Repair of segmental bone defects with fiber-reinforced composite: a study of material development and an animal model on rabbits

The Repair of segmental defects in load-bearing long bones is a challenging task because of the diversity of the load affecting the area; axial, bending, shearing and torsional forces all come together to test the stability/integrity of the bone. The natural biomechanical requirements for bone restorative materials include strength to withstand heavy loads, and adaptivity to conform into a biological environment without disturbing or damaging it. Fiber-reinforced composite (FRC) materials have shown promise, as metals and ceramics have been too rigid, and polymers alone are lacking in strength which is needed for restoration. The versatility of the fiber-reinforced composites also allows tailoring of the composite to meet the multitude of bone properties in the skeleton. The attachment and incorporation of a bone substitute to bone has been advanced by different surface modification methods. Most often this is achieved by the creation of surface texture, which allows bone growth, onto the substitute, creating a mechanical interlocking. Another method is to alter the chemical properties of the surface to create bonding with the bone – for example with a hydroxyapatite (HA) or a bioactive glass (BG) coating. A novel fiber-reinforced composite implant material with a porous surface was developed for bone substitution purposes in load-bearing applications. The material’s biomechanical properties were tailored with unidirectional fiber reinforcement to match the strength of cortical bone. To advance bone growth onto the material, an optimal surface porosity was created by a dissolution process, and an addition of bioactive glass to the material was explored. The effects of dissolution and orientation of the fiber reinforcement were also evaluated for bone-bonding purposes. The Biological response to the implant material was evaluated in a cell culture study to assure the safety of the materials combined. To test the material’s properties in a clinical setting, an animal model was used. A critical-size bone defect in a rabbit’s tibia was used to test the material in a load-bearing application, with short- and long-term follow-up, and a histological evaluation of the incorporation to the host bone. The biomechanical results of the study showed that the material is durable and the tailoring of the properties can be reproduced reliably. The Biological response - ex vivo - to the created surface structure favours the attachment and growth of bone cells, with the additional benefit of bioactive glass appearing on the surface. No toxic reactions to possible agents leaching from the material could be detected in the cell culture study when compared to a nontoxic control material. The mechanical interlocking was enhanced - as expected - with the porosity, whereas the reinforcing fibers protruding from the surface of the implant gave additional strength when tested in a bone-bonding model. Animal experiments verified that the material is capable of withstanding load-bearing conditions in prolonged use without breaking of the material or creating stress shielding effects to the host bone. A Histological examination verified the enhanced incorporation to host bone with an abundance of bone growth onto and over the material. This was achieved with minimal tissue reactions to a foreign body. An FRC implant with surface porosity displays potential in the field of reconstructive surgery, especially regarding large bone defects with high demands on strength and shape retention in load-bearing areas or flat bones such as facial / cranial bones. The benefits of modifying the strength of the material and adjusting the surface properties with fiber reinforcement and bone-bonding additives to meet the requirements of different bone qualities are still to be fully discovered.

PET Imaging of Osteomyelitis. Feasibility of 18F-FDG, 68Ga-Chloride and 68Ga-DOTAVAP-P1 Tracers in Staphylococcal Bone Infections

Due to technical restrictions of the database system the title of the thesis does not show corretly on this page. Numbers in the title are in superscript. Please see the PDF-file for correct title. ---- Osteomyelitis is a progressive inflammatory disease of bone and bone marrow that results in bone destruction due to an infective microorganism, most frequently Staphylococcus aureus. Orthopaedic concern relates to the need for reconstructive and trauma-related surgical procedures in the fast grow¬ing population of fragile, aged patients, who have an increased susceptibility to surgical site infections. Depending on the type of osteomyelitis, infection may be acute or a slowly progressing, low-grade infection. Peri-implant infections lead to implant loosening. The emerging antibiotic resistance of com¬mon pathogens further complicates the situation. With current imaging methods, significant limitations exist in the diagnosing of osteomyelitis and implant-related infections. Positron emission tomography (PET) with a glucose analogue, 18F-fluoro¬deoxyglucose (18F-FDG), seems to facilitate a more accurate diagnosis of chronic osteomyelitis. The method is based on the increased glucose consumption of activated inflammatory cells. Unfortunately, 18F-FDG accumulates also in sterile inflammation regions and causes false-positive findings, for exam¬ple, due to post-operative healing processes. Therefore, there is a clinical need for new, more infection-specific tracers. In addition, it is still unknown why 18F-FDG PET imaging is less accurate in the detec¬tion of periprosthetic joint infections, most frequently due to Staphylococcus epidermidis. This doctoral thesis focused on testing novel PET tracers (68Ga-chloride and 68Ga-DOTAVAP-P1) for early detections of bone infections and evaluated the role of pathogen-related factors in the appli¬cations of 18F-FDG PET in the diagnostics of bone infections. For preclinical models of S. epidermidis and S. aureus bone/implant infections, the significance of the causative pathogen was studied with respect to 18F-FDG uptake. In a retrospective analysis of patients with confirmed bone infections, the significance of the presence or absence of positive bacterial cultures on 18F-FDG uptake was evalu¬ated. 18F-FDG and 68Ga-chloride resulted in a similar uptake in S. aureus osteomyelitic bones. However, 68Ga-chloride did not show uptake in healing bones, and therefore it may be a more-specific tracer in the early post-operative or post-traumatic phase. 68Ga-DOTAVAP-P1, a novel synthetic peptide bind¬ing to vascular adhesion protein 1 (VAP-1), was able to detect the phase of inflammation in healing bones, but the uptake of the tracer was elevated also in osteomyelitis. Low-grade peri-implant infec¬tions due to S. epidermidis were characterized by a low uptake of 18F-FDG, which reflects the virulence of the causative pathogen and the degree of leukocyte infiltration. In the clinical study, no relationship was found between the level of 18F-FDG uptake and the presence of positive or negative bacterial cul¬tures. Thus 18F-FDG PET may help to confirm metabolically active infection process in patients with culture-negative, histologically confirmed, low-grade osteomyelitis.

Photodynamic therapy: a new concept in medical treatment

A new concept in the therapy of both neoplastic and non-neoplastic diseases is discussed in this article. Photodynamic therapy (PDT) involves light activation, in the presence of molecular oxygen, of certain dyes that are taken up by the target tissue. These dyes are termed photosensitizers. The mechanism of interaction of the photosensitizers and light is discussed, along with the effects produced in the target tissue. The present status of clinical PDT is discussed along with the newer photosensitizers being used and their clinical roles. Despite the promising results from earlier clinical trials of PDT, considerable additional work is needed to bring this new modality of treatment into modern clinical practice. Improvements in the area of light source delivery, light dosimetry and the computation of models of treatment are necessary to standardize treatments and ensure proper treatment delivery. Finally, quality assurance issues in the treatment process should be introduced.

Vahinkoeläinsodasta psykologiseen omistajuuteen. Petokonfliktien historiallinen tausta ja nykypäivän hallinta

Suurpetojen kannanhoitoon, ja etenkin suden kannanhoitoon liittyvä monitahoinen konfl ikti esiintyy jännitteinä paikallisyhteisöjen ja keskushallinnon, maaseudun ja kaupunkien sekä maallikoiden ja tutkijoiden välillä. Suurpetopolitiikan legitimiteettikriisi näkyy kansallisen kannanhoidon tavoitteiden ja toimenpiteiden kiistämisenä passiivisin ja aktiivisin toimin. Tällä ajankohtaisella ongelmalla on mittavat historialliset juuret. Luonnon ja ihmisen välinen suhde on ollut jatkuvaa tasapainottelua konfl iktien ja niiden hallinnan kanssa, ja suurpedot ovat väistämättä olleet konfl iktin keskiössä lajityypillisten piirteidensä vuoksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena on osoittaa ympäristöhistoriallisen tutkimusotteen kautta suomalaisen vahinkoeläinhistorian keskeiset toimet ja toimijat, sekä ymmärtää vahinkoeläinten kannanhoidon tavoite- ja toimenpideasettelun vaikutukset eläinpopulaatioihin historiallisessa ja ekologisessa kontekstissa. Tutkimuksen toinen tavoite on tuottaa synteesi nykypäivän suurpetojen kannanhoidon tavoite- ja toimenpiteiden tarkoituksenmukaisuudesta ja vaikuttavuudesta historiallisessa kontekstissa ja esittää uudenlainen lähestymismalli sosiaalisesti kestävämmälle suurpetopolitiikalle. Vahinkoeläinhistoriaa käsitellään deduktiivisella ja rekonstruktiivisella tutkimusotteella käyttäen aineistona lakitekstejä, maksettuja tapporahoja, sanomalehtikirjoituksia, sidosryhmien kirjoituksia sekä eläintieteellisiä julkaisuja. Etenkin laeissa ja asetuksissa eri eläimistä asetetut tapporahat ja toisaalta saalistilastojen perusteella maksetut palkkiot on nostettu tässä tutkimuksessa merkittävään rooliin asenteiden tulkinnan välineenä. Tarkastelu ulotetaan nisäkkäiden lisäksi myös lintuihin, jotka ovat edellä mainitun aineiston valossa olleet merkittävä vainottu eläinryhmä. Nykypäivän petokonfl iktin tarkastelussa keskiöön nostetaan suurpetoasenteet, niiden muodostuminen ja vaikutus suurpetopolitiikan tavoitteiden ja toimenpiteiden kiistämisessä. Suurpetopolitiikan legitimiteettikriisiä tarkastellaan paikallisten uhmakkuutena hallintoa kohtaan ja tulkinta keinoista puuttua sosiopoliittiseen rikokseen rakennetaan tätä ajatusta vasten. Suurpetojen salakaatajat toimivat yhteisönsä puolesta ja saavat tukensa toimilleen yhteisöltään. Sosiopoliittinen rikos ei siten ole ainoastaan salakaatajien vaan sen sijaan yhteisön yhteinen. Salakaatajat ja paikallisyhteisö pyrkivät häivyttämään yhteiskunnassa viranomaisten ja sidosryhmien taholta toimintaan liittämää stigmaa ja siten oikeuttamaan tekonsa vallitsevissa olosuhteissa. Arvoristiriitoihin perustuvat konfl iktit ovat haasteellisia hallita ja lähtökohtana on oltava ymmärrys siitä, että etenkin suteen liittyvät jännitteet ja ristiriidat ihmisten välisissä suhteissa ovat väistämättömiä. Tunnistamalla historiallisen aineiston merkittävyys nykypäivän ongelmakeskeisen kannanhoidon ratkaisun tietopohjana on mahdollista rakentaa sosiaalisesti kestävämpää suurpetojen kannanhoitoa. Tässä väitöskirjatyössä painotetaan suurpetoihin liittyen ajatusta, jonka mukaan paikallisilta suurpetoalueilla eläviltä ihmisiltä tai sidosryhmien edustajilta ei edellytetä arvomaailman muuttumista, vaan hyväksytään heidän käsityksensä suurpetojen roolista vahingontekijöinä. Sen sijaan vahvistetaan suurpetojen välineellistä roolia paikallisyhteisöjen resurssina ja oleellisten sidosryhmien roolia yhteisön toimijoina psykologisen omistajuuden rakentamisen kautta. Suurpetojen kestävä kannanhoito vaatii siten riistahallinnon toimintakulttuurin muutosta ja uudenlaista suhdetta yhteiskunnan eri toimijoihin.

Experimental Studies on Non-Metallic Composite Bone Implants With a Special Reference to Staphylococcal Biofilm Infection

Non-metallic implants made of bioresorbable or biostable synthetic polymers are attractive options in many surgical procedures, ranging from bioresorbable suture anchors of arthroscopic surgery to reconstructive skull implants made of biostable fiber-reinforced composites. Among other benefits, non-metallic implants produce less interference in imaging. Bioresorbable polymer implants may be true multifunctional, serving as osteoconductive scaffolds and as matrices for simultaneous delivery of bone enhancement agents. As a major advantage for loading conditions, mechanical properties of biostable fiber-reinforced composites can be matched with those of the bone. Unsolved problems of these biomaterials are related to the risk of staphylococcal biofilm infections and to the low osteoconductivity of contemporary bioresorbable composite implants. This thesis was focused on the research and development of a multifunctional implant model with enhanced osteoconductivity and low susceptibility to infection. In addition, the experimental models for assessment, diagnostics and prophylaxis of biomaterial-related infections were established. The first experiment (Study I) established an in vitro method for simultaneous evaluation of calcium phosphate and biofilm formation on bisphenol-Aglycidyldimethacrylate and triethylenglycoldimethacrylate (BisGMA-TEGDMA) thermosets with different content of bioactive glass 45S5. The second experiment (Study II) showed no significant difference in osteointegration of nanostructured and microsized polylactide-co-glycolide/β-tricalcium phosphate (PLGA /β-TCP) composites in a minipig model. The third experiment (Study III) demonstrated that positron emission tomography (PET) imaging with the novel 68Ga labelled 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) CD33 related sialic-acid immunoglobulin like lectins (Siglec-9) tracer was able to detect inflammatory response to S. epidermidis and S. aureus peri-implant infections in an intraosseous polytetrafluoroethylene catheter model. In the fourth experiment (Study IV), BisGMATEGDMA thermosets coated with lactose-modified chitosan (Chitlac) and silver nanoparticles exhibited antibacterial activity against S. aureus and P. aeruginosa strains in an in vitro biofilm model and showed in vivo biocompatibility in a minipig model. In the last experiment (Study V), a selective androgen modulator (SARM) released from a poly(lactide)-co-ε-caprolactone (PLCL) polymer matrix failed to produce a dose-dependent enhancement of peri-implant osteogenesis in a bone marrow ablation model.

A dose-response curve for biodosimetry from a 6 MV electron linear accelerator

Biological dosimetry (biodosimetry) is based on the investigation of radiation-induced biological effects (biomarkers), mainly dicentric chromosomes, in order to correlate them with radiation dose. To interpret the dicentric score in terms of absorbed dose, a calibration curve is needed. Each curve should be constructed with respect to basic physical parameters, such as the type of ionizing radiation characterized by low or high linear energy transfer (LET) and dose rate. This study was designed to obtain dose calibration curves by scoring of dicentric chromosomes in peripheral blood lymphocytes irradiated in vitro with a 6 MV electron linear accelerator (Mevatron M, Siemens, USA). Two software programs, CABAS (Chromosomal Aberration Calculation Software) and Dose Estimate, were used to generate the curve. The two software programs are discussed; the results obtained were compared with each other and with other published low LET radiation curves. Both software programs resulted in identical linear and quadratic terms for the curve presented here, which was in good agreement with published curves for similar radiation quality and dose rates.

Low-intensity red and infrared laser effects at high fluences on Escherichia coli cultures

Semiconductor laser devices are readily available and practical radiation sources providing wavelength tenability and high monochromaticity. Low-intensity red and near-infrared lasers are considered safe for use in clinical applications. However, adverse effects can occur via free radical generation, and the biological effects of these lasers from unusually high fluences or high doses have not yet been evaluated. Here, we evaluated the survival, filamentation induction and morphology of Escherichia coli cells deficient in repair of oxidative DNA lesions when exposed to low-intensity red and infrared lasers at unusually high fluences. Cultures of wild-type (AB1157), endonuclease III-deficient (JW1625-1), and endonuclease IV-deficient (JW2146-1) E. coli, in exponential and stationary growth phases, were exposed to red and infrared lasers (0, 250, 500, and 1000 J/cm2) to evaluate their survival rates, filamentation phenotype induction and cell morphologies. The results showed that low-intensity red and infrared lasers at high fluences are lethal, induce a filamentation phenotype, and alter the morphology of the E. coli cells. Low-intensity red and infrared lasers have potential to induce adverse effects on cells, whether used at unusually high fluences, or at high doses. Hence, there is a need to reinforce the importance of accurate dosimetry in therapeutic protocols.

Käsien ekvivalenttiannosten määritys ja osakehoannosten dosimetria Loviisan voimalaitoksella

Loviisan voimalaitoksen valvonta-alueen työt luokitellaan viranomaisohjeistuksen ja lainsäädännön mukaiseksi säteilytyöksi. Toiminnan harjoittajalla on velvollisuus seurata säteilytyötä tekevien työntekijöiden säteilyaltistusta ja Loviisan voimalaitoksella seurataan kaikkien valvonta-alueen työntekijöiden efektiivistä säteilyannosta. Tämän lisäksi viranomaisohjeistus velvoittaa seuraamaan erikseen kehon osien ekvivalenttiannosta, jos säteilyaltistus on epätasaista. Loviisan voimalaitoksella on käsien säteilyaltistuksen kannalta kriittisiksi määritellyissä työryhmissä mitattu työntekijöiden käsien ekvivalenttiannosta lisäannosmittareilla. Tässä kandidaatintyössä tehdään katsaus Loviisan voimalaitoksella suoritetusta käsien ekvivalenttiannoksen tarkkailusta vuosilta 2007 - 2015 ja osakehoannosten dosimetriakäytännöistä. Tulosten perusteella annetaan suositukset sille, millaisissa työtehtävissä ja millä työryhmillä tulisi jatkossa määrittää kehon osien ja erityisesti käsien ekvivalenttiannosta erikseen. Johtopäätöksenä annetaan suositukset myös tarkkailujakson pituudesta ja esitetään tulosten parempaan kattavuuteen tähtääviä operatiivisia suosituksia.

Bearing-spesific complications of total hip arthroplasty: characterization and treatment

Hip resurfacing arthroplasty (HRA) and large head metal-on-metal total arthroplasty (LDH MoM THA) gained popularity during the last decade. Adverse reaction to metal debris (ARMD) is a unique complication of metal bearings. ARMD is a complex reaction caused by metal debris from metal-on- metal bearing surfaces and from trunnion corrosion of modular junctions. We analyzed survivorship of 8059 LDH MoM THAs based on data of the Finnish Arthroplasty Register. We found relatively high short-term survivorship for some LDH MoM THAs, but there were remarkable differences between the devices studied. After some alarming reports of failing MoM THAs, we studied the first 80 patients who had received a ReCap-M2a-Magnum implant at our institution and evaluated the prevalence of ARMD. We found a high prevalence of pseudotumors, and, because of this, we discontinued the use of MoM bearings and followed up all patients with a MoM THA. Bone loss due infection, osteolysis or fracture poses a great challenge for reconstructive and fracture surgery. Onlay allografting for both revision and fracture surgery provides mechanical stability and increases bone stock. Bone loss and implant stability must be assessed preoperatively and adequately classified; this provides guidelines for the operative treatment of periprosthetic fractures and revision THA. In our studies on structural allografts union rates were high, although the rates of infections and dislocations were marked. In summary, early results of the use of LDH MoM devices were encouraging. However, the survival of the LDH MoMs varied. The prevalence of adverse reaction to metal debris was high after application of the ReCap-Magnum THA. New implants should be introduced carefully and under close surveillance by University clinics and arthroplasty registers.

Respostas a uma crítica marxista às perspectivas retórica e pragmática em economia

Answers to a marxist critic of the rhetorical and pragmatic perspectives in economics. Based on recent discussions regarding the rhetorical perspective in economics, this paper presents an interpretation of the philosophical approach of Habermas which attempts to rescue the so called 'modern spirit', forgotten in the annals of the 19th century, similar to that presented by Marshall Berman in 1982. Following the reconstructive approach of Habermas's project of modernity, we attempt to show how a 'rhetorical approach' could be applied in the field of economics, and yet still be clearly modern by taking into account intersubjectivities, given the expanded sphere of human communication (as defended in the theory of communicative action of Habermas). In this sense, we will seek to demonstrate the philosophical limits of the anti-rhetorical critiques of, for example, Paulani (1996, 2003, 2005, 2006), which seem to underestimate the linguistic and intersubjective aspect of Habermas's philosophical project that can also be found in McCloskey’s methodological approach.

Étude des facteurs de perturbation de chambres d’ionisation sous conditions non standard

Durant la dernière décennie, les développements technologiques en radiothérapie ont transformé considérablement les techniques de traitement. Les nouveaux faisceaux non standard améliorent la conformité de la dose aux volumes cibles, mais également complexifient les procédures dosimétriques. Puisque des études récentes ont démontré l’invalidité de ces protocoles actuels avec les faisceaux non standard, un nouveau protocole applicable à la dosimétrie de référence de ces faisceaux est en préparation par l’IAEA-AAPM. Le but premier de cette étude est de caractériser les facteurs responsables des corrections non unitaires en dosimétrie des faisceaux non standard, et ainsi fournir des solutions conceptuelles afin de minimiser l’ordre de grandeur des corrections proposées dans le nouveau formalisme de l’IAEA-AAPM. Le deuxième but de l’étude est de construire des méthodes servant à estimer les incertitudes d’une manière exacte en dosimétrie non standard, et d’évaluer les niveaux d’incertitudes réalistes pouvant être obtenus dans des situations cliniques. Les résultats de l’étude démontrent que de rapporter la dose au volume sensible de la chambre remplie d’eau réduit la correction d’environ la moitié sous de hauts gradients de dose. Une relation théorique entre le facteur de correction de champs non standard idéaux et le facteur de gradient du champ de référence est obtenue. En dosimétrie par film radiochromique, des niveaux d’incertitude de l’ordre de 0.3% sont obtenus par l’application d’une procédure stricte, ce qui démontre un intérêt potentiel pour les mesures de faisceaux non standard. Les résultats suggèrent également que les incertitudes expérimentales des faisceaux non standard doivent être considérées sérieusement, que ce soit durant les procédures quotidiennes de vérification ou durant les procédures de calibration. De plus, ces incertitudes pourraient être un facteur limitatif dans la nouvelle génération de protocoles.

Développement de modèles prédictifs de la toxicocinétique de substances organiques

Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettent de simuler la dose interne de substances chimiques sur la base de paramètres spécifiques à l’espèce et à la substance. Les modèles de relation quantitative structure-propriété (QSPR) existants permettent d’estimer les paramètres spécifiques au produit (coefficients de partage (PC) et constantes de métabolisme) mais leur domaine d’application est limité par leur manque de considération de la variabilité de leurs paramètres d’entrée ainsi que par leur domaine d’application restreint (c. à d., substances contenant CH3, CH2, CH, C, C=C, H, Cl, F, Br, cycle benzénique et H sur le cycle benzénique). L’objectif de cette étude est de développer de nouvelles connaissances et des outils afin d’élargir le domaine d’application des modèles QSPR-PBPK pour prédire la toxicocinétique de substances organiques inhalées chez l’humain. D’abord, un algorithme mécaniste unifié a été développé à partir de modèles existants pour prédire les PC de 142 médicaments et polluants environnementaux aux niveaux macro (tissu et sang) et micro (cellule et fluides biologiques) à partir de la composition du tissu et du sang et de propriétés physicochimiques. L’algorithme résultant a été appliqué pour prédire les PC tissu:sang, tissu:plasma et tissu:air du muscle (n = 174), du foie (n = 139) et du tissu adipeux (n = 141) du rat pour des médicaments acides, basiques et neutres ainsi que pour des cétones, esters d’acétate, éthers, alcools, hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Un modèle de relation quantitative propriété-propriété (QPPR) a été développé pour la clairance intrinsèque (CLint) in vivo (calculée comme le ratio du Vmax (μmol/h/kg poids de rat) sur le Km (μM)), de substrats du CYP2E1 (n = 26) en fonction du PC n octanol:eau, du PC sang:eau et du potentiel d’ionisation). Les prédictions du QPPR, représentées par les limites inférieures et supérieures de l’intervalle de confiance à 95% à la moyenne, furent ensuite intégrées dans un modèle PBPK humain. Subséquemment, l’algorithme de PC et le QPPR pour la CLint furent intégrés avec des modèles QSPR pour les PC hémoglobine:eau et huile:air pour simuler la pharmacocinétique et la dosimétrie cellulaire d’inhalation de composés organiques volatiles (COV) (benzène, 1,2-dichloroéthane, dichlorométhane, m-xylène, toluène, styrène, 1,1,1 trichloroéthane et 1,2,4 trimethylbenzène) avec un modèle PBPK chez le rat. Finalement, la variabilité de paramètres de composition des tissus et du sang de l’algorithme pour les PC tissu:air chez le rat et sang:air chez l’humain a été caractérisée par des simulations Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC). Les distributions résultantes ont été utilisées pour conduire des simulations Monte Carlo pour prédire des PC tissu:sang et sang:air. Les distributions de PC, avec celles des paramètres physiologiques et du contenu en cytochrome P450 CYP2E1, ont été incorporées dans un modèle PBPK pour caractériser la variabilité de la toxicocinétique sanguine de quatre COV (benzène, chloroforme, styrène et trichloroéthylène) par simulation Monte Carlo. Globalement, les approches quantitatives mises en œuvre pour les PC et la CLint dans cette étude