. The doses used were 0 (control), 0.5, 1.0, and 2.0 kGy. After irradiation, the fruits were transported back to UFLA and stored at 1 ºC and 95% relative humidity (RH) for 12 days. The physicochemical analyses for mass loss, total soluble solids, titratable acidity, pH, total soluble sugars, total soluble pectin, firmness, vitamin C content, total antioxidant activity, and total phenolic, and the microbiological assays (coliform at 35 and 45 ºC, psychrotrophic and filamentous fungi and yeasts) were performed after 0, 3, 6, 9, and 12 days of storage. Lower loss of mass and filamentous fungi and yeast count were observed in the irradiated fruits, and 2 kGy was determined as the most effective dose for microbial control, but this irradiation dose also resulted in increased loss of fruit firmness.

Mécanismes de déformation de nanoparticules d’Au par irradiation ionique

Résumé Dans la présente thèse, nous avons étudié la déformation anisotrope par bombardement ionique de nanoparticules d'or intégrées dans une matrice de silice amorphe ou d'arséniure d’aluminium cristallin. On s’est intéressé à la compréhension du mécanisme responsable de cette déformation pour lever toute ambigüité quant à l’explication de ce phénomène et pour avoir une interprétation consistante et unique. Un procédé hybride combinant la pulvérisation et le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma a été utilisé pour la fabrication de couches nanocomposites Au/SiO2 sur des substrats de silice fondue. Des structures à couches simples et multiples ont été obtenues. Le chauffage pendant ou après le dépôt active l’agglomération des atomes d’Au et par conséquent favorise la croissance des nanoparticules. Les nanocomposites Au/AlAs ont été obtenus par implantation ionique de couches d’AlAs suivie de recuit thermique rapide. Les échantillons des deux nanocomposites refroidis avec de l’azote liquide ont été irradiés avec des faisceaux de Cu, de Si, d’Au ou d’In d’énergie allant de 2 à 40 MeV, aux fluences s'étendant de 1×1013 à 4×1015 ions/cm2, en utilisant le Tandem ou le Tandetron. Les propriétés structurales et morphologiques du nanocomposite Au/SiO2 sont extraites en utilisant des techniques optiques car la fréquence et la largeur de la résonance plasmon de surface dépendent de la forme et de la taille des nanoparticules, de leur concentration et de la distance qui les séparent ainsi que des propriétés diélectriques du matériau dans lequel les particules sont intégrées. La cristallinité de l’arséniure d’aluminium est étudiée par deux techniques: spectroscopie Raman et spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford en mode canalisation (RBS/canalisation). La quantité d’Au dans les couches nanocomposites est déduite des résultats RBS. La distribution de taille et l’étude de la transformation de forme des nanoparticules métalliques dans les deux nanocomposites sont déterminées par microscopie électronique en transmission. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail ont fait l’objet de trois articles de revue. La première publication montre la possibilité de manipuler la position spectrale et la largeur de la bande d’absorption des nanoparticules d’or dans les nanocomposites Au/SiO2 en modifiant leur structure (forme, taille et distance entre particules). Les nanoparticules d’Au obtenues sont presque sphériques. La bande d’absorption plasmon de surface (PS) correspondante aux particules distantes est située à 520 nm. Lorsque la distance entre les particules est réduite, l’interaction dipolaire augmente ce qui élargit la bande de PS et la déplace vers le rouge (602 nm). Après irradiation ionique, les nanoparticules sphériques se transforment en ellipsoïdes alignés suivant la direction du faisceau. La bande d’absorption se divise en deux bandes : transversale et longitudinale. La bande correspondante au petit axe (transversale) est décalée vers le bleu et celle correspondante au grand axe (longitudinale) est décalée vers le rouge indiquant l’élongation des particules d’Au dans la direction du faisceau. Le deuxième article est consacré au rôle crucial de la déformation plastique de la matrice et à l’importance de la mobilité des atomes métalliques dans la déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans les nanocomposites Au/SiO2. Nos mesures montrent qu'une valeur seuil de 2 keV/nm (dans le pouvoir d'arrêt électronique) est nécessaire pour la déformation des nanoparticules d'or. Cette valeur est proche de celle requise pour la déformation de la silice. La mobilité des atomes d’Au lors du passage d’ions est confirmée par le calcul de la température dans les traces ioniques. Le troisième papier traite la tentative de formation et de déformation des nanoparticules d’Au dans une matrice d’arséniure d’aluminium cristallin connue pour sa haute résistance à l’amorphisation et à la déformation sous bombardement ionique. Le résultat principal de ce dernier article confirme le rôle essentiel de la matrice. Il s'avère que la déformation anisotrope du matériau environnant est indispensable pour la déformation des nanoparticules d’or. Les résultats expérimentaux mentionnés ci-haut et les calculs de températures dans les traces ioniques nous ont permis de proposer le scénario de déformation anisotrope des nanoparticules d’Au dans le nanocomposite Au/SiO2 suivant: - Chaque ion traversant la silice fait fondre brièvement un cylindre étroit autour de sa trajectoire formant ainsi une trace latente. Ceci a été confirmé par la valeur seuil du pouvoir d’arrêt électronique. - L’effet cumulatif des impacts de plusieurs ions conduit à la croissance anisotrope de la silice qui se contracte dans la direction du faisceau et s’allonge dans la direction perpendiculaire. Le modèle de chevauchement des traces ioniques (overlap en anglais) a été utilisé pour valider ce phénomène. - La déformation de la silice génère des contraintes qui agissent sur les nanoparticules dans les plans perpendiculaires à la trajectoire de l’ion. Afin d’accommoder ces contraintes les nanoparticules d’Au se déforment dans la direction du faisceau. - La déformation de l’or se produit lorsqu’il est traversé par un ion induisant la fusion d’un cylindre autour de sa trajectoire. La mobilité des atomes d’or a été confirmée par le calcul de la température équivalente à l’énergie déposée dans le matériau par les ions incidents. Le scénario ci-haut est compatible avec nos données expérimentales obtenues dans le cas du nanocomposite Au/SiO2. Il est appuyé par le fait que les nanoparticules d’Au ne se déforment pas lorsqu’elles sont intégrées dans l’AlAs résistant à la déformation.

