Enhancing the vertical resolution of surface georadar data

There are far-reaching conceptual similarities between bi-static surface georadar and post-stack, "zero-offset" seismic reflection data, which is expressed in largely identical processing flows. One important difference is, however, that standard deconvolution algorithms routinely used to enhance the vertical resolution of seismic data are notoriously problematic or even detrimental to the overall signal quality when applied to surface georadar data. We have explored various options for alleviating this problem and have tested them on a geologically well-constrained surface georadar dataset. Standard stochastic and direct deterministic deconvolution approaches proved to be largely unsatisfactory. While least-squares-type deterministic deconvolution showed some promise, the inherent uncertainties involved in estimating the source wavelet introduced some artificial "ringiness". In contrast, we found spectral balancing approaches to be effective, practical and robust means for enhancing the vertical resolution of surface georadar data, particularly, but not exclusively, in the uppermost part of the georadar section, which is notoriously plagued by the interference of the direct air- and groundwaves. For the data considered in this study, it can be argued that band-limited spectral blueing may provide somewhat better results than standard band-limited spectral whitening, particularly in the uppermost part of the section affected by the interference of the air- and groundwaves. Interestingly, this finding is consistent with the fact that the amplitude spectrum resulting from least-squares-type deterministic deconvolution is characterized by a systematic enhancement of higher frequencies at the expense of lower frequencies and hence is blue rather than white. It is also consistent with increasing evidence that spectral "blueness" is a seemingly universal, albeit enigmatic, property of the distribution of reflection coefficients in the Earth. Our results therefore indicate that spectral balancing techniques in general and spectral blueing in particular represent simple, yet effective means of enhancing the vertical resolution of surface georadar data and, in many cases, could turn out to be a preferable alternative to standard deconvolution approaches.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Naturally acquired antibodies against the major merozoite surface coat protein (MSP-1) of Plasmodium falciparum acquired by residents in an endemic area of Colombia

A preliminary baseline epidemiological malaria survey was conducted in the village of Punta Soldado, Colombia. Parasite prevalence and density as well as serological data were obtained from 151 asymptomatic children and adults. Fifty individuals were infected with Plasmodium falciparum. The mean parasite density was 184 parasites/mm3. Greater than 90 of the sample population were P. falciparum antibody positive as detected by the indirect immunofluorescent antibody test (IFAT). The enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was used to detect antibodies against the major merozoite surface protein (MSP-1) of P. falciparum. In this population, anti-MSP-1 antibody concentration is acquired in an age dependent manner with equal immunogenicity to both the N- and C-terminal regions of the molecule. Infection at the time of sampling was associated with a higher anti-MSP-1 antibody concentration than that found in non-infected individuals. Further studies are planned to assess the role of immune and non-immune factors in limiting the number of cases of severe malaria seen in this population.

A novel merozoite surface antigen of Plasmodium falciparum (MSP-3) identified by cellular-antibody cooperative mechanism antigenicity and biological activity of antibodies

We report the identification of a 48kDa antigen targeted by antibodies which inhibit Plasmodium falciparum in vitro growth by cooperation with blood monocytes in an ADCI assay correlated to the naturally acquired protection. This protein is located on the surface of the merozoite stage of P. falciparum, and is detectable in all isolates tested. Epidemiological studies demonstrated that peptides derived from the amino acid sequence of MSP-3 contain potent B and T-cell epitopes recognized by a majority of individuals living in endemic areas. Moreover human antibodies either purified on the recombinant protein, or on the synthetic peptide MSP-3b, as well as antibodies raised in mice, were all found to promote parasite killing mediated by monocytes.

Human urothelial cells grown on collagen adsorbed to surface-modified polymers.

OBJECTIVES: Tissue engineering methods can be applied to regenerate diseased, or congenitally missing, urinary tract tissues. Urinary tract tissue cell cultures must be established in vitro and adequate matrices, acting as cell carriers, must be developed. Although degradable and nondegradable polymer matrices offer adequate mechanical stability, they are not optimal for cell adherence and growth. To overcome this problem, extracellular matrix proteins, permitting cell adhesion and regulation of cell proliferation and differentiation, can be adsorbed to the surface-modified polymer. METHODS: In this study, nondegradable polymer films, poly(ethylene terephthalate), were used as an experimental model. Films were modified by graft polymerization of acrylic acid to subsequently allow collagen type I and III immobilization. The following adhesion, proliferation of human urothelial cells, and induction of their stratification were analyzed. RESULTS: Collagen adsorption on 0.2 microg/cm2 poly(acrylic acid)-grafted polymer films rendered the matrix apt for human urothelial cell adhesion and proliferation. Furthermore, stratification of urothelial cells was demonstrated on these surface-modified matrices. CONCLUSIONS: These results have shown that surface-modified polymer matrices can be used to act as cell carriers for cultured human urothelial cells. Such a cell-matrix construct could be applied in reparative surgery of the urinary tract.

Characterization of T cell clones from chagasic patients: predominance of CD8 surface phenotype in clones from patients with pathology

Human Chagas' disease, caused by the protozoan Trypanosoma cruzi, is associated with pathological processes whose mechanisms are not known. To address this question, T cell lines were developed from chronic chagasic patients peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and cloned. These T cell clones (TCC) were analyzed phenotypically with monoclonal antibodies by the use of a fluorescence microscope. The surface phenotype of the TCC from the asymptomatic patient were predominantly CD4 positive (86%). On the contrary, the surface phenotype CD8 was predominant in the TCC from the patients suffering from cardiomegaly with right bundle branch block (83%), bradycardia with megacolon (75 %) and bradycardia (75%). Future studies will be developed in order to identify the antigens eliciting these T cell subpopulations.

Detachment of cell surface-bound anticarcinoembryonic antigen immune complexes by phospholipase C.

CEA as well as normal cross-reacting antigens (NCA) are fixed to the cell membrane via phosphatidylinositol (PI). To find out whether these antigens are internalized after antibody contact, acid pH desorption was compared to phospholipase C (PLC)-mediated cleavage of the antigen anchor. With the former procedure, marked differences in the desorbability of individual MAbs were noted, while PLC was able to cleave off surface-bound immune complexes irrespective of the MAb involved. From this it is concluded that internalization of MAb complexes of CEA/NCA, if occurring at all, is a low efficiency process.

Calibration of surface contamination monitors for the detection of iodine incorporation in the thyroid gland.

In Switzerland, individuals exposed to the risk of activity intake are required to perform regular monitoring. Monitoring consists in a screening measurement and is meant to be performed using commonly available laboratory instruments. More particularly, iodine intake is measured using a surface contamination monitor. The goal of the present paper is to report the calibration method developed for thyroid screening instruments. It consists of measuring the instrument response to a known activity located in the thyroid gland of a standard neck phantom. One issue of this procedure remains that the iodine radioisotopes have a short half-life. Therefore, the adequacy and limitations to simulate the short-lived radionuclides with so-called mock radionuclides of longer half-life were also evaluated. In light of the results, it has been decided to use only the appropriate iodine sources to perform the calibration.

Experimental approaches in the targeting of photodynamic therapeutics

RÉSUMÉ : Chez l'homme, le manque de sélectivité des agents thérapeutiques représente souvent une limitation pour le traitement des maladies. Le ciblage de ces agents pour un tissu défini pourrait augmenter leur sélectivité et ainsi diminuer les effets secondaires en comparaison d'agents qui s'accumuleraient dans tout le corps. Cela pourrait aussi améliorer l'efficacité des traitements en permettant d'avoir une concentration localisée plus importante. Le ciblage d'agents thérapeutiques est un champ de recherche très actif. Les stratégies sont généralement basées sur les différences entre cellules normales et malades. Ces différences peuvent porter soit sur l'expression des molécules à leurs surfaces comme des récepteurs ou des transporteurs, soit sur les activités enzymatiques exprimées. Le traitement thérapeutique choisi ici est la thérapie photodynamique et est déjà utilisé pour le traitement de certains cancers. Cette thérapie repose sur l'utilisation de molécules qui réagissent à la lumière, les photosensibilisants. Elles absorbent l'énergie lumineuse et réagissent avec l'oxygène pour former des radicaux toxiques pour les cellules. Les photosensibilisants utilisés ici sont de deux natures : (i) soit ils sont tétrapyroliques (comme les porphyrines et chlorines), c'est à dire qu'ils sont directement activables par la lumière ; (ii) soit ce sont des prodrogues de photosensibilisants comme l'acide 5aminolévulinique (ALA) qui est transformé dans la cellule en protoporphyrine IX photosensibilisante. Dans le but d'augmenter la sélectivité des photosensibilisants, nous avons utilisé deux stratégies différentes : (i) le photosensibilisant est modifié par le greffage d'un agent de ciblage ; (ii) le photosensibilisant est incorporé dans des structures moléculaires de quelques centaines de nanomètres. Les sucres et l'acide folique sont des agents de ciblage largement établis et ont été utilisés ici car leurs récepteurs sont surexprimés à la surface de nombreuses cellules malades. Ainsi, des dérivés sucres ou acide folique de l'ALA ont été synthétisés et évalués in vitro sur de nombreuses lignées cellulaires cancéreuses. La stratégie utilisant l'acide folique est apparue incompatible avec l'utilisation de l'ALA puisque aucune photosensibilité n'a été induite par le composé. La stratégie utilisant les sucres a, par ailleurs, provoquée de bonnes photosensibilités mais pas d'augmentation de sélectivité. En parallèle, la combinaison entre les propriétés anticancéreuses des complexes métalliques au ruthénium avec les propriétés photosensibilisantes des porphyrines, a été évaluée. En effet, les thérapies combinées ont émergé il y a une dizaine d'années et représentent aujourd'hui de bonnes alternatives aux monothérapies classiques. Des ruthenium(I1)-arènes complexés avec la tetrapyridylporphyrine ont ainsi présenté de bonnes cytotoxicités et de bonnes phototoxicités pour des cellules de mélanomes. Des porphyrines ont aussi été compléxées avec des noyaux de diruthénium et ce type de dérivé a présenté de bonnes phototoxicités et une bonne sélectivité pour les cellules cancéreuses de l'appareil reproducteur féminin. L'incorporation de photosensibilisants tétrapyroliques a finalement été effectuée en utilisant des nanoparticules (NP) biocompatibles composées de chitosan et de hyaluronate. L'effet de ces NP a été évalué pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde (PR). Les NP ont d'abord été testées in vitro avec des macrophages de souris et les résultats ont mis en évidence de bonnes sélectivités et photosensibilités pour ces cellules. In vivo chez un modèle marin de la PR, l'utilisation de ces NP a révélé un plus grand temps de résidence des NP dans le genou de la souris en comparaison du temps obtenu avec le photosensibilisant seul. Le traitement par PDT a aussi démontré une bonne efficacité par ailleurs égale à celle obtenue avec les corticoïdes utilisés en clinique. Pour finir, les NP ont aussi démontré une bonne efficacité sur les myelomonocytes phagocytaires humains et sur les cellules contenues dans le liquide synovial de patients présentant une PR. Tous ces résultats suggèrent que les deux stratégies de ciblage peuvent être efficaces pour les agents thérapeutiques. Afm d'obtenir de bons résultats, il est toutefois nécessaire de réaliser une analyse minutieuse de la cible et du mode d'action de l'agent thérapeutique. Concernant les perspectives, la combinaison des deux stratégies c'est à dire incorporer des agents thérapeutiques dans des nanostructures porteuses d'agents de ciblage, représente probablement une solution très prometteuse. SUMMARY : In humans, the lack of selectivity of drugs and their high effective concentrations often represent limitations for the treatment of diseases. Targeting the therapeutical agents to a defined tissue could enhance their selectivity and then diminish their side effects when compared to drugs that accumulate in the entire body and could also improve treatment efûciency by allowing a localized high concentration of the agents. Targeting therapeutics to defined cells in human pathologies is a main challenge and a very active field of research. Strategies are generally based on the different behaviors and patterns of expression of diseased cells compared to normal cells such as receptors, proteases or trans-membrane carriers. The therapeutic treatment chosen here is the photodynamic therapy and is already used in the treatment of many cancers. This therapy relies on the administration of a photosensitizer (PS) which will under light, react with oxygen and induce formation of reactive oxygen species which are toxic for cells. The PSs used here are either tetrapyrolic (i. e. porphyries and chlorins) or prodrugs of PS (5-aminolevulinic acid precursor of the endogenous protoporphyrin Imo. In order to improve PS internalization and selectivity, we have used two different strategies: the modification of the PSs with diseased cell-targeting agents as well as their encapsulation into nanostructures. Sugars and folic acid are well established as targeting entities for diseased cells and were used here since their transporters are overexpressed on the surface of many cancer cells. Therefore sugar- and folic acid-derivatives of 5-aminolevulinic acid (ALA) were synthesized and evaluated in vitro in several cancer cell lines. The folic acid strategy appeared to be incompatible with ALA since no photosensitivity was induced while the strategy with sugars induced good photosensitivites but no increase of selectivity. Alternatively, the feasibility of combining the antineoplastic properties of ruthenium complexes with the porphyrin's photosensitizing properties, was evaluated since combined therapies have emerged as good alternatives to classical treatments. Tetrapyridylporphyrins complexed to ruthenium (I17 arenes presented good cytotoxicities and good phototoxicities toward melanoma cells. Porphyries were also complexed to diruthenium cores and this type of compound presented good phototoxicities and good selectivity for female reproductive cancer cells. The encapsulation of tetrapyrolic PSs was finally investigated using biocompatible nanogels composed of chitosan and hyaluronate. The behavior of these nanoparticles was evaluated for the treatment of rheumatoid arthritis (RA). They were first tested in vitro in mouse macrophages and results revealed good selectivities and phototoxicities toward these cells. In vivo in mice model of RA, the use of such nanoparticles instead of free PS showed longer time of residence in mice knees. Photodynamic protocols also demonstrated good efficiency of the treatment comparable to the corticoid injection used in the clinic. Finally our system was also efficient in human cells using phagocytic myelomonocytes or using cells of synovial fluids taken from patients with RA. Altogether, these results revealed that both strategies of modification or encapsulation of drugs can be successful in the targeting of diseased cells. However, a careful analysis of the target and of the mode of action of the drug, are needed in order to obtain good results. Looking ahead to the future, the combination of the two strategies (i.e. drugs loaded into nanostructures bearing the targeting agents) would represent probably the best solution.

Redirecting anti-viral CTL against cancer cells by surface targeting of monomeric MHC class I-viral peptide conjugated to antibody fragments.

To combine the advantage of both the tumor targeting capacity of high affinity monoclonal antibodies (mAbs) and the potent killing properties of cytotoxic T lymphocytes (CTL), we investigated the activity of conjugates made by coupling single Fab' fragments, from mAbs specific for tumor cell surface antigens, to monomeric HLA-A2 complexes containing the immunodominant influenza-matrix peptide 58-66. In solution, the monovalent 95 kDa Fab-HLA-A2/Flu conjugates did not activate influenza-specific CTL. However, when targeted to tumor cells expressing the relevant tumor-associated antigen, the conjugates induced CTL activation and efficient tumor cell lysis, as a result of MHC/peptide surface oligomerization. The highly specific and sensitive in vitro cytotoxicity results presented suggest that injection of Fab-MHC/peptide conjugates could represent a new form of immunotherapy, bridging antibody and T lymphocyte attack on cancer cells.

Allelic Diversity at the Merozoite Surface Protein-1 (MSP-1) Locus in Natural Plasmodium falciparum Populations: a Brief Overview

The merozoite surface protein-1 (MSP-1) locus of Plasmodium falciparum codes for a major asexual blood-stage antigen currently proposed as a major malaria vaccine candidate. The protein, however, shows extensive polymorphism, which may compromise its use in sub-unit vaccines. Here we compare the patterns of allelic diversity at the MSP-1 locus in wild isolates from three epidemiologically distinct malaria-endemic areas: the hypoendemic southwestern Brazilian Amazon (n = 54), the mesoendemic southern Vietnam (n = 238) and the holoendemic northern Tanzania (n = 79). Fragments of the variable blocks 2, 4a, 4b and 6 or 10 of this single-copy gene were amplified by the polymerase chain reaction, and 24 MSP-1 gene types were defined as unique combinations of allelic types in each variable block. Ten different MSP-1 types were identified in Brazil, 23 in Vietnam and 13 in Tanzania. The proportion of genetically mixed infections (isolates with parasites carrying more than one MSP-1 version) ranged from 39% in Brazil to 44% in Vietnam and 60% in Tanzania. The vast majority (90%) of the typed parasite populations from Brazil and Tanzania belonged to the same seven most frequent MSP-1 gene types. In contrast, these seven gene types corresponded to only 61% of the typed parasite populations from Vietnam. Non-random associations were found between allelic types in blocks 4a and 6 among Vietnamese isolates, the same pattern being observed in independent studies performed in 1994, 1995 and 1996. These results suggest that MSP-1 is under selective pressure in the local parasite population. Nevertheless, the finding that similar MSP-1 type frequencies were found in 1994 and 1996 argues against the prominence of short-term frequency-dependent immune selection of MSP-1 polymorphisms. Non-random associations between MSP-1 allelic types, however, were not detected among isolates from Brazil and Tanzania. A preliminary analysis of the distribution of MSP-1 gene types per host among isolates from Tanzania, but not among those from Brazil and Vietnam, shows significant deviation from that expected under the null hypothesis of independent distribution of parasites carrying different gene types in the human hosts. Some epidemiological consequences of these findings are discussed

Basic Surface Properties of Mononuclear Cells from Didelphis marsupialis

The electrostatic surface charge and surface tension of mononuclear cells/monocytes obtained from young and adult marsupials (Didelphis marsupialis) were investigated by using cationized ferritin and colloidal iron hydroxyde, whole cell electrophoresis, and measurements of contact angles. Anionic sites were found distributed throughout the entire investigated cell surfaces. The results revealed that the anionic character of the cells is given by electrostatic charges corresponding to -18.8 mV (cells from young animals) and -29.3 mV (cells from adult animals). The surface electrostatic charge decreased from 10 to 65.2% after treatment of the cells with each one of trypsin, neuraminidase and phospholipase C. The hydrophobic nature of the mononuclear cell surfaces studied by using the contact angle method revealed that both young and adult cells possess cell surfaces of high hidrofilicity since the angles formed with drops of saline water were 42.5°and 40.8°, respectively. Treatment of the cells with trypsin or neuraminidase rendered their surfaces more hydrophobic, suggesting that sialic acid-containing glycoproteins are responsible for most of the hydrophilicity observed in the mononuclear cell surfaces from D. marsupialis.

Chronic carriers of hepatitis B surface antigen in an endemic area for schistosomiasis mansoni in Brazil

Data on the association of schistosomiasis and hepatitis B in field-based studies are scarce. Two areas have been selected for this study: i) Queixadinha, endemic for schistosomiasis, with a population of 693 individuals, and ii) Capão, a control non-endemic area, with 515 inhabitants. Sera of all individuals in both areas were tested for hepatitis B infection, yearly, from 1994 to 1997. In the first area hepatitis B was found in 32.1% of children up to one year old and reached a peak of 68.7% in the age range of 15 to 19 years. In the control area the prevalence of hepatitis B was under 5% up to 19 years of age and the highest prevalence was observed in adults over 45. HBsAg was detected in 9.4% of the individuals living in the endemic area for schistosomiasis and in 1.4% of the controls (OR=4.98; 95%CI=3.7-6.7). The index of chronicity of HBsAg was not statistically different in the studied areas (8.1% x 7.3%; OR = 1.09; 95%CI= 0.42-3.03), nor was it different for people with and without schistosomiasis in Queixadinha (8.7% x 7.0%). We conclude that the Schistosoma mansoni infection has not altered the course of hepatitis B in the studied area.

Cell surface expression of the epithelial Na channel and a mutant causing Liddle syndrome: a quantitative approach.

The epithelial amiloride-sensitive sodium channel (ENaC) controls transepithelial Na+ movement in Na(+)-transporting epithelia and is associated with Liddle syndrome, an autosomal dominant form of salt-sensitive hypertension. Detailed analysis of ENaC channel properties and the functional consequences of mutations causing Liddle syndrome has been, so far, limited by lack of a method allowing specific and quantitative detection of cell-surface-expressed ENaC. We have developed a quantitative assay based on the binding of 125I-labeled M2 anti-FLAG monoclonal antibody (M2Ab*) directed against a FLAG reporter epitope introduced in the extracellular loop of each of the alpha, beta, and gamma ENaC subunits. Insertion of the FLAG epitope into ENaC sequences did not change its functional and pharmacological properties. The binding specificity and affinity (Kd = 3 nM) allowed us to correlate in individual Xenopus oocytes the macroscopic amiloride-sensitive sodium current (INa) with the number of ENaC wild-type and mutant subunits expressed at the cell surface. These experiments demonstrate that: (i) only heteromultimeric channels made of alpha, beta, and gamma ENaC subunits are maximally and efficiently expressed at the cell surface; (ii) the overall ENaC open probability is one order of magnitude lower than previously observed in single-channel recordings; (iii) the mutation causing Liddle syndrome (beta R564stop) enhances channel activity by two mechanisms, i.e., by increasing ENaC cell surface expression and by changing channel open probability. This quantitative approach provides new insights on the molecular mechanisms underlying one form of salt-sensitive hypertension.