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

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

Tunable diode Laser Absorption Spectroscopy ,Nir Overtone and Life Studies of Some Organic Compound

The present work is mainly concentrated on setting up a NIR tunable diode laser absorption (TDLA) spectrometer for high-resolution molecular spectroscopic studies. For successfully recording the high-resolution tunable diode laser spectrum, various experimental considerations are to be taken into account like the setup should be free from mechanical vibrations, sample should be kept at a low pressure, laser should be in a single mode operation etc. The present experimental set up considers all these factors. It is to be mentioned here that the setting up of a high resolution NIR TDLA spectrometer is a novel experiment requiring much effort and patience. The analysis of near infrared (NIR) vibrational overtone spectra of some substituted benzene compounds using local mode model forms another part of the present work. An attempt is made to record the pulsed laser induced fluorescence/Raman spectra of some organic compounds. A Q-switched Nd:YAG laser is used as the excitation source. A TRIAX monochromator and CCD detector is used for the spectral recording. The observed fluorescence emission for carbon disulphide is centered at 680 nm; this is assigned as due to the n, p* transition. Aniline also shows a broad fluorescence emission centered at 725 nm, which is due to the p,p* transition. The pulsed laser Raman spectra of some organic compounds are also recorded using the same experimental setup. The calibration of the set up is done using the laser Raman spectra of carbon tetrachloride and carbon disulphide. The observed laser Raman spectra for aniline, o-chloroaniline and m-chlorotoluene show peaks characteristics of the aromatic ring in common and the characteristics peaks due to the substitutuent groups. Some new peaks corresponding to low-lying vibrations of these molecules are also assigned

CH Overtones in Acetophenone and Benzaldehyde: Aryl and Methyl Local Modes

Vibrational overtone spectra of acetophenone and benzaldehyde in the visible and near-infrared regions are studied by the dual beam thermal lens and the conventional near-infrared absorption techniques. The observed increase in the mechanical frequency of the aryl CH bond from that of benzene is attributed to the decrease in the aryl CH bond length caused by the electron-withdrawing property of the substituents. Overtone spectra also demonstrate that acetophenone contains two types of methyl CH bonds arising from the anisotropic environments created by oxygen lone pair and carbonyl P electrons. The local-mode parameters of the two types of CH bonds are compared with those of acetone and acetaldehyde. The possible factors influencing the methyl CH bonds in acetophenone are discussed.

Laser Spectroscopy: TDLAS instrumentation and NIR analysis of some organic materials

Near-infrared spectroscopy can be a workhorse technique for materials analysis in industries such as agriculture, pharmaceuticals, chemicals and polymers. A near-infrared spectrum represents combination bands and overtone bands that are harmonics of absorption frequencies in the mid-infrared. Near-infrared absorption includes a combination-band region immediately adjacent to the mid-infrared and three overtone regions. All four near-infrared regions contain "echoes" of the fundamental mid-infrared absorptions. For example, vibrations in the mid-infrared due to the C-H stretches will produce four distinct bands in each of the overtone and combination regions. As the bands become more removed from the fundamental frequencies they become more widely separated from their neighbors, more broadened and are dramatically reduced in intensity. Because near-infrared bands are much less intense, more of the sample can be used to produce a spectra and with near-infrared, sample preparation activities are greatly reduced or eliminated so more of the sample can be utilized. In addition, long path lengths and the ability to sample through glass in the near-infrared allows samples to be measured in common media such as culture tubes, cuvettes and reaction bottles. This is unlike mid-infrared where very small amounts of a sample produce a strong spectrum; thus sample preparation techniques must be employed to limit the amount of the sample that interacts with the beam. In the present work we describe the successful the fabrication and calibration of a linear high resolution linear spectrometer using tunable diode laser and a 36 m path length cell and meuurement of a highly resolved structure of OH group in methanol in the transition region A v =3. We then analyse the NIR spectrum of certain aromatic molecules and study the substituent effects using local mode theory

NIR Spectroscopic and Laser Induced Fluorescence studies of some organic molecules

Vibrational overtone spectroscopy of molecules containing X-H oscillators (X = C, N, O...) has become an effective tool for the study of molecular structure, dynamics, inter and intramolecular interactions, conformational aspects and substituent effects in aliphatic and aromatic compounds. In the present work, the author studied the NIR overtone spectra of some liquid phase organic compounds. The analysis of the CH, NH and OH overtones yielded important structural information about these systems. In an attempt to get information on electronic energy levels, we studied the pulsed Nd:YAG laser induced fluorescence spectra of certain organic compounds. The pulsed laser Raman spectra of some organic compounds are also studied. The novel high resolution technique of near infrared tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is used to record the rotational structure of the second OH overtone spectrum of 2-propanol. The spectral features corresponding to the different molecular conformations could be identified from the high resolution spectrum. The whole work described in this thesis is divided into five chapters.

Photometric and fundamental plane studies of galaxies

Determining the morphological parameters that describe galaxies has always been a challenging task. The studies on the correlations between different photometric as well as spectroscopic parameters of the galaxies help in understanding their structure, properties of the stars and gas which constitute the galaxy, the various physical and chemical processes which determine the properties, and galaxy formation and evolution. In the last few decades, the advent of Charge Coupled Devices (CCDs) and near infrared arrays ha\·e provided quick and reliable digitized data acquisition, in the optical and near infrared bands. This has provided an avalanche of data, which can be processed using sophisticated image analysis techniques to obtain information about the morphology of galaxies. The photometric analysis performed in this thesis involve the extraction of structural parameters of early type gala.xies imaged in the near infrared K (2.2ttm) band, obtaining correlations between these, parameters and using them to constrain the large scale properties of galaxi,~s.

Precision mapping

The nondestructive determination of plant total dry matter (TDM) in the field is greatly preferable to the harvest of entire plots in areas such as the Sahel where small differences in soil properties may cause large differences in crop growth within short distances. Existing equipment to nondestructively determine TDM is either expensive or unreliable. Therefore, two radiometers for measuring reflected red and near-infrared light were designed, mounted on a single wheeled hand cart and attached to a differential Global Positioning System (GPS) to measure georeferenced variations in normalized difference vegetation index (NDVI) in pearl millet fields [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]. The NDVI measurements were then used to determine the distribution of crop TDM. The two versions of the radiometer could (i) send single NDVI measurements to the GPS data logger at distance intervals of 0.03 to 8.53 m set by the user, and (ii) collect NDVI values averaged across 0.5, 1, or 2 m. The average correlation between TDM of pearl millet plants in planting hills and their NDVI values was high (r^2 = 0.850) but varied slightly depending on solar irradiance when the instrument was calibrated. There also was a good correlation between NDVI, fractional vegetation cover derived from aerial photographs and millet TDM at harvest. Both versions of the rugged instrument appear to provide a rapid and reliable way of mapping plant growth at the field scale with a high spatial resolution and should therefore be widely tested with different crops and soil types.

Determination of yield and quality parameters of energy crops applying laboratory and field spectroscopy

A real-time analysis of renewable energy sources, such as arable crops, is of great importance with regard to an optimised process management, since aspects of ecology and biodiversity are considered in crop production in order to provide a sustainable energy supply by biomass. This study was undertaken to explore the potential of spectroscopic measurement procedures for the prediction of potassium (K), chloride (Cl), and phosphate (P), of dry matter (DM) yield, metabolisable energy (ME), ash and crude fibre contents (ash, CF), crude lipid (EE), nitrate free extracts (NfE) as well as of crude protein (CP) and nitrogen (N), respectively in pretreated samples and undisturbed crops. Three experiments were conducted, one in a laboratory using near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) and two field spectroscopic experiments. Laboratory NIRS measurements were conducted to evaluate to what extent a prediction of quality parameters is possible examining press cakes characterised by a wide heterogeneity of their parent material. 210 samples were analysed subsequent to a mechanical dehydration using a screw press. Press cakes serve as solid fuel for thermal conversion. Field spectroscopic measurements were carried out with regard to further technical development using different field grown crops. A one year lasting experiment over a binary mixture of grass and red clover examined the impact of different degrees of sky cover on prediction accuracies of distinct plant parameters. Furthermore, an artificial light source was used in order to evaluate to what extent such a light source is able to minimise cloud effects on prediction accuracies. A three years lasting experiment with maize was conducted in order to evaluate the potential of off-nadir measurements inside a canopy to predict different quality parameters in total biomass and DM yield using one sensor for a potential on-the-go application. This approach implements a measurement of the plants in 50 cm segments, since a sensor adjusted sideways is not able to record the entire plant height. Calibration results obtained by nadir top-of-canopy reflectance measurements were compared to calibration results obtained by off-nadir measurements. Results of all experiments approve the applicability of spectroscopic measurements for the prediction of distinct biophysical and biochemical parameters in the laboratory and under field conditions, respectively. The estimation of parameters could be conducted to a great extent with high accuracy. An enhanced basis of calibration for the laboratory study and the first field experiment (grass/clover-mixture) yields in improved robustness of calibration models and allows for an extended application of spectroscopic measurement techniques, even under varying conditions. Furthermore, off-nadir measurements inside a canopy yield in higher prediction accuracies, particularly for crops characterised by distinct height increment as observed for maize.

Characterization of Novel Fabry Pérot Filter Arrays for Nanospectrometers in Medical Applications

Optische Spektroskopie ist eine sehr wichtige Messtechnik mit einem hohen Potential für zahlreiche Anwendungen in der Industrie und Wissenschaft. Kostengünstige und miniaturisierte Spektrometer z.B. werden besonders für moderne Sensorsysteme “smart personal environments” benötigt, die vor allem in der Energietechnik, Messtechnik, Sicherheitstechnik (safety and security), IT und Medizintechnik verwendet werden. Unter allen miniaturisierten Spektrometern ist eines der attraktivsten Miniaturisierungsverfahren das Fabry Pérot Filter. Bei diesem Verfahren kann die Kombination von einem Fabry Pérot (FP) Filterarray und einem Detektorarray als Mikrospektrometer funktionieren. Jeder Detektor entspricht einem einzelnen Filter, um ein sehr schmales Band von Wellenlängen, die durch das Filter durchgelassen werden, zu detektieren. Ein Array von FP-Filter wird eingesetzt, bei dem jeder Filter eine unterschiedliche spektrale Filterlinie auswählt. Die spektrale Position jedes Bandes der Wellenlänge wird durch die einzelnen Kavitätshöhe des Filters definiert. Die Arrays wurden mit Filtergrößen, die nur durch die Array-Dimension der einzelnen Detektoren begrenzt werden, entwickelt. Allerdings erfordern die bestehenden Fabry Pérot Filter-Mikrospektrometer komplizierte Fertigungsschritte für die Strukturierung der 3D-Filter-Kavitäten mit unterschiedlichen Höhen, die nicht kosteneffizient für eine industrielle Fertigung sind. Um die Kosten bei Aufrechterhaltung der herausragenden Vorteile der FP-Filter-Struktur zu reduzieren, wird eine neue Methode zur Herstellung der miniaturisierten FP-Filtern mittels NanoImprint Technologie entwickelt und präsentiert. In diesem Fall werden die mehreren Kavitäten-Herstellungsschritte durch einen einzigen Schritt ersetzt, die hohe vertikale Auflösung der 3D NanoImprint Technologie verwendet. Seit dem die NanoImprint Technologie verwendet wird, wird das auf FP Filters basierende miniaturisierte Spectrometer nanospectrometer genannt. Ein statischer Nano-Spektrometer besteht aus einem statischen FP-Filterarray auf einem Detektorarray (siehe Abb. 1). Jeder FP-Filter im Array besteht aus dem unteren Distributed Bragg Reflector (DBR), einer Resonanz-Kavität und einen oberen DBR. Der obere und untere DBR sind identisch und bestehen aus periodisch abwechselnden dünnen dielektrischen Schichten von Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex. Die optischen Schichten jeder dielektrischen Dünnfilmschicht, die in dem DBR enthalten sind, entsprechen einen Viertel der Design-Wellenlänge. Jeder FP-Filter wird einer definierten Fläche des Detektorarrays zugeordnet. Dieser Bereich kann aus einzelnen Detektorelementen oder deren Gruppen enthalten. Daher werden die Seitenkanal-Geometrien der Kavität aufgebaut, die dem Detektor entsprechen. Die seitlichen und vertikalen Dimensionen der Kavität werden genau durch 3D NanoImprint Technologie aufgebaut. Die Kavitäten haben Unterschiede von wenigem Nanometer in der vertikalen Richtung. Die Präzision der Kavität in der vertikalen Richtung ist ein wichtiger Faktor, der die Genauigkeit der spektralen Position und Durchlässigkeit des Filters Transmissionslinie beeinflusst.

Mikromechanisch durchstimmbare, dielektrische Fabry-Pérot-Filter im nahen Infrarot-Bereich: Konzept, Herstellung und Charakterisierung

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Herstellung und Charakterisierung mikromechanisch durchstimmbarer, dielektrischer Fabry-Pérot-Filter im nahen Infrarot-Bereich bei einer Zentralwellenlänge von λc = 950 nm. Diese Bauelemente wurden auf Basis kostengünstiger Technologien realisiert, dank deren Entwicklung extreme Miniaturisierung und gleichzeitig hohe spektrale Anforderungen möglich sind. Der Vorteil solcher Filter liegt darin, dass sie direkt in einen Photodetektor integriert werden können und mit ganz wenigen Komponenten zu einem kompakten Spektrometermodul zusammengesetzt werden können. Die Baugröße ist nur durch die Größe des Photodetektors limitiert und die gesamte Intensität des einfallenden Lichts kann vorteilhaft auf eine einzelne Filtermembran des Fabry-Pérot-Filters fokussiert werden. Für den Filteraufbau werden zwei hochreflektierende, dielektrische DBR-Spiegel, ein organisches Opferschichtmaterial, welches zur Erzeugung einer Luftkavität im Filter dient, und zwei unterschiedliche Elektroden aus ITO und Aluminium verwendet. Die mikromechanische Auslenkung der freigelegten Filtermembran geschieht mittels elektrostatischer Aktuation, wobei auf diese Weise die Kavitätshöhe des Fabry-Pérot-Filters geändert wird und somit dieser im erforderlichen Spektralbereich optisch durchgestimmt wird. Das in dieser Arbeit gewählte Filterkonzept stellt eine Weiterentwicklung eines bereits bestehenden Filterkonzepts für den sichtbaren Spektralbereich dar. Zum Einen wurden in dieser Arbeit das vertikale und das laterale Design der Filterstrukturen geändert. Eine entscheidende Änderung lag im mikromechanisch beweglichen Teil des Fabry-Pérot-Filters. Dieser schließt den oberen DBR-Spiegel und ein aus dielektrischen Schichten und der oberen Aluminium-Elektrode bestehendes Membranhaltesystem ein, welches später durch Entfernung der Opferschicht freigelegt wird. Die Fläche des DBR-Spiegels wurde auf die Fläche der Filtermembran reduziert und auf dem Membranhaltesystem positioniert. Zum Anderen wurde im Rahmen dieser Arbeit der vertikale Schichtaufbau des Membranhaltesystems variiert und der Einfluss der gewählten Materialien auf die Krümmung der freistehenden Filterstrukturen, auf das Aktuationsverhalten und auf die spektralen Eigenschaften des gesamten Filters untersucht. Der Einfluss der mechanischen Eigenschaften dieser Materialien spielt nämlich eine bedeutende Rolle bei der Erhaltung der erforderlichen optischen Eigenschaften des gesamten Filters. Bevor Fabry-Pérot-Filter ausgeführt wurden, wurde die mechanische Spannung in den einzelnen Materialien des Membranhaltesystems bestimmt. Für die Messung wurde Substratkrümmungsmethode angewendet. Es wurde gezeigt, dass die Plasmaanregungsfrequenzen der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung bei einer Prozesstemperatur von 120 °C die mechanische Spannung von Si3N4 enorm beeinflussen. Diese Ergebnisse wurden im Membranhaltesystem umgesetzt, wobei verschiedene Filter mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften des Membranhaltesystems gezeigt wurden. Darüber hinaus wurden optische Eigenschaften der Filter unter dem Einfluss des lateralen Designs der Filterstrukturen untersucht. Bei den realisierten Filtern wurden ein optischer Durchstimmbereich von ca. 70 nm und eine spektrale Auflösung von 5 nm erreicht. Die erreichte Intensität der Transmissionslinie liegt bei 45-60%. Diese Parameter haben für den späteren spektroskopischen Einsatz der realisierten Fabry-Pérot-Filter eine hohe Bedeutung. Die Anwendung soll erstmalig in einem „Proof of Concept“ stattfinden, wobei damit die Oberflächentemperatur eines GaAs-Wafers über die Messung der spektralen Lage seiner Bandlücke bestimmt werden kann.

Incidencia de fibrilación auricular en pacientes con dispositivos de estimulación cardiaca con cardiopatía chagásica y no chagásica

La posible asociación entre el desarrollo de fibrilación auricular (FA) con la presencia de cardiopatía chagásica en una población portadora de dispositivos cardiacos de estimulación no está descrita. Se presenta un estudio de tipo cohorte retrospectivo realizado en la FCI que recopila las principales características clínicas de una población de pacientes con cardiopatía de variada etiología y portadores de dispositivos cardiacos buscando evaluar la incidencia de FA en presencia de cardiomiopatía de origen chagásico y no chagásico. A la fecha no se cuenta con una base de datos institucional ni regional que contenga las variables analizadas. Durante los 5 meses que duró la construcción de la base de datos se incluyeron 99 sujetos de investigación. Se implantaron 42 marcapasos bicamerales, 39 cardiodesfibriladores bicamerales, 6 dispositivos correspondientes cardiodesfibrilador con función de resincronización cardiaca, 2 resincronizadores cardiacos sin función de cardiodesfibrilador y 7 cardiodesfibriladores unicamerales. De los 99 sujetos recolectados se presentaron 8 desenlaces (FA de novo) y de esos solamente 1 pertenece al grupo de pacientes con cardiomiopatía chagásica. Este número reducido de desenlaces no permitió desarrollar un modelo de regresión de Cox y ni otros tipos de análisis estadísticos planteados en el protocolo inicial debido al bajo número de casos y pobre poder estadístico. Esta dificultad es inherente a la naturaleza del problema a estudiar y al corto tiempo de seguimiento. Por lo anterior no se puede establecer si existe una relación entre la presencia de serología positiva para infección por T. Cruzi y la presencia de FA de novo.

Descripción del comportamiento basal y transoperatorio de los nivels de NIRS cerebral en pacientes con cardiopatias congenitas cianosantes sometidos a cirugia paliativa o correctiva y su correlación con las variables fisiologicas determinantes del flujo sanguineo cerebral

La lesión neurológica es un riesgo latente en pacientes sometidos a cirugía cardiaca, en cirugía para corrección de cardiopatías congénitas puede tener una incidencia tan alta como del 26%, por lo cual es necesario contar con herramientas cada vez más acertadas y que puedan ayudar a disminuir esta incidencia; la saturación regional cerebral medida por NIRS constituye una herramienta válida, que permite una evaluación continua y de forma no invasiva, que puede servir para este fin. El presente estudio pretende determinar una asociación entre los niveles de saturación regional de oxígeno cerebral en los pacientes con cardiopatías congénitas cianosantes y las variables fisiológicas determinantes del aporte de oxígeno, asumiendo una hipoxemia crónica para estos pacientes. Se realizó un estudio de correlación para estas variables, para lo cual se evaluaron de forma sistemática estas en pacientes sometidos a cirugía cardiaca en la Fundación Cardioinfantil Instituto de Cardiología, que cumplían con los criterios de inclusión, hasta completar una muestra de 31 pacientes, en los cuales no se realizó ninguna intervención, catalogándolo como riesgo menor que el mínimo, cumpliendo con los criterios de Helsinki.Se encontró una correlación significativa entre los valores de NIRS cerebral con los contenidos arteriales, capilares y venoso de oxígeno en el análisis bivariado, encontrándose para estos pacientes niveles más bajos de estos contenidos como también para el consumo de oxígeno, no se encontró asociación significativa con la saturación arterial ni venosa de oxígeno, parece existir una relación significativa entre los niveles más bajos de NIRS con el resultado neurológico, estos hallazgos sin embargo no fueron significativos en el análisis multivariado.

First CRDS-measurements of water vapour continuum in the 940nm absorption band

Measurements of near-infrared water vapour continuum using continuous wave cavity ring down spectroscopy (cw- CRDS) have been performed at around 10611.6 and 10685:2 cm1. The continuum absorption coefficients for N2- broadening have been determined for two temperatures and wavenumbers. These results represent the first near-IR continuum laboratory data determined within the complex spectral environment in the 940nm water vapour band and are in reasonable agreement with simulations using the semiempirical CKD formulation.

Vibrational overtone spectra of monofluoroacetylene: a preliminary report

High-resolution infrared and near-infrared spectra have been observed for more than 80 overtone bands of the HCCF molecule, including two CH stretching overtones in the visible region. Many of these have been analysed, and many more are in the course of analysis and will be reported later. All fundamentals have now been rotationally analysed and the equilibrium rotational constant determined. These data provide a testing ground for anharmonic force-field analyses, and they are discussed briefly in this connection.

Understanding spectra of highly excited vibrational states

Some of the characteristics of high overtone spectra observed in the near infrared are discussed, particularly in relation to local mode effects, the increasing density of states, and the effect of inter-state resonances and intramolecular vibrational redistribution.