Étude des effets du facteur de croissance épidermique sur la neurogénèse après une irradiation

Les patients atteints de cancers reçoivent différents traitement, tels que la radiothérapie ou la chimiothérapie. Actuellement, environ 60% des enfants survivants du cancer développent des effets secondaires cognitifs, consécutifs aux traitements énoncés précédemment. Compte tenu de la perspective du développement psychomoteur de l’enfant et de l’immaturité du système nerveux central (SNC) chez ces patients, il s’avère particulièrement pertinent d’étudier les effets secondaires que provoquent les traitements anticancéreux sur le développement cognitif de cette population de malades. Des études ont démontrées l’existence de liens étroits entre ces effets secondaires et l’abolition de la neurogénèse provoquée principalement par l’irradiation. Ce projet de maîtrise porte sur les effets du facteur de croissance épidermique, l’EGF (un facteur de croissance impliqué dans la prolifération cellulaire) sur la neurogénèse de la souris. Nous avons également cherché un vecteur de sécrétion efficace pour permettre une diffusion continue d’EGF à long terme (2 à 4 semaines). Notre hypothèse est que l’EGF serait capable de stimuler la neurogénèse et protéger les cellules de l’apoptose dans le cerveau de la souris, suite à une irradiation. Nous avons montré un effet positif de l’EGF sur la formation et la prolifération des neuroblastes Dcx(+) dans la zone sous ventriculaire (ZSV) et non dans l’hippocampe (Hi), suite à l’injection de l’EGF, directement dans le cerveau à l’aide d’une pompe osmotique. Nous avons observé que cette augmentation de la quantité de jeunes neurones est indépendante de la capacité de l’EGF à les protéger de l’apoptose. L’EGF ne protège pas non plus les blastes leucémiques, issus de lignées de cellules humaines, des effets secondaires d’une irradiation. Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) modifiées génétiquement et générées pour sécréter l’EGF ne montrent aucun effet sur la stimulation de la neurogénèse quand elles sont directement injectées dans le cerveau. Finalement, nos résultats indiquent que l’EGF pourrait être un bon candidat pour le développement de nouvelles thérapies pour traiter les effets secondaires que provoque une irradiation du cerveau. L’utilisation de pompes pour permettre l’administration d’EGF dans le cerveau devient alors très intéressante pour améliorer la qualité de vie des patients.

