Phosphonate-Functionalized Polyfluorene as a Highly Water-Soluble Iron(III) Chemosensor

An anionic, phosphonate-functionalized polyfluorene, i.e., poly(9,9-bis(3'-phosphatepropyl)fluorene-alt-1,4-phenylene) sodium salt (PFPNa), has been synthesized by copolymerization of phosphonic acid-substituted 2,7-dibromofluorene and phenyldiboronic ester via direct Suzuki polycondensation reaction in DMF/water. Polymer PFPNa is highly soluble and emissive in water with a solubility of 60 mg/mL and a photoluminescence quantum yield of 75%. The absorption and fluorescence spectra of PFPNa are strongly dependent on pH value owing to the partial protonation of phosphate groups and the aggregation of the polymer chains.

Electrochemical Metalloimmunoassay Based on Enlargement of Gold Nanoparticle Label Treated with Ag Enhancement System

A novel sensitive electrochemical immunoassay with colloidal gold as the antibody labeling tag and subsequent signal amplification by silver enhancement is described. Colloidal gold was treated by a light-sensitive silver enhancement system which made silver deposit on the surface of colloidal gold(form Au/Ag core-shell structure), followed by the release of the metallic silver atoms anchored on the antibody by oxidative dissolution of them in an acidic solution and the indirect determination of the dissolved Ag+ ions by anodic stripping voltammetry(ASV) at a carbon fiber microelectrode. The electrochemical signal is directly proportional to the amount of analyte(goat IgG) in the standard or a sample. The method was evaluated by means of a noncompetitive heterogeneous immunoassay of immunoglobulin G(IgG) with a concentration as low as 0.2 ng/ mL. The high performance of the method is related to the sensitive ASV determination of silver(I) at a carbon fiber microelectrode and to the release of a large number of Ag+ ions from each silver shell anchored on the analyte(goat IgG).

Solvent effects of a fluorescent polyquinoline chemosensor for metal ions

Red shift and quenching effects of the fluorecence spectra of polyquinoline (PQH) solutions in different solvents are observed upon the addition of metal ions, which demonstrates the extraordinary solvent effects on metal-ion recognition and sensing ability (including sensitivity and selectivity) of PQH.

Amplified immunoassay of human IgG using real-time biomolecular interaction analysis (BIA) technology

An automated biomolecular interaction analysis instrument (BI-Acore) based on surface plasmon resonance (SPR) has been used to determine human immunoglobulin G (IgG) in real time. Polyclonal anti-human IgG antibody was covalently immobilized to a carboxymethyldextran modified gold film surface. The samples of human IgG prepared in HBS buffer were poured over the immobilized surface. The signal amplification antibody was applied to amplify the response signal. After each measurement, the surface was regenerated with 0.1 mol/L H3PO4. The assay was rapid, requiring only 30 min for antibody immobilization and 20 min for each subsequent process of immune binding, antibody amplification and regeneration. The antibody immobilized surface had good response to human IgG in the range of 0.12-60 nmol/L with a detection limit of 60 pmol/L. The same antibody immobilized surface could be used for more than 110 cycles of binding, amplification and regeneration. The results demonstrate that the sensitivity, specificity and reproducibility of amplified immunoassay using real-time BIA technology are satisfactory.

Highly Sensitive, Uniform, and Reproducible Surface-Enhanced Raman Spectroscopy from Hollow Au-Ag Alloy Nanourchins

A hierarchical nanoparticle strategy to simultaneously gain super Raman signal amplification, high uniformity, and reproducibility is presented. Using hollow Au-Ag alloy nanourchins, an ultrahigh sensitivity, e.g., down to 1 fM concentrations for DEHP molecule is obtained. A small standard deviation of <10% is achieved by simply dropping and evaporating sub-100 nm nanourchins onto a substrate.

