Fiber scaffolds of poly (glycerol-dodecanedioate) and its derivative via electrospinning for neural tissue engineering

Peripheral nerves have demonstrated the ability to bridge gaps of up to 6 mm. Peripheral Nerve System injury sites beyond this range need autograft or allograft surgery. Central Nerve System cells do not allow spontaneous regeneration due to the intrinsic environmental inhibition. Although stem cell therapy seems to be a promising approach towards nerve repair, it is essential to use the distinct three-dimensional architecture of a cell scaffold with proper biomolecule embedding in order to ensure that the local environment can be controlled well enough for growth and survival. Many approaches have been developed for the fabrication of 3D scaffolds, and more recently, fiber-based scaffolds produced via the electrospinning have been garnering increasing interest, as it offers the opportunity for control over fiber composition, as well as fiber mesh porosity using a relatively simple experimental setup. All these attributes make electrospun fibers a new class of promising scaffolds for neural tissue engineering. Therefore, the purpose of this doctoral study is to investigate the use of the novel material PGD and its derivative PGDF for obtaining fiber scaffolds using the electrospinning. The performance of these scaffolds, combined with neural lineage cells derived from ESCs, was evaluated by the dissolvability test, Raman spectroscopy, cell viability assay, real time PCR, Immunocytochemistry, extracellular electrophysiology, etc. The newly designed collector makes it possible to easily obtain fibers with adequate length and integrity. The utilization of a solvent like ethanol and water for electrospinning of fibrous scaffolds provides a potentially less toxic and more biocompatible fabrication method. Cell viability testing demonstrated that the addition of gelatin leads to significant improvement of cell proliferation on the scaffolds. Both real time PCR and Immunocytochemistry analysis indicated that motor neuron differentiation was achieved through the high motor neuron gene expression using the metabolites approach. The addition of Fumaric acid into fiber scaffolds further promoted the differentiation. Based on the results, this newly fabricated electrospun fiber scaffold, combined with neural lineage cells, provides a potential alternate strategy for nerve injury repair.^

Factors affecting pore structure and performance of poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene) asymmetric porous membrane

Preparation of poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoro propylene) (F2.6) flat-sheet asymmetric porous membrane has been studied for the first time. Factors affecting F2.6 membrane pore structure and permeate performance, such as macromolecule pore formers (polyethylene glycol-400, 1000, 1540, 2000 and 6000), the small molecule former (glycerol), swelling agent (trimethyl phosphate) in casting solution, precipitating bath component and temperature, exposure time and ambient humidity, were investigated in detail. Average pore radius and porosity were used to characterize F2.6 membrane structure, and respectively, determined by ultrafiltration and gravimetric method for the wet membrane. Morphology of the resultant membranes was observed by scanning electronic microscopy (SEM). Final test on permeate performance of F2.6 porous membrane was carried out by a direct contact membrane distillation (DCMD) setup. The experimental F2.6 membrane exhibits a higher distilled flux than PVDF membrane under the same operational situations. The determination of contact angle to distilled water also reveals higher hydrophobic nature than that of PVDF membrane.

Quantum yield measurements for the photocatalytic oxidation of Acid Orange 7 (AO7) and reduction of 2,6-dichloroindophenol (DCIP) on transparent TiO2 films of various thickness

This work comprises the photoactivity assessment of transparent sol–gel TiO2 coatings of various thickness using two test systems. The initial rates of both photocatalytic reactions, namely the oxidative bleaching of Acid Orange 7 (AO7) and the reductive bleaching of 2,6-dichlorindophenol (DCIP) increase linearly with increasing titania film thickness as well as with increasing absorbed light flux. The latter work revealed quantum yields (QY) of 0.19% and 92% for the AO7 and DCIP test system, respectively. The low QY for the AO7 oxidation is due to the combination of a slow irreversible reduction of oxygen and also for the oxidation of AO7, thus favouring the high efficiency for electron–hole recombination that is typical for aqueous organic pollutants. In contrast, the very high QY for the photocatalysed reduction of DCIP is due to the presence of a vast excess of glycerol which traps the photogenerated holes efficiently and so allow time for the slower reduction of dye to take place. Furthermore, the oxidation of glycerol results in the generation of highly reducing R-hydroxyalkyl radicals that are able to also reduce DCIP. As a consequence of this ‘current doubling’ effect, the observed QY (92%) is much higher than the apparent theoretical value of 50%.

Characterization of microalgae native to Quebec for biofuel production.

