Harmonic Nanocrystals for Biolabeling: A Survey of Optical Properties and Biocompatibility.

Nonlinear optical nanocrystals have been recently introduced as a promising alternative to fluorescent probes for multiphoton microscopy. We present for the first time a complete survey of the properties of five nanomaterials (KNbO(3), LiNbO(3), BaTiO(3), KTP, and ZnO), describing their preparation and stabilization and providing quantitative estimations of their nonlinear optical response. In the light of their prospective use as biological and clinical markers, we assess their biocompatibility on human healthy and cancerous cell lines. Finally, we demonstrate the great potential for cell imaging of these inherently nonlinear probes in terms of optical contrast, wavelength flexibility, and signal photostability.

Cultural self-identification(s) and personal social networks among first and second-generation immigrants

L’estudi examina les relacions entre (1) les xarxes socials personals de la població immigrant resident a Barcelona i (2) les seves identitats culturals múltiples. L’objectiu principal de l’estudi és entendre com el contingut i l’estructura de les relacions socials dels immigrants facilita o dificulta (1) tenir un sentiment de pertinença a les noves cultures d’acollida, la catalana i la espanyola, i (2) la integració d’aquestes noves identitats socioculturals amb la seva identitat d’origen en una nova identitat bicultural cohesiva. El nostre plantejament inicial era que els immigrants amb xarxes socials més diverses des del punt de vista de la seva composició cultural tindrien més recursos socials i experiències cognitives més diverses , factors que afavoreixen les identificacions múltiples i la participació cívica. Els resultats de l’estudi mostren que el grau d’identificació dels participants amb la seva cultura ètnica o d’origen és força alt i, en certa mesura, més alt en comparació amb les cultures d’acollida ( catalana, cívica i espanyola). Tanmateix, el vincle dels participants amb les cultures d’acollida (p. ex., la cultura catalana) és prou rellevant per a indicar una orientació bicultural (catalana i ètnica). Les anàlisis de correlacions revelen que sentir-se català no impedeix sentir-se part de la comunitat etnocultural d’origen. A més, existeix una interrelació entre l'orientació cultural catalana i la identificació amb les comunitats cíviques locals. De la mateixa manera, tenir competències en llengua catalana no va en detriment de les competències en llengua castellana. Les anàlisis també mostren que factors com l’orientació cultural catalana, l’ús del català i la identificació amb la cultura catalana tenen una correlació positiva amb el grau de chohesio de la indentitat bicultural, afavoreixen el benestar psicològic i disminueixen l’estrès aculturatiu. L’anàlisi de les xarxes socials mostra que la identificació amb la cultura catalana, l’orientació cultural catalana i la integració de la identitat són factors clau per tenir xarxes socials més diverses des del punt de vista ètnic i lingüístic, amb menys membres del col•lectiu d’origen, i amb subgrups o “cliques” culturalment més heterogenis. La identificació espanyola també prediu, en mesura més reduïda, la diversitat de les xarxes. Els nostres resultats contribueixen a la recerca actual i les teories sobre interculturalitat i identitat cultural.

Automatic generation of active coordinates for quantum dynamics calculations: application to the dynamics of benzene photochemistry

A new practical method to generate a subspace of active coordinates for quantum dynamics calculations is presented. These reduced coordinates are obtained as the normal modes of an analytical quadratic representation of the energy difference between excited and ground states within the complete active space self-consistent field method. At the Franck-Condon point, the largest negative eigenvalues of this Hessian correspond to the photoactive modes: those that reduce the energy difference and lead to the conical intersection; eigenvalues close to 0 correspond to bath modes, while modes with large positive eigenvalues are photoinactive vibrations, which increase the energy difference. The efficacy of quantum dynamics run in the subspace of the photoactive modes is illustrated with the photochemistry of benzene, where theoretical simulations are designed to assist optimal control experiments

Counterpoise-corrected geometries and harmonic frequencies of N-body clusters: application to (HF)n (n=3,4)

A study was conducted on the methods of basis set superposition error (BSSE)-free geometry optimization and frequency calculations in clusters larger than a dimer. In particular, three different counterpoise schemes were critically examined. It was shown that the counterpoise-corrected supermolecule energy can be easily obtained in all the cases by using the many-body partitioning of energy

Towards a new combination therapy for tuberculosis with next generation benzothiazinones.