Hyperglycemia and Diabetes Downregulate the Functional Expression of TRPV4 Channels in Retinal Microvascular Endothelium

Retinal endothelial cell dysfunction is believed to play a key role in the etiology and pathogenesis of diabetic retinopathy. Numerous studies have shown that TRPV4 channels are critically involved in maintaining normal endothelial cell function. In the current paper, we demonstrate that TRPV4 is functionally expressed in the endothelium of the retinal microcirculation and that both channel expression and activity is downregulated by hyperglycaemia. Quantitative PCR and immunostaining demonstrated molecular expression of TRPV4 in cultured bovine retinal microvascular endothelial cells (RMECs). Functional TRPV4 activity was assessed in cultured RMECs from endothelial Ca2+-responses recorded using fura-2 microfluorimetry and electrophysiological recordings of membrane currents. The TRPV4 agonist 4α-phorbol 12,13-didecanoate (4-αPDD) increased [Ca2+]i in RMECs and this response was largely abolished using siRNA targeted against TRPV4. These Ca2+-signals were completely inhibited by removal of extracellular Ca2+, confirming their dependence on influx of extracellular Ca2+. The 4-αPDD Ca2+-response recorded in the presence of cyclopiazonic acid (CPA), which depletes the intracellular stores preventing any signal amplification through store release, was used as a measure of Ca2+-influx across the cell membrane. This response was blocked by HC067047, a TRPV4 antagonist. Under voltage clamp conditions, the TRPV4 agonist GSK1016790A stimulated a membrane current, which was again inhibited by HC067047. Following incubation with 25mM D-glucose TRPV4 expression was reduced in comparison with RMECs cultured under control conditions, as were 4αPDD-induced Ca2+-responses in the presence of CPA and ion currents evoked by GSK1016790A. Molecular expression of TRPV4 in the retinal vascular endothelium of 3 months' streptozotocin-induced diabetic rats was also reduced in comparison with that in age-matched controls. We conclude that hyperglycaemia and diabetes reduce the molecular and functional expression of TRPV4 channels in retinal microvascular endothelial cells. These changes may contribute to diabetes induced endothelial dysfunction and retinopathy.

Molecular mechanisms for a switch-like mating decision in Saccharomyces cerevisiae

Les changements évolutifs nous instruisent sur les nombreuses innovations permettant à chaque organisme de maximiser ses aptitudes en choisissant le partenaire approprié, telles que les caractéristiques sexuelles secondaires, les patrons comportementaux, les attractifs chimiques et les mécanismes sensoriels y répondant. L'haploïde de la levure Saccharomyces cerevisiae distingue son partenaire en interprétant le gradient de la concentration d'une phéromone sécrétée par les partenaires potentiels grâce à un réseau de protéines signalétiques de type kinase activées par la mitose (MAPK). La décision de la liaison sexuelle chez la levure est un événement en "tout–ourien", à la manière d'un interrupteur. Les cellules haploïdes choisissent leur partenaire sexuel en fonction de la concentration de phéromones qu’il produit. Seul le partenaire à proximité sécrétant des concentrations de phéromones égales ou supérieures à une concentration critique est retenu. Les faibles signaux de phéromones sont attribués à des partenaires pouvant mener à des accouplements infructueux. Notre compréhension du mécanisme moléculaire contrôlant cet interrupteur de la décision d'accouplement reste encore mince. Dans le cadre de la présente thèse, je démontre que le mécanisme de décision de la liaison sexuelle provient de la compétition pour le contrôle de l'état de phosphorylation de quatre sites sur la protéine d'échafaudage Ste5, entre la MAPK, Fus3, et la phosphatase,Ptc1. Cette compétition résulte en la dissociation de type « intérupteur » entre Fus3 et Ste5, nécessaire à la prise de décision