Identification de composé sensibilisant préférentiellement les cellules exprimant les protéines E6 et E7 du VPH à l'irradiation

Le cancer du col utérin (CCU) est dans plus de 99% des cas provoqué par une infection avec le virus du papillome humain (VPH), dont le potentiel oncogénique réside dans l'expression des proto-oncogènes viraux E6/E7. Le potentiel carcinogénique de ces protéines virales réside essentiellement dans leurs actions sur les produits des gènes suppresseurs de tumeur p53 et RB. Les produits de ces gènes, p53 et Rb, font parti des voies de signalisation de réponse aux dommages de l'ADN cellulaire (RDA) et leur perte entraine une perte de fonctionnalité qui mène à une instabilité génomique. À long terme et en présence de d'autres facteurs ceux-ci mèneront au développement d'un cancer. Les protéines E6 et E7 sont constitutivement exprimées dans les cellules du CCU ainsi que dans les cellules de tout autre cancer induit par le VPH et seulement dans ces dernières. La prise en charge des cas avancés de ces cancers se fait principalement par radiothérapie et chimiothérapie concomitante. La chimio-radiothérapie utilisée en traitement est efficace mais résulte en un taux élevé de morbidité et un nombre important de patientes récidiveront. Nous proposons que l'exploitation de l'expression spécifique d’E6 et d’E7 dans les cellules du CCU permette d’envisager une stratégie de létalité synthétique afin d'amplifier l'effet létal de l'irradiation sur les cellules CCU. Ceci permettrait potentiellement d'augmenter l'efficacité du traitement et de diminuer les récidives, ainsi que la morbidité liée au traitement. En s'appuyant sur cette hypothèse, notre objectif est d’identifier des composés dont l'action seule ou couplée à l'irradiation provoquerait préférentiellement la mort des cellules exprimant les protéines E6 et E7 du VPH. Les cellules testées comprennent des cellules isogéniques humaines issues de kératinocytes normaux que nous avons modifiées séquentiellement pour obtenir les modifications associées aux cellules CCU (hTERT, E6 et E7), ainsi que les lignées de cellules de CCU HeLa et CaSki .Nous avons procédé à la mise au point et à la validation du protocole de criblage et des méthodes d’évaluation de la sensibilisation, qui se définit comme une perte de viabilité, un arrêt ou ralentissement de la croissance, par détection d’ATP ainsi que par coloration d’ADN génomique au DRAQ5. Suite à un criblage ciblé impliquant des inhibiteurs connus de la voie de réparation des dommages à l’ADN, nous avons identifié l’inhibiteur de mdm2, Nutlin-3, comme étant un composé sensibilisant et radio-sensibilisant préférentiellement les cellules exprimant E6 et E7 du VPH. La Nutlin-3 a été testée sur des cellules HEKn-hTERT-E6-E7, des cellules CaSki et HeLa. L’effet de sensibilisation et de radio-sensibilisation a été confirmé dans ces trois lignées. Tel que suggéré par son action sur mdmd2, la Nutlin-3 permet la stabilisation de p53 dans les cellules HEKn-hTERT-E6-E7 et CaSki et sa réactivation dans les lignées cellulaires HeLa et CaSki. Malgré cette stabilisation de p53, de façon surprenante, l’effet de la Nutlin-3 sur la sensibilisation et la radio-sensibilisation des cellules HeLa et CaSki semble indépendant de p53, tel qu’observé en utilisant des cellules HeLa-GSE et CaSki-GSE dont le p53 est déficient. In vivo la Nutlin-3a montre dans un essai préliminaire l’inhibition de la croissance tumorale des xénogreffes HeLa chez des souris RAG2γc. Ce résultat reste à confirmer avec un essai impliquant un nombre d’échantillons plus grand. À plus long terme, nous comptons étudier l’implication de mdm2 dans l’effet de sensibilisant de la Nutlin-3 dans les cellules CCUs, ainsi que les autres cibles pouvant être impliquées dans la création de cet effet sensibilisant observé.