La production de biodiésel par des microalgues est intéressante à plusieurs niveaux. Dans le premier chapitre, un éventail de pour et contres concernant l’utilisation de microalgues pour la production de biocarburant sont ici révisés. La culture d’algues peut s'effectuer en utilisant des terres non-arables, de l’eau non-potable et des nutriments de base. De plus, la biomasse produite par les algues est considérablement plus importante que celle de plantes vasculaires. Plusieurs espèces on le contenu lipidique en forme de triacylglycérols (TAGs), qui peut correspondre jusqu'à 30% - 40% du poids sec de la biomasse. Ces proportions sont considérablement plus élevées que celui des huiles contenues dans les graines actuellement utilisées pour le biodiésel de première génération. Par contre, une production pratique et peu couteuse de biocarburant par des microalgues requiert de surpasser plusieurs obstacles. Ceci inclut le développement de systèmes de culture efficace à faible coût, de techniques de récupération requérant peu d’énergie, et de méthodes d’extraction et de conversion de l’huile non-dommageables pour l’environnement et peu couteuses. Le deuxième chapitre explore l'une des questions importantes soulevées dans le premier chapitre: la sélection d'une souche pour la culture. Une collection de souches de microalgues d'eau douce indigène au Québec a été établi et examiné au niveau de la diversité physiologique. Cette collection est composée de cent souches, que apparaissaient très hétérogènes en terme de croissance lorsque mises en culture à 10±2 °C ou 22±2 °C sur un effluent secondaire d’une usine municipale de traitement des eaux usées (EU), défini comme milieu Bold's Basal Medium (BBM). Des diagrammes de dispersion ont été utilisés pour étudier la diversité physiologique au sein de la collection, montrant plusieurs résultats intéressants. Il y avait une dispersion appréciable dans les taux de croissance selon les différents types de milieux et indépendamment de la température. De manière intéressante, en considérant que tous les isolats avaient initialement été enrichis sur milieu BBM, la distribution était plutôt symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, suggérant que l’enrichissement sur BBM n’a pas semblé biaiser la croissance des souches sur ce milieu par rapport aux EU. Également, considérant que les isolats avaient d’abord été enrichis à 22°C, il est assez surprenant que la distribution de taux de croissance spécifiques soit aussi symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, avec grossièrement des nombres égaux d’isolats de part et d’autre. Ainsi, l’enrichissement à 22°C ne semble pas biaiser les cellules vers une croissance à cette température plutôt que vers 10°C. Les diagrammes de dispersion obtenus lorsque le pourcentage en lipides de cultures sur BBM ont été comparées à des cultures ayant poussé sur EU soit à 10°C ou 22°C rendent évident que la production de lipides est favorisée par la culture sur EU aux deux températures, et que la production lipidique ne semble pas particulièrement plus favorisée par l’une ou l’autre de ces températures. Lorsque la collection a été examinée pour y déceler des différences avec le site d’échantillonnage, une analyse statistique a montré grossièrement que le même degré de diversité physiologique était retrouvé dans les échantillons des deux différents sites. Le troisième chapitre a poursuivi l'évaluation de la culture d'algues au Québec. L’utilisation de déchets industriels riches en nutriments minéraux et en sources de carbone pour augmenter la biomasse finale en microalgues et le produit lipidique à faible coût est une stratégie importante pour rendre viable la technologie des biocarburants par les algues. Par l’utilisation de souches de la collection de microalgues de l’Université de Montréal, ce rapport montre pour la première fois que des souches de microalgues peuvent pousser en présence de xylose, la source de carbone majoritairement retrouvée dans les eaux usées provenant des usines de pâte et papier, avec une hausse du taux de croissance de 2,8 fois par rapport à la croissance photoautotrophe, atteignant jusqu’à µ=1,1/jour. En présence de glycérol, les taux de croissance atteignaient des valeurs aussi élevées que µ=1,52/jour. La production lipidique augmentait jusqu’à 370% en présence de glycérol et 180% avec le xylose pour la souche LB1H10, démontrant que cette souche est appropriée pour le développement ultérieur de biocarburants en culture mixotrophe. L'ajout de xylose en cultures d'algues a montré certains effets inattendus. Le quatrième chapitre de ce travail a porté à comprendre ces effets sur la croissance des microalgues et la production de lipides. Quatre souches sauvages indigènes ont été obersvées quotidiennement, avant et après l’ajout de xylose, par cytométrie en flux. Avec quelques souches de Chlorella, l’ajout de xylose induisait une hausse rapide de l’accumulation de lipide (jusqu’à 3,3 fois) pendant les premières six à douze heures. Aux temps subséquents, les cellules montraient une diminution du contenu en chlorophylle, de leur taille et de leur nombre. Par contre, l’unique membre de la famille des Scenedesmaceae avait la capacité de profiter de la présence de cette source de carbone sous culture mixotrophe ou hétérotrophe sans effet négatif apparent. Ces résultats suggèrent que le xylose puisse être utilisé avant la récolte afin de stimuler l’augmentation du contenu lipidique de la culture d’algues, soit en système de culture continu ou à deux étapes, permettant la biorestauration des eaux usées provenant de l’industrie des pâtes et papiers. Le cinquième chapitre aborde une autre déché industriel important: le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre. Plus de la moitié du dioxyde de carbone qui est émis dans l'atmosphère chaque jour est dégagé par un processus stationnaire, soit pour la production d’électricité ou pour la fabrication industrielle. La libération de CO2 par ces sources pourrait être atténuée grâce à la biorestauration avec microalgues, une matière première putative pour les biocarburants. Néanmoins, toutes les cheminées dégagent un gaz différent, et la sélection des souches d'algues est vitale. Ainsi, ce travail propose l'utilisation d’un état de site particulier pour la bioprospection de souches d'algues pour être utilisé dans le processus de biorestauration. Les résultats montrent que l'utilisation d'un processus d'enrichissement simple lors de l'étape d'isolement peut sélectionner des souches qui étaient en moyenne 43,2% mieux performantes dans la production de biomasse que les souches isolées par des méthodes traditionnelles. Les souches isolées dans ce travail étaient capables d'assimiler le dioxyde de carbone à un taux supérieur à la moyenne, comparées à des résultats récents de la littérature.