d'accouplement en "tout-ou-rien". Ainsi, la décision de la liaison sexuelle s'effectue à une étape précoce de la voie de réponse aux phéromones et se produit rapidement, peut-être dans le but de prévenir la perte d’un partenaire potentiel. Nous argumentons que l'architecture du circuit Fus3-Ste5-Ptc1 génère un mécanisme inédit d'ultrasensibilité, ressemblant à "l'ultrasensibilité d'ordre zéro", qui résiste aux variations de concentration de ces protéines. Cette robustesse assure que l'accouplement puisse se produire en dépit de la stochasticité cellulaire ou de variations génétiques entre individus.Je démontre, par la suite, qu'un évènement précoce en réponse aux signaux extracellulaires recrutant Ste5 à la membrane plasmique est également ultrasensible à l'augmentation de la concentration de phéromones et que cette ultrasensibilité est engendrée par la déphosphorylation de huit phosphosites en N-terminal sur Ste5 par la phosphatase Ptc1 lorsqu'elle est associée à Ste5 via la protéine polarisante, Bem1. L'interférence dans ce mécanisme provoque une perte de l'ultrasensibilité et réduit, du même coup, l'amplitude et la fidélité de la voie de réponse aux phéromones à la stimulation. Ces changements se reflètent en une réduction de la fidélité et de la précision de la morphologie attribuable à la réponse d'accouplement. La polarisation dans l'assemblage du complexe protéique à la surface de la membrane plasmique est un thème général persistant dans tous les organismes, de la bactérie à l'humain. Un tel complexe est en mesure d'accroître l'efficacité, la fidélité et la spécificité de la transmission du signal. L'ensemble de nos découvertes démontre que l'ultrasensibilité, la précision et la robustesse de la réponse aux phéromones découlent de la régulation de la phosphorylation stoichiométrique de deux groupes de phosphosites sur Ste5, par la phosphatase Ptc1, un groupe effectuant le recrutement ultrasensible de Ste5 à la membrane et un autre incitant la dissociation et l'activation ultrasensible de la MAPK terminal Fus3. Le rôle modulateur de Ste5 dans la décision de la destinée cellulaire étend le répertoire fonctionnel des protéines d'échafaudage bien au-delà de l'accessoire dans la spécificité et l'efficacité des traitements de l'information. La régulation de la dynamique des caractères signal-réponse à travers une telle régulation modulaire des groupes de phosphosites sur des protéines d'échafaudage combinées à l'assemblage à la membrane peut être un moyen général par lequel la polarisation du destin cellulaire est obtenue. Des mécanismes similaires peuvent contrôler les décisions cellulaires dans les organismes complexes et peuvent être compromis dans des dérèglements cellulaires, tel que le cancer. Finalement, sur un thème relié, je présente la découverte d'un nouveau mécanisme où le seuil de la concentration de phéromones est contrôlé par une voie sensorielle de nutriments, ajustant, de cette manière, le point prédéterminé dans lequel la quantité et la qualité des nutriments accessibles dans l'environnement déterminent le seuil à partir duquel la levure s'accouple. La sous-unité régulatrice de la kinase à protéine A (PKA),Bcy1, une composante clé du réseau signalétique du senseur aux nutriments, interagit directement avec la sous-unité α des petites protéines G, Gpa1, le premier effecteur dans le réseau de réponse aux phéromones. L'interaction Bcy1-Gpa1 est accrue lorsque la cellule croit en présence d'un sucre idéal, le glucose, diminuant la concentration seuil auquel la décision d'accouplement est activée. Compromettre l'interaction Bcy1-Gpa1 ou inactiver Bcy1 accroît la concentration seuil nécessaire à une réponse aux phéromones. Nous argumentons qu'en ajustant leur sensibilité, les levures peuvent intégrer le stimulus provenant des phéromones au niveau du glucose extracellulaire, priorisant la décision de survie dans un milieu pauvre ou continuer leur cycle sexuel en choisissant un accouplement.

