Diagnostic potential of saliva : current state and future applications

BACKGROUND: Over the past 10 years, the use of saliva as a diagnostic fluid has gained attention and has become a translational research success story. Some of the current nanotechnologies have been demonstrated to have the analytical sensitivity required for the use of saliva as a diagnostic medium to detect and predict disease progression. However, these technologies have not yet been integrated into current clinical practice and work flow. CONTENT: As a diagnostic fluid, saliva offers advantages over serum because it can be collected noninvasively by individuals with modest training, and it offers a cost-effective approach for the screening of large populations. Gland-specific saliva can also be used for diagnosis of pathology specific to one of the major salivary glands. There is minimal risk of contracting infections during saliva collection, and saliva can be used in clinically challenging situations, such as obtaining samples from children or handicapped or anxious patients, in whom blood sampling could be a difficult act to perform. In this review we highlight the production of and secretion of saliva, the salivary proteome, transportation of biomolecules from blood capillaries to salivary glands, and the diagnostic potential of saliva for use in detection of cardiovascular disease and oral and breast cancers. We also highlight the barriers to application of saliva testing and its advancement in clinical settings. SUMMARY: Saliva has the potential to become a first-line diagnostic sample of choice owing to the advancements in detection technologies coupled with combinations of biomolecules with clinical relevance. (C) 2011 American Association for Clinical Chemistry

Diagnostic potential of saliva : state of the art and future applications [Potenziale diagnostico della saliva: stato dell’arte e applicazioni future]

Over the past 10 years, the use of saliva as a diagnostic fluid has gained attention and has become a translational research success story. Some of the current nanotechnologies have been demonstrated to have the analytical sensitivity required for the use of saliva as a diagnostic medium to detect and predict disease progression. However, these technologies have not yet been integrated into current clinical practice and work flow. As a diagnostic fluid, saliva offers advantages over serum because it can be collected noninvasively by individuals with modest training, and it offers a cost-effective approach for the screening of large populations. Gland-specific saliva can also be used for diagnosis of pathology specific to one of the major salivary glands. There is minimal risk of contracting infections during saliva collection, and saliva can be used in clinically challenging situations, such as obtaining samples from children or handicapped or anxious patients, in whom blood sampling could be a difficult act to perform. In this review we highlight the production of and secretion of saliva, the salivary proteome, transportation of biomolecules from blood capillaries to salivary glands, and the diagnostic potential of saliva for use in detection of cardiovascular disease and oral and breast cancers. We also highlight the barriers to application of saliva testing and its advancement in clinical settings. Saliva has the potential to become a first-line diagnostic sample of choice owing to the advancements in detection technologies coupled with combinations of biomolecules with clinical relevance.

Sustainable life cycles of natural-precursor-derived nanocarbons

Sustainable societal and economic development relies on novel nanotechnologies that offer maximum efficiency at minimal environmental cost. Yet, it is very challenging to apply green chemistry approaches across the entire life cycle of nanotech products, from design and nanomaterial synthesis to utilization and disposal. Recently, novel, efficient methods based on nonequilibrium reactive plasma chemistries that minimize the process steps and dramatically reduce the use of expensive and hazardous reagents have been applied to low-cost natural and waste sources to produce value-added nanomaterials with a wide range of applications. This review discusses the distinctive effects of nonequilibrium reactive chemistries and how these effects can aid and advance the integration of sustainable chemistry into each stage of nanotech product life. Examples of the use of enabling plasma-based technologies in sustainable production and degradation of nanotech products are discussed—from selection of precursors derived from natural resources and their conversion into functional building units, to methods for green synthesis of useful naturally degradable carbon-based nanomaterials, to device operation and eventual disintegration into naturally degradable yet potentially reusable byproducts.

Proteomics and mass spectrometric studies reveal planktonic growth of Mycobacterium smegmatis in biofilm cultures in the absence of rpoZ

Mycobacterium smegmatis is known to form biofilms and many cell surface molecules like core glycopeptidolipids and short-chain mycolates appear to play important role in the process. However, the involvement of the cell surface molecules in mycobacteria towards complete maturation of biofilms is still not clear. This work demonstrates the importance of the glycopeptidolipid species with hydroxylated alkyl chain and the epoxylated mycolic acids, during the process of biofilm development. In our previous study, we reported the impairment of biofilm formation in rpoZ-deleted M. smegmatis, where rpoZ codes for the ω subunit of RNA polymerase (R. Mathew, R. Mukherjee, R. Balachandar, D. Chatterji, Microbiology 152 (2006) 1741). Here we report the occurrence of planktonic growth in a mc2155 strain which is devoid of rpoZ gene. This strain is deficient in selective incorporation of the hydroxylated glycopeptidolipids and the epoxy mycolates to their respective locations in the cell wall. Hence it forms a mutant biofilm defective in maturation, wherein the cells undertake various alternative metabolic pathways to survive in an environment where oxygen, the terminal electron acceptor, is limiting.

Flat Panel Displays

Learn how nanotechnologies will be used to transform future wireless and Internet communications.