Protein-Protein- und Protein-Lipid-Wechselwirkungen beeinflussen die Oligomerisierung und Funktion des E. coli Aquaglyceroporins GlpF

Aquaporine sind hochselektive Transmembrankanäle, die in allen Lebensformen den Fluss von Wasser und kleinen, polaren Molekülen wie Glycerol über Lipidmembranen ermöglichen. Obwohl die Kanalpore für den Substratfluss im Monomer lokalisiert ist, liegen Aquaporine innerhalb biologischer Membranen als Homotetramere vor. Im Rahmen dieser Arbeit wurden proteinbezogene und lipidmembranassoziierte Einflüsse auf die Oligomerisierung und Funktion des bakteriellen Aquaglyceroporins GlpF sowohl in vitro als auch in vivo untersucht. rnDie erhöhte Stabilität der Aquaporinpore sowie Interaktion zwischen den GlpF-Monomeren sind Triebkräfte der Aquaporin-Tetramerisierung. Ferner erfordern die GlpF-Tetramerisierung und -Aktivität bei Abschirmung der Ladung anionischer Lipide und einer minimalen Membrandicke von 27 Å keine spezielle Lipidumgebung. Da anionische Lipide die GlpF-Funktion jedoch störten, kann die GlpF-Aktivität in vivo möglicherweise durch die selektive Anreicherung von anionischen Lipiden in der unmittelbaren Proteinumgebung reguliert werden. Ungünstige Lipid-GlpF-Interaktionen können jedoch in Lipidumgebungen mit hoher Ordnung in der Acylkettenregion entstehen, die zu einer Aggregation der GlpF-Tetramere und reduzierten Aktivität führen. rnFerner wurde die Auswirkung der nephrogenen Diabetes insipidus verursachenden Aquaporin 2-Punktmutation V71M auf die Oligomerisierung und Funktion des homologen, bakteriellen Aquaglyceroporins GlpF untersucht. Da weder die Oligomierisierung noch die Aktivität des homologen, bakteriellen Aquaglyceroporins eingeschränkt sind, beruht der Krankheitsmechanismus der Aquaporin 2-Mutante V71M vermutlich auf einem defekten Transportmechansimus im Menschen. rn

Bacterial GDGTs in Holocene sediments and catchment soils of a high Alpine lake: application of the MBT/CBT-paleothermometer