The benzothiazinone lead compound, BTZ043, kills Mycobacterium tuberculosis by inhibiting the essential flavo-enzyme DprE1, decaprenylphosphoryl-beta-D-ribose 2-epimerase. Here, we synthesized a new series of piperazine-containing benzothiazinones (PBTZ) and show that, like BTZ043, the preclinical candidate PBTZ169 binds covalently to DprE1. The crystal structure of the DprE1-PBTZ169 complex reveals formation of a semimercaptal adduct with Cys387 in the active site and explains the irreversible inactivation of the enzyme. Compared to BTZ043, PBTZ169 has improved potency, safety and efficacy in zebrafish and mouse models of tuberculosis (TB). When combined with other TB drugs, PBTZ169 showed additive activity against M. tuberculosis in vitro except with bedaquiline (BDQ) where synergy was observed. A new regimen comprising PBTZ169, BDQ and pyrazinamide was found to be more efficacious than the standard three drug treatment in a murine model of chronic disease. PBTZ169 is thus an attractive drug candidate to treat TB in humans.

Generation of mouse-induced pluripotent stem cells by transient expression of a single nonviral polycistronic vector

Induced pluripotent stem (iPS) cells have generated keen interestdue to their potential use in regenerative medicine. They havebeen obtained from various cell types of both mice and humans byexogenous delivery of different combinations of Oct4, Sox2, Klf4,c-Myc, Nanog, and Lin28. The delivery of these transcription factorshas mostly entailed the use of integrating viral vectors (retrovirusesor lentiviruses), carrying the risk of both insertional mutagenesisand oncogenesis due to misexpression of these exogenousfactors. Therefore, obtaining iPS cells that do not carry integratedtransgene sequences is an important prerequisite for their eventualtherapeutic use. Here we report the generation of iPS cell linesfrom mouse embryonic fibroblasts with no evidence of integrationof the reprogramming vector in their genome, achieved by nucleofectionof a polycistronic construct coexpressing Oct4, Sox2, Klf4,and c-Myc

A protocol describing the genetic correction of somatic human cells and subsequent generation of IPS cell

The generation of patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCPSCPSCs) offers unprecedented opportunities for modeling and treating human disease. In combination with gene therapy, the iPSCPSCPSC technology can be used to generate disease-free progenitor cells of potential interest for autologous cell therapy. We explain a protocol for the reproducible generation of genetically corrected iPSCPSCPSCs starting from the skin biopsies of Fanconi anemia patients using retroviral transduction with OCT4, SOX2 and KLF4. Before reprogramming, the fibroblasts and/or keratinocytes of the patients are genetically corrected with lentiviruses expressing FANCA. The same approach may be used for other diseases susceptible to gene therapy correction. Genetically corrected, characterized lines of patient-specific iPSCPSCPSCs can be obtained in 4–5 months.

Generation of induced pluripotent stem cells from human cord blood cells with only two factors:OCT4 and SOX2

Induced pluripotent stem cells (iPSC ) provide an invaluable resource for regenerative medicine as they allow the generationof patient-specific progenitors with potential value for cell therapy. However, in many instances, an off-the-shelf approach isdesirable, such as for cell therapy of acute conditions or when the patient’s somatic cells are altered as a consequence of a chronicdisease or aging. Cord blood (CB) stem cells appear ideally suited for this purpose as they are young cells expected to carryminimal somatic mutations and possess the immunological immaturity of newborn cells; additionally, several hundred thousandimmunotyped CB units are readily available through a worldwide network of CB banks. Here we present a detailed protocol for thederivation of CB stem cells and how they can be reprogrammed to pluripotency by retroviral transduction with only two factors(OCT 4 and SO X2) in 2 weeks and without the need for additional chemical compounds.

Labeling Regulations and Segregation of First- and, Second-Generation Genetically Modified Products: Innovation Incentives and Welfare Effects, April 2005

We review some of the most significant issues and results on the economic effects of genetically modified (GM) product innovation, with emphasis on the question of GM labeling and the need for costly segregation and identity preservation activities. The analysis is organized around an explicit model that can accommodate the features of both first-generation and second-generation GM products. The model accounts for the proprietary nature of GM innovations and for the critical role of consumer preferences vis-à-vis GM products, as well as for the impacts of segregation and identity preservation and the effects of a mandatory GM labeling regulation. We also investigate briefly a novel question in this setting, the choice of “research direction”when both cost-reducing and quality-enhancing GM innovations are feasible.