Spray Pyrolysed Zinc Oxide Thin Films : Effects of Doping and Ion Beam Irradiation

In recent years scientists have made rapid and significant advances in the field of semiconductor physics. One of the most important fields of current interest in materials science is the fundamental aspects and applications of conducting transparent oxide thin films (TCO). The characteristic properties of such coatings are low electrical resistivity and high transparency in the visible region. The first semitransparent and electrically conducting CdO film was reported as early as in 1907 [1]. Though early work on these films was performed out of purely scientific interest, substantial technological advances in such films were made after 1940. The technological interest in the study of transparent semiconducting films was generated mainly due to the potential applications of these materials both in industry and research. Such films demonstrated their utility as transparent electrical heaters for windscreens in the aircraft industry. However, during the last decade, these conducting transparent films have been widely used in a variety of other applications such as gas sensors [2], solar cells [3], heat reflectors [4], light emitting devices [5] and laser damage resistant coatings in high power laser technology [6]. Just a few materials dominate the current TCO industry and the two dominant markets for TCO’s are in architectural applications and flat panel displays. The architectural use of TCO is for energy efficient windows. Fluorine doped tin oxide (FTO), deposited using a pyrolysis process is the TCO usually finds maximum application. SnO2 also finds application ad coatings for windows, which are efficient in preventing radiative heat loss, due to low emissivity (0.16). Pyrolitic tin oxide is used in PV modules, touch screens and plasma displays. However indium tin oxide (ITO) is mostly used in the majority of flat panel display (FPD) applications. In FPDs, the basic function of ITO is as transparent electrodes. The volume of FPD’s produced, and hence the volume of ITO coatings produced, continues to grow rapidly. But the current increase in the cost of indium and the scarcity of this material created the difficulty in obtaining low cost TCOs. Hence search for alternative TCO materials has been a topic of active research for the last few decades. This resulted in the development of binary materials like ZnO, SnO2, CdO and ternary materials like II Zn2SnO4, CdSb2O6:Y, ZnSO3, GaInO3 etc. The use of multicomponent oxide materials makes it possible to have TCO films suitable for specialized applications because by altering their chemical compositions, one can control the electrical, optical, chemical and physical properties. But the advantages of using binary materials are the easiness to control the chemical compositions and depositions conditions. Recently, there were reports claiming the deposition of CdO:In films with a resistivity of the order of 10-5 ohm cm for flat panel displays and solar cells. However they find limited use because of Cd-Toxicity. In this regard, ZnO films developed in 1980s, are very useful as these use Zn, an abundant, inexpensive and nontoxic material. Resistivity of this material is still not very low, but can be reduced through doping with group-III elements like In, Al or Ga or with F [6]. Hence there is a great interest in ZnO as an alternative of ITO. In the present study, we prepared and characterized transparent and conducting ZnO thin films, using a cost effective technique viz Chemical Spray Pyrolysis (CSP). This technique is also suitable for large area film deposition. It involves spraying a solution, (usually aqueous) containing soluble salts of the constituents of the desired compound, onto a heated substrate.

Effects and Modifications in In/Se and In/Sb Systems by Swift Heavy Ion Irradiation

Department of Physics, Cochin University of Science and Technology

Fabrication of thin films and nano columnar structures of Fe-Ni amorphous alloys and modification of its surface properties by thermal annealing and swift heavy ion irradiation for tailoring the magnetic properties

Department of Physics, Cochin University of Science and Technology

Time resolved study of CN band emission from plasma generated by laser irradiation of graphite

Time and space resolved studies of emission from CN molecules have been carried out in the plasma produced from graphite target by 1.06 urn pulses from a Q-switched Nd:YAG laser. Depending on the laser pulse energy, time of observation and position of the sampled volume of the plasma, the features of the emission spectrum are found to change drastically. The vibrational temperature and population distribution in the different vibrational levels have been studied as functions of distance, time, laser energy and ambient gas pressure. Evidence for nonlinear effects of the plasma medium such as self focusing which exhibits threshold-like behaviour are also obtained. Temperature and electron density of the plasma have been evaluated using the relative line intensities of successive ionization stages of carbon atom. These electron density measurements are verified by using Stark broadening method.

Possibility of waveguide formation on organic nonlinear crystal methyl para-hydroxy benzoate using high energy ion irradiation

Organic nonlinear optical single crystals of Methyl para-Hydroxy Benzoate (MHB) have been grown using gel-solution technique. These crystals are cut along z-axis and are bombarded with Ag14+ ions of energy 100 MeV. The results show an increase in refractive index at the ion irradiated region. The dielectric constant of the irradiated crystal is increased more than 15 times compared to that of a nonirradiated crystal. The result of these changes and comparative study of second harmonic generation (SHG) efficiency before and after irradiation is discussed.