A novel proxy for continental mean annual air temperature (MAAT) and soil pH, the MBT/CBT-paleothermometer, is based on the temperature (T) and pH-dependent distribution of specific bacterial membrane lipids (branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers – GDGTs) in soil organic matter. Here, we tested the applicability of the MBT/CBT-paleothermometer to sediments from Lake Cadagno, a high Alpine lake in southern Switzerland with a small catchment of 2.4 km2. We analysed the distribution of bacterial GDGTs in catchment soils and in a radiocarbon-dated sediment core from the centre of the lake, covering the past 11 000 yr. The distribution of bacterial GDGTs in the catchment soils is very similar to that in the lake's surface sediments, indicating a common origin of the lipids. Consequently, their transfer from the soils into the sediment record seems undisturbed, probably without any significant alteration of their distribution through in situ production in the lake itself or early diagenesis of branched GDGTs. The MBT/CBT-inferred MAAT estimates from soils and surface sediments are in good agreement with instrumental values for the Lake Cadagno region (~0.5 °C). Moreover, downcore MBT/CBT-derived MAAT estimates match in timing and magnitude other proxy-based T reconstructions from nearby locations for the last two millennia. Major climate anomalies recorded by the MBT/CBT-paleothermometer are, for instance, the Little Ice Age (~14th to 19th century) and the Medieval Warm Period (MWP, ~9th to 14th century). Together, our observations indicate the quantitative applicability of the MBT/CBT-paleothermometer to Lake Cadagno sediments. In addition to the MWP, our lacustrine paleo T record indicates Holocene warm phases at about 3, 5, 7 and 11 kyr before present, which agrees in timing with other records from both the Alps and the sub-polar North-East Atlantic Ocean. The good temporal match of the warm periods determined for the central Alpine region with north-west European winter precipitation strength implies a strong and far-reaching influence of the North Atlantic Oscillation on continental European T variations during the Holocene.

Bacteriohopanepolyol data of sediment cores GeoB3918-2 and GeoB1514-6 from the Amazon River

We have investigated the delivery of terrestrial organic carbon (OC) to the Amazon shelf and deep sea fan based on soil marker bacteriohopanepolyols (BHPs; adenosylhopane and related compounds) and branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs), as well as on 14C dating of bulk organic matter. The microbial biomarker records show persistent burial of terrestrial OC, evidenced by almost constant and high BIT values (0.6) and soil marker BHP concentration [80-230 µg/g TOC (total OC)] on the late Holocene shelf and even higher BIT values (0.8-0.9), but lower and more variable soil-marker BHP concentration (40-100 µg/g TOC), on the past glacial deep sea fan. Radiocarbon data show that OC on the shelf is 3-4 kyr older than corresponding bivalve shells, emphasizing the presence of old carbon in this setting. We observe comparable and unexpectedly invariant BHP composition in both marine sediment records, with a remarkably high relative abundance of C-35 amino BHPs including compounds specific for aerobic methane oxidation on the shelf (avg. 50% of all BHPs) and the fan (avg. 40%). Notably, these marine BHP signatures are strikingly similar to those of a methane-producing floodplain area in one of the Amazonian wetland (várzea) regions. The observation indicates that BHPs in the marine sediments may have initially been produced within wetland regions of the Amazon basin and may therefore document persistent export from terrestrial wetland regions, with subsequent re-working in the marine environment, both during recent and past glacial climate conditions.

Contents and stable carbon isotope compositions of biomarkers indicative for AOM-communities dominated by different ANME groups in two carbonate samples from Hydrate Hole pockmark

Different types of seep carbonates were recovered from the 'Kouilou pockmarks' on the Congo deep-sea fan in approximately 3100 m water depth. The carbonate aggregates are represented by pyritiferous nodules, crusts and slabs, tubes, and filled molds. The latter are interpreted to represent casts of former burrows of bivalves and holothurians. The nodules consisting of high-Mg-calcite apparently formed deeper within the sediments than the predominantly aragonitic crusts and slabs. Nodule formation was caused by anaerobic oxidation of methane dominantly involving archaea of the phylogenetic ANME-1 group, whereas aragonitic crusts resulted from the activity of archaea of the ANME-2 cluster. Evidence for this correlation is based on the distribution of specific biomarkers in the two types of carbonate aggregates, showing higher hydroxyarchaeol to archaeol ratios in the crusts as opposed to nodules. Formation of crusts closer to the seafloor than nodules is indicated by higher carbonate contents of crusts, probably reflecting higher porosities of the host sediment during carbonate formation. This finding is supported by lower d18O values of crusts, agreeing with precipitation from pore waters similar in composition to seawater. The aragonitic mineralogy of the crusts is also in accord with precipitation from sulfate-rich pore waters similar to seawater. Moreover, the interpretation regarding the relative depth of formation of crusts and nodules agrees with the commonly observed pattern that ANME-1 archaea tend to occur deeper in the sediment than members of the ANME-2 group. Methane represents the predominant carbon source of all carbonates (d13C values as low as -58.9 per mil V-PDB) and the encrusted archaeal biomarkers (d13C values as low as -140 per mil V-PDB). Oxygen isotope values of some nodular carbonates, ranging from + 3.9 to + 5.1per mil V-PDB, are too high for precipitation in equilibrium with seawater, probably reflecting the destabilization of gas hydrates, which are particularly abundant at the Kouilou pockmarks.