Single steady frequency and narrow line width external cavity semiconductor laser

A single longitudinal mode and narrow line width external cavity semiconductor laser is proposed. It is constructed with a semiconductor laser, collimator, a flame grating, and current and temperature control systems. The one facet of semiconductor laser is covered by high transmission film, and another is covered by high reflection film. The flame grating is used as light feedback element to select the mode of the semiconductor laser. The temperature of the constructed external cavity semiconductor laser is stabilized in order of 10(-3)degreesC by temperature control system. The experiments have been carried out and the results obtained-the spectral fine width of this laser is compressed to be less than 1.4MHz from its original line-width of more than 1200GHz and the output stability (including power and mode) is remarkably enhanced.

Integrated genetic analysis systems

The overall objective of this thesis is to integrate a number of micro/nanotechnologies into integrated cartridge type systems to implement such biochemical protocols. Instrumentation and systems were developed to interface such cartridge systems: (i) implementing microfluidic handling, (ii) executing thermal control during biochemical protocols and (iii) detection of biomolecules associated with inherited or infectious disease. This system implements biochemical protocols for DNA extraction, amplification and detection. A digital microfluidic chip (ElectroWetting on Dielectric) manipulated droplets of sample and reagent implementing sample preparation protocols. The cartridge system also integrated a planar magnetic microcoil device to generate local magnetic field gradients, manipulating magnetic beads. For hybridisation detection a fluorescence microarray, screening for mutations associated with CFTR gene is printed on a waveguide surface and integrated within the cartridge. A second cartridge system was developed to implement amplification and detection screening for DNA associated with disease-causing pathogens e.g. Escherichia coli. This system incorporates (i) elastomeric pinch valves isolating liquids during biochemical protocols and (ii) a silver nanoparticle microarray for fluorescent signal enhancement, using localized surface plasmon resonance. The microfluidic structures facilitated the sample and reagent to be loaded and moved between chambers with external heaters implementing thermal steps for nucleic acid amplification and detection. In a technique allowing probe DNA to be immobilised within a microfluidic system using (3D) hydrogel structures a prepolymer solution containing probe DNA was formulated and introduced into the microfluidic channel. Photo-polymerisation was undertaken forming 3D hydrogel structures attached to the microfluidic channel surface. The prepolymer material, poly-ethyleneglycol (PEG), was used to form hydrogel structures containing probe DNA. This hydrogel formulation process was fast compared to conventional biomolecule immobilization techniques and was also biocompatible with the immobilised biomolecules, as verified by on-chip hybridisation assays. This process allowed control over hydrogel height growth at the micron scale.

Modelling technologies and applications

Numerical modelling technology and software is now being used to underwrite the design of many microelectronic and microsystems components. The demands for greater capability of these analysis tools are increasing dramatically, as the user community is faced with the challenge of producing reliable products in ever shorter lead times. This leads to the requirement for analysis tools to represent the interactions amongst the distinct phenomena and physics at multiple length and timescales. Multi-physics and Multi-scale technology is now becoming a reality with many code vendors. This chapter discusses the current status of modelling tools that assess the impact of nano-technology on the fabrication/packaging and testing of microsystems. The chapter is broken down into three sections: Modelling Technologies, Modelling Application to Fabrication, and Modelling Application to Assembly/Packing and Modelling Applied for Test and Metrology.

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.

Sciences et technologies émergentes : pourquoi tant de promesses?

Les technosciences (numériques, bio- et nanotechnologies, neurosciences, médecine personnalisée, biologie de synthèse) sont accompagnées de promesses fabuleuses à l'attention du public et des décideurs. L'économie des promesses qui en résulte affecte le régime de financement de la recherche et la gouvernance du changement sociotechnique. Elle crée de l'engouement, soutient la compétition scientifique, attire des ressources financières et légitime d'importantes dépenses publiques. Cet ouvrage met en évidence les cycles accélérés d'enthousiasme et de désillusion, les décalages entre horizons d'attente et les questions démocratiques qu'ils soulèvent. Fondé sur des recherches de terrain relevant de l'étude sociale des sciences et des techniques, de la philosophie et de l'histoire, il examine les formes alternatives d'organisation de la recherche, de participation citoyenne et de répartition des droits de propriété et des bénéfices, et montre qu'une forme de ralentissement des promesses, non des sciences, favoriserait l'articulation de ces dernières avec les besoins de la société. L'ambition des textes réunis ici est d'ouvrir le débat en langue française en interrogeant directement le régime des promesses technoscientifiques.