Generation of cardiomyocytes from new human embrionic stem cell lines derived from poor-quanlity blastocysts

Human embryonic stem (hES) cells represent a potential source for cell replacement therapy of many degenerative diseases. Most frequently, hES cell lines are derived from surplus embryos from assisted reproduction cycles, independent of their quality or morphology. Here, we show that hES cell lines can be obtained from poor-quality blastocysts with the same efficiency as that obtained from good- or intermediate-quality blastocysts. Furthermore, we show that the self-renewal, pluripotency, and differentiation ability of hES cell lines derived from either source are comparable. Finally, we present a simple and reproducible embryoid body-based protocol for the differentiation of hES cells into functional cardiomyocytes. The five new hES cell lines derived here should widen the spectrum of available resources for investigating the biology of hES cells and advancing toward efficient strategies of regenerative medicine.

Generation of reconstituted human plasma-derived secretory-like IgA and IgM and their protective effect on intestinal epithelium

Les muqueuses sont les membranes tapissant les cavités du corps, tel que le tube digestif, et sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Ces surfaces subissent de nombreuses agressions pouvant être provoquées par des agents pathogènes (bactéries, toxines ou virus). Cela étant, les muqueuses sont munies de divers mécanismes de protection dont notamment deux protéines-clés permettant de neutraliser les agents pathogènes : les anticorps ou immunoglobulines sécrétoires A (SIgA) et M (SIgM). Ces anticorps sont, d'une part, fabriqués au niveau de la muqueuse sous forme d'IgA et IgM. Lorsqu'ils sont sécrétés dans l'intestin, ils se lient à une protéine appelée pièce sécrétoire et deviennent ainsi SIgA et SïgM. La présence de la pièce sécrétoire est essentielle pour que les anticorps puissent fonctionner au niveau de la muqueuse. D'autre part, ces anticorps sont également fabriqués dans d'autres parties du corps en général et se retrouvent dans le sang sous forme d'IgA et IgM Chez l'homme, des thérapies basées sur l'injection d'anticorps donnent de bons résultats depuis de nombreuses années notamment dans le traitement des infections. Bien qu'un certain nombre d'études ont montré le rôle protecteur des anticorps de type IgA et IgM, ceux-ci ne sont que rarement utilisés dans les thérapies actuelles. La principale raison de cette faible utilisation réside dans la production ou la purification des IgA/IgM ou SIgA/SIgM (la forme active au niveau des muqueuses) qui est difficile à réaliser à large échelle. Ainsi, le but de la thèse était (1) d'étudier la possibilité d'employer des IgA et des IgM provenant du sang humain pour générer des SIgA et SIgM et (2) de voir si ces anticorps reconstitués pouvaient neutraliser certains agents pathogènes au niveau des muqueuses. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et des IgM issues du sang a été effectuée. Nous avons observé que ces anticorps avaient des caractéristiques similaires aux anticorps naturellement présents au niveau des muqueuses. De plus, nous avons confirmé que ces anticorps pouvaient être associés à une pièce sécrétoire produite en laboratoire pour ainsi donner des SIgA et SIgM reconstituées. Ensuite, la fonctionnalité des anticorps reconstitués a été testée grâce à un modèle de couche unique de cellules intestinales différenciées (monocouches) en laboratoire imitant la paroi de l'intestin. Ces monocouches ont été infectées par une bactérie pathogène, Shigella flexneri, responsable de la shigellose, une maladie qui provoque des diarrhées sanglantes chez l'homme. L'infection des monocouches par les bactéries seules ou combinées aux SIgA et SIgM reconstituées a été analysée. Nous avons observé que les dommages des cellules étaient moins importants lorsque les SIgA étaient présentes. Il apparaît que les SIgA neutralisent les bactéries en se fixant dessus, ce qui provoque leur agrégation, et diminuent l'inflammation des cellules. La protection s'est montrée encore plus efficace avec les SIgM. De plus, nous avons vu que les SIgA et SIgM pouvaient diminuer la sécrétion de facteurs nocifs produits par les bactéries. Utilisant le même modèle des monocouches, la fonctionnalité des IgA issues du sang humain a aussi été testée contre une toxine sécrétée par une bactérie appelée Clostridium diffìcile. Cette bactérie peut être présente naturellement dans l'intestin de personnes saines, cependant elle peut devenir pathogène dans certaines conditions et être à l'origine de diarrhées et d'inflammations de l'intestin via la sécrétion de toxines. Des préparations d'anticorps contenant une certaine proportion de SIgA reconstituées ont amené à une diminution des dommages et de l'inflammation des monocouches causés par la toxine. L'ensemble de ces résultats prometteurs, montrant que des SIgA et SIgM reconstituées peuvent protéger la paroi de l'intestin des infections bactériennes, nous conduisent à approfondir la recherche sur ces anticorps dans des modèles animaux. L'aboutissement de ce type de recherche permettrait de tester, par la suite, l'efficacité sur l'homme de traitements des infections des muqueuses par injection d'anticorps de type SIgA et SIgM reconstituées. Les muqueuses, telle que la muqueuse gastrointestinale, sont des surfaces constamment exposées à l'environnement et leur protection est garantie par une combinaison de barrières mécaniques, physicochimiques et immunologiques. Parmi les divers mécanismes de protection immunologiques, la réponse humorale spécifique joue un rôle prépondérant et est assurée par les immunoglobulines sécrétoires de type A (SIgA) et M (SIgM). Les thérapies basées sur l'administration d'IgG apportent d'importants bénéfices dans le domaine de la santé. Bien que des études sur les animaux aient montré que l'administration par voie muqueuse d'IgA polymérique (plgA) ou SIgA pouvaient protéger des infections, des IgA/SIgA n'ont été utilisées qu'occasionnellement dans les thérapies. De plus, des études précliniques et cliniques ont démontré que l'administration par voie systémique de préparations enrichies en IgM pouvait aussi protéger des infections. Cependant, l'administration par voie muqueuse d'IgM/SIgM purifiées n'a pas été examinée jusqu'à présent. La principale raison est que la purification ou là production des IgA/SIgA et IgM/SIgM est difficile à réaliser à large échelle. Le but de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité d'associer des IgA et IgM polyclonals purifiées à partir du plasma humain avec une pièce sécrétoire recombinante humaine afin de générer des SIgA et SIgM reconstituées fonctionnelles. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et IgM issues du plasma humain a été effectuée par buvardage de western et Chromatographie. Ces molécules avaient des caractéristiques biochimiques similaires à celles des immunoglobulines issues de la muqueuse. L'association entre plgA ou IgM issues du plasma humain et la pièce sécrétoire recombinante humaine a été confirmée, ainsi que la stoechiométrie 1:1 de l'association. Comme dans les conditions physiologiques, cette association permettait de retarder la dégradation des SIgA et SIgM reconstituées exposées à des protéases intestinales. Ensuite, la fonctionnalité et le mode d'action des IgA et IgM issues du plasma humain, ainsi que des SIgA et SIgM reconstituées, ont été explorés grâce à un modèle in vitro de monocouches de cellules intestinales épithéliales polarisées de type Caco-2, qui imite l'épithélium intestinal. Les monocouches ont été infectées par un pathogène entérique, Shigella flexneri, seul ou combiné aux immunoglobulines issues du plasma humain ou aux immunoglobulines sécrétoires reconstituées. Bien que les dommages des monocouches aient été retardés par les plgA et SIgA reconstituées, les IgM et SIgM reconstituées se sont montrées supérieures dans le maintien de l'intégrité des cellules. Une agrégation bactérienne et une diminution de l'inflammation des monocouches ont été observées avec les plgA et SIgA reconstituées. Ces effets étaient augmentés avec les IgM et SIgM reconstituées. De plus, il s'est révélé que les deux types d'immunoglobulines de type sécrétoire reconstituées agissaient directement sur la virulence des bactéries en réduisant leur sécrétion de facteurs de virulence. La fonctionnalité des IgA issues du plasma humain a aussi été testée contre la toxine A de Clostridium difficile grâce au même modèle de monocouches de cellules épithéliales. Nous avons démontré que des préparations enrichies en IgA provenant du plasma humain pouvaient diminuer les dommages et l'inflammation des monocouches induits par la toxine. L'ensemble de ces résultats démontrent que des IgA et IgM de type sécrétoire peuvent être générées à partir d'IgA et IgM issues du plasma humain en les associant à la pièce sécrétoire et que ces molécules protègent l'épithélium intestinal contre des bactéries pathogènes. Ces molécules pourraient dès lors être testées dans des modèles in vivo. Le but final serait de les utiliser chez l'homme à des fins d'immunisation passive dans le traitement de pathologies associées à la muqueuse telles que les infections. - Mucosal surfaces, such as gastrointestinal mucosa, are constantly exposed to the external environment and their protection is ensured by a combination of mechanical, physicochemical and immunological barriers. Among the various immunological defense mechanisms, specific humoral mucosal response plays a crucial role and is mediated by secretory immunoglobulins A (SIgA) and M (SIgM). Immunoglobulin therapy based on the administration of IgG molecules leads important health benefits. Even though animal studies have shown that mucosal application of polymeric IgA (plgA) or SIgA provided protection against infections, IgA/SIgA have been only used occasionally for therapeutic application. Moreover, preclinical and clinical studies have demonstrated that systemic administration of IgM-enriched preparations could also afford protection against infections. Nevertheless, mucosal application of purified IgM/SIgM has not been examined. The main reason is that the purification or production of IgA/SIgA and IgM/SIgM at large scale is difficult to achieve. The aim of this PhD project was to examine the possibility to associate polyclonal human plasma-derived IgA and IgM with recombinant human secretory component (SC) to generate functional secretoiy-like IgA and IgM. First, biochemical analysis of human plasma IgA and IgM was performed by western blotting and chromatography. These molecules exhibited the same biochemical features as mucosa-derived antibodies (Abs). The association between human plasma plgA or IgM and recombinant human SC was confirmed, as well as the 1:1 stoichiometry of association. Similarly to physiological conditions, this association delayed the degradation of secretory-like IgA or IgM by intestinal proteases. Secondly, the function activity and the mode of action of human plasma IgA and IgM, as well as secretory-like IgA and IgM were explored using an in vitro model of polarized intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers mimicking intestinal epithelium. Cell monolayers were infected with an enteropathogen, Shigella flexneri, alone or in combination to plasma Abs or secretory-like Abs. Even though plasma plgA and secretoiy-like IgA resulted in a delay of bacteria-induced damages of cell monolayers, plasma IgM and secretory-like IgM were shown to be superior in maintenance of cell integrity. Polymeric IgA and secretory-like IgA induced bacterial aggregation and decreased cell monolayer inflammation, effects further amplified with IgM and secretory-like IgM. In addition, both secretory-like Abs directly impacted on bacterial virulence leading to a reduction in secretion of virulence factors by bacteria. The functionality of human plasma IgA was also tested against Clostridium difficile toxin A using Caco-2 cell monolayers. Human plasma IgA- enriched preparations led to a diminution of cell monolayer damages and a decrease of cellular inflammation induced by the toxin. The sum of these results demonstrates that secretory-like IgA and IgM can be generated from purified human plasma IgA and IgM associated to SC and that these molecules are functional to protect intestinal epithelium from bacterial infections. These molecules could be now tested using in vivo models. The final goal would be to use them by passive immunization in the treatment of mucosa-associated pathologies like infections in humans.