Detection of methotrexate using surface plasmon resonance biosensors for chemotherapy monitoring

Le méthotrexate (MTX), un agent anti-cancéreux fréquemment utilisé en chimiothérapie, requiert généralement un suivi thérapeutique de la médication (Therapeutic Drug Monitoring, TDM) pour surveiller son niveau sanguin chez le patient afin de maximiser son efficacité tout en limitant ses effets secondaires. Malgré la fenêtre thérapeutique étroite entre l’efficacité et la toxicité, le MTX reste, à ce jour, un des agents anti-cancéreux les plus utilisés au monde. Les techniques analytiques existantes pour le TDM du MTX sont coûteuses, requièrent temps et efforts, sans nécessairement fournir promptement les résultats dans le délai requis. Afin d’accélérer le processus de dosage du MTX en TDM, une stratégie a été proposée basée sur un essai compétitif caractérisé principalement par le couplage plasmonique d’une surface métallique et de nanoparticules d’or. Plus précisément, l’essai quantitatif exploite la réaction de compétition entre le MTX et une nanoparticule d’or fonctionnalisée avec l’acide folique (FA-AuNP) ayant une affinité pour un récepteur moléculaire, la réductase humaine de dihydrofolate (hDHFR), une enzyme associée aux maladies prolifératives. Le MTX libre mixé avec les FA-AuNP, entre en compétition pour les sites de liaison de hDHFR immobilisés sur une surface active en SPR ou libres en solution. Par la suite, les FA-AuNP liées au hDHFR fournissent une amplification du signal qui est inversement proportionnelle à la concentration de MTX. La résonance des plasmons de surface (SPR) est généralement utilisée comme une technique spectroscopique pour l’interrogation des interactions biomoléculaires. Les instruments SPR commerciaux sont généralement retrouvés dans les grands laboratoires d’analyse. Ils sont également encombrants, coûteux et manquent de sélectivité dans les analyses en matrice complexe. De plus, ceux-ci n’ont pas encore démontré de l’adaptabilité en milieu clinique. Par ailleurs, les analyses SPR des petites molécules comme les médicaments n’ont pas été explorés de manière intensive dû au défi posé par le manque de la sensibilité de la technique pour cette classe de molécules. Les développements récents en science des matériaux et chimie de surfaces exploitant l’intégration des nanoparticules d’or pour l’amplification de la réponse SPR et la chimie de surface peptidique ont démontré le potentiel de franchir les limites posées par le manque de sensibilité et l’adsorption non-spécifique pour les analyses directes dans les milieux biologiques. Ces nouveaux concepts de la technologie SPR seront incorporés à un système SPR miniaturisé et compact pour exécuter des analyses rapides, fiables et sensibles pour le suivi du niveau du MTX dans le sérum de patients durant les traitements de chimiothérapie. L’objectif de cette thèse est d’explorer différentes stratégies pour améliorer l’analyse des médicaments dans les milieux complexes par les biocapteurs SPR et de mettre en perspective le potentiel des biocapteurs SPR comme un outil utile pour le TDM dans le laboratoire clinique ou au chevet du patient. Pour atteindre ces objectifs, un essai compétitif colorimétrique basé sur la résonance des plasmons de surface localisée (LSPR) pour le MTX fut établi avec des nanoparticules d’or marquées avec du FA. Ensuite, cet essai compétitif colorimétrique en solution fut adapté à une plateforme SPR. Pour les deux essais développés, la sensibilité, sélectivité, limite de détection, l’optimisation de la gamme dynamique et l’analyse du MTX dans les milieux complexes ont été inspectés. De plus, le prototype de la plateforme SPR miniaturisée fut validé par sa performance équivalente aux systèmes SPR existants ainsi que son utilité pour analyser les échantillons cliniques des patients sous chimiothérapie du MTX. Les concentrations de MTX obtenues par le prototype furent comparées avec des techniques standards, soit un essai immunologique basé sur la polarisation en fluorescence (FPIA) et la chromatographie liquide couplée avec de la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) pour valider l’utilité du prototype comme un outil clinique pour les tests rapides de quantification du MTX. En dernier lieu, le déploiement du prototype à un laboratoire de biochimie dans un hôpital démontre l’énorme potentiel des biocapteurs SPR pour utilisation en milieux clinique.

A microchannel neuroprosthesis for bladder control after spinal cord injury in rat

A severe complication of spinal cord injury is loss of bladder function (neurogenic bladder), which is characterized by loss of bladder sensation and voluntary control of micturition (urination), and spontaneous hyperreflexive voiding against a closed sphincter (detrusor-sphincter dyssynergia). A sacral anterior root stimulator at low frequency can drive volitional bladder voiding, but surgical rhizotomy of the lumbosacral dorsal roots is needed to prevent spontaneous voiding and dyssynergia. However, rhizotomy is irreversible and eliminates sexual function, and the stimulator gives no information on bladder fullness. We designed a closed-loop neuroprosthetic interface that measures bladder fullness and prevents spontaneous voiding episodes without the need for dorsal rhizotomy in a rat model. To obtain bladder sensory information, we implanted teased dorsal roots (rootlets) within the rat vertebral column into microchannel electrodes, which provided signal amplification and noise suppression. As long as they were attached to the spinal cord, these rootlets survived for up to 3 months and contained axons and blood vessels. Electrophysiological recordings showed that half of the rootlets propagated action potentials, with firing frequency correlated to bladder fullness. When the bladder became full enough to initiate spontaneous voiding, high-frequency/amplitude sensory activity was detected. Voiding was abolished using a high-frequency depolarizing block to the ventral roots. A ventral root stimulator initiated bladder emptying at low frequency and prevented unwanted contraction at high frequency. These data suggest that sensory information from the dorsal root together with a ventral root stimulator could form the basis for a closed-loop bladder neuroprosthetic. Copyright © 2013, American Association for the Advancement of Science

Biomimetic biosensor based on lipidic layers containing tyrosinase and lutetium bisphthalocyanine for the detection of antioxidants

This paper describes the preparation of a biomimetic Langmuir-Blodgett film of tyrosinase incorporated in a lipidic layer and the use of lutetium bisphthalocyanine as an electron mediator for the voltammetric detection of phenol derivatives, which include one monophenol (vanillic acid), two diphenols (catechol and caffeic acid) and two triphenols (gallic acid and pyrogallol). The first redox process of the voltammetric responses is associated with the reduction of the enzymatically formed o-quinone and is favoured by the lutetium bisphthalocyanine because significant signal amplification is observed, while the second is associated with the electrochemical oxidation of the antioxidant and occurs at lower potentials in the presence of an electron mediator. The biosensor shows low detection limit (1.98 x 10(-6)-27.49 x 10(-6) M), good reproducibility, and high affinity to antioxidants (Km in the range of 62.31-144.87 mu M). The excellent functionality of the enzyme obtained using a biomimetic immobilisation method, the selectivity afforded by enzyme catalysis, the signal enhancement caused by the lutetium bisphthalocyanine mediator and the increased selectivity of the curves due to the occurrence of two redox processes make these sensors exceptionally suitable for the detection of phenolic compounds. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Biomimetic biosensor based on lipidic layers containing tyrosinase and lutetium bisphthalocyanine for the detection of antioxidants

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Computer-assisted analysis of p53 and PCNA expression in oral lesions infected with human papillomavirus

OBJECTIVE: To carry out a retrospective study to determine whether human papillomavirus (HPV) infection and immunohistochemical expression of p53 and proliferating cell nuclear antigen (PCNA) are related to the risk of oral cancer. STUDY DESIGN: Fifty-seven oral biopsies, consisting of 30 oral squamous papillomas (OSPs) and 27 oral squamous cell carcinomas (OSCCs) were tested for the presence of HPV 6/11 and 16/18 by in situ hybridization using catalyzed signal amplification and in situ hybridization. p53 And PCNA expression was analyzed by immunohistochemistry and evaluated quantitatively by image analysis. RESULTS: Nineteen of the 57 oral lesions (33.3%) were positive for HPV. HPV 6/11 was found in 6 of 30 (20%) OSPs and 1 of 27 (3.7%) OSCCs. HPV 16/18 was found in 10 of 27 (37%) OSCCs and 2 of 30 (6.7%) OSPs. Sixteen of the 19 HPV-positive cases (84.2%) were p53 negative; 5 (9%) were HPV 6/11 and 11 (19%) HPV 16/18, with an inverse correlation between the presence of HPV DNA and p53 expression (P=.017, P < .05). PCNA expression appeared in 18 (94.7%) of HPV positive cases, showing that HPV 16/18 was associated with intensity of PCNA expression and with OSCCs (P=.037, P < .05). CONCLUSION: Quantitative evaluation of p53 by image analysis showed an inverse correlation between p53 expression and HPV presence, suggesting protein degradation. Image analysis also demonstrated that PCNA expression was more intense in HPV DNA 16/18 OSCCs. These findings suggest involvement of high-risk HPV types in oral carcinogenesis.

p16INK4A immunohistochemical overexpression in premalignant and malignant oral lesions infected with human papillomavirus

Human papillomavirus (HPV) is believed to promote the oncogenic process, and the correlation between viral oncoproteins and dysfunction of p16 INK4A tumor suppressor protein in oral lesions is controversial. To test the hypothesis that anogenital HPV types participate in disruption of the regulation of p16INK4A suppressor protein in oral lesions, we analyzed 46 oral biopsy specimens for the presence of HPV 6/11 and 16/18 by in situ hybridization (ISH) and for p16INK4A expression by immunohistochemistry (IHC). Eighteen (39%) of the 46 oral lesions were HPV-positive and 28 (61%) were HPV-negative. HPV 6/11 DNA was found in 5 (11%) and HPV 16/18 in 13 (28%) of 46 biopsies. Nine of the 18 HPV-positive oral lesions (50%), assessed by catalyzed signal amplification coupled to ISH (CSA-ISH), gave high-intensity p16INK4A immunostaining. Focal and diffuse patterns were observed in 11/13 (77%) lesions with HPV 16/18, focal immunopositivity in 3/5 (80%) with HPV 6/11, and negative or sporadic p16-labeling in 18/28 (64%) without the presence of HPV DNA. These results showed a strong association between overexpression of p16 protein and malignant oral lesions, mainly those infected by HPV 16/18. We can conclude that high-risk HPV types are associated with p16 overexpression, and p16 may serve as a biomarker in oral cancer related to high-risk HPV infection.