Le « nanomonde » et le renversement de la distinction entre nature et technique : entre l’artificialisation de la nature et la naturalisation de la technique

Les nanosciences et les nanotechnologies (NST) s’inscrivent dans un champ technoscientifique, le nanomonde, qui a pour socle l’hybridation autant conceptuelle que pratique entre le domaine de la nature et celui de la technique. Dans ce mémoire nous nous intéressons au basculement de la distinction entre le naturel et l’artificiel qui s’ensuit. Un retour socio-historique sur la construction du dualisme nature/artifice propre aux sociétés modernes nous aide alors à saisir les enjeux socio-culturels impliqués dans sa remise en question. La déconstruction, à travers la méthode d’analyse de discours, d’entretiens réalisés avec les principaux chercheurs en NST au Québec illustre empiriquement, tout en le systématisant, le double processus d’artificialisation de la nature et de naturalisation de la technique, pointé théoriquement comme caractéristique de la remise en cause de la distinction entre nature et artifice qu’opère le nanomonde. Nous suggérons que l’artificialisation de la nature et la naturalisation de la technique, loin d’être contradictoires, constituent des éléments d’une dynamique synergique dont le résultat est une désontologisation de la nature comme catégorie de la pensée et une déqualification du monde qui distingue l’activité humaine.

Culture du corps et technosciences : vers une « mise à niveau » technique de l’humain? Analyse des représentations du corps soutenues par le mouvement transhumaniste

L’intérêt marqué porté actuellement aux recherches NBIC (nano-bio-info-cognitivo technologies) visant l’optimisation des capacités humaines augure d’un profond bouleversement dans nos représentations du corps humain et du rapport humain-machine. Tour à tour, des travaux issus des domaines du génie génétique, de la pharmacologie, des biotechnologies ou des nanotechnologies nous promettent un corps moins sujet à la maladie, mieux « adapté » et surtout plus malléable. Cette construction en laboratoire d’un corps amélioré fait amplement écho aux préoccupations contemporaines concernant la santé parfaite, le processus de vieillissement, l’inaptitude, l’apparence, la performance, etc. En vue d’analyser les transformations qu’induisent ces recherches sur les représentations du corps, nous avons construit un modèle théorique appuyé, d’une part, sur des travaux en sociologie du corps et, d’autre part, sur des travaux en épistémologie des sciences. Puis, en scrutant différents textes de vulgarisation scientifique produits par des chercheurs transhumanistes – militant ouvertement en faveur d’une optimisation radicale des capacités humaines par le biais des technosciences –, il a été observé que les représentations du corps s’organisent autour de trois principaux noyaux. Le corps humain est présenté, dans ce discours, comme étant à la fois informationnel, technologiquement perfectible et obsolète. Cette représentation tripartite du corps permet aux transhumanistes d’ériger leur modèle d’action (i.e. amélioration des capacités physiques, intellectuelles, sensitives, émotionnelles, etc.) à titre de nécessité anthropologique. À leurs yeux, l’amélioration des conditions humaines doit passer par une mutation contrôlée de la biologie (i.e. une hybridation avec la machine) du fait que le corps serait « inadapté » au monde contemporain. Ainsi, les promesses NBIC, une fois récupérées par les chercheurs transhumanistes, se voient exacerbées et prennent une tonalité péremptoire. Ceci contribue vivement à la promotion du posthumain ou du cyborg, soit d’un individu transformé dans l’optique d’être plus robuste et intelligent, de moduler sa sensitivité et ses états émotifs et de vivre plus longtemps, voire indéfiniment. Enfin, situé à mi-chemin entre la science et la science-fiction, ce projet est qualifié de techno-prophétie en ce qu’il produit d’innombrables prévisions basées sur les avancées technoscientifiques actuelles et potentielles. Afin d’accroître l’acceptabilité sociale de leur modèle d’action, les transhumanistes ne font pas uniquement appel à la (potentielle) faisabilité technique; ils s’appuient également sur des valeurs socialement partagées, telles que l’autodétermination, la perfectibilité humaine, l’égalité, la liberté ou la dignité. Néanmoins, la lecture qu’ils en font est parfois surprenante et rompt très souvent avec les conceptions issues de la modernité. À leur avis, le perfectionnement humain doit s’opérer par le biais des technosciences (non des institutions sociales), sur le corps même des individus (non sur l’environnement) et en vertu de leur « droit » à l’autodétermination compris comme un droit individuel d’optimiser ses capacités. De même, les technosciences doivent, disent-ils, être démocratisées afin d’en garantir l’accessibilité, de réduire les inégalités biologiques et de permettre à chacun de renforcer son sentiment d’identité et d’accomplissement. L’analyse du discours transhumaniste nous a donc permis d’observer leurs représentations du corps de même que la résonance culturelle du projet qu’ils proposent.

Films minces supramoléculaires de copolymères de PS-P4VP réalisés par trempage

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP.

Enjeux éthiques et sociaux de la nanomédecine : le point sur la question

La nanomédecine, soit l’application des nanotechnologies à des activités médicales (diagnostic, thérapie, suivi du patient, etc.) soulève l’espoir d’une médecine améliorée aux applications extraordinaires, par exemple dans le domaine de la médecine régénérative. La nanomédecine suscite néanmoins des questions éthiques quant à ses buts et ses applications. Dans cette présentation, nous proposons de faire le point sur les enjeux éthiques associés à la nanomédecine. Pour y arriver, nous examinerons la littérature consacrée à ce sujet mais, aussi, les applications concrètes de la nanomédecine.