Generation of Simulated Daily Precipitation and Air and Soil Temperatures, January 2000

This paper describes a maximum likelihood method using historical weather data to estimate a parametric model of daily precipitation and maximum and minimum air temperatures. Parameter estimates are reported for Brookings, SD, and Boone, IA, to illustrate the procedure. The use of this parametric model to generate stochastic time series of daily weather is then summarized. A soil temperature model is described that determines daily average, maximum, and minimum soil temperatures based on air temperatures and precipitation, following a lagged process due to soil heat storage and other factors.

Generation and characterization of function-blocking anti-ectodysplasin A (EDA) monoclonal antibodies that induce ectodermal dysplasia.

Development of ectodermal appendages, such as hair, teeth, sweat glands, sebaceous glands, and mammary glands, requires the action of the TNF family ligand ectodysplasin A (EDA). Mutations of the X-linked EDA gene cause reduction or absence of many ectodermal appendages and have been identified as a cause of ectodermal dysplasia in humans, mice, dogs, and cattle. We have generated blocking antibodies, raised in Eda-deficient mice, against the conserved, receptor-binding domain of EDA. These antibodies recognize epitopes overlapping the receptor-binding site and prevent EDA from binding and activating EDAR at close to stoichiometric ratios in in vitro binding and activity assays. The antibodies block EDA1 and EDA2 of both mammalian and avian origin and, in vivo, suppress the ability of recombinant Fc-EDA1 to rescue ectodermal dysplasia in Eda-deficient Tabby mice. Moreover, administration of EDA blocking antibodies to pregnant wild type mice induced in developing wild type fetuses a marked and permanent ectodermal dysplasia. These function-blocking anti-EDA antibodies with wide cross-species reactivity will enable study of the developmental and postdevelopmental roles of EDA in a variety of organisms and open the route to therapeutic intervention in conditions in which EDA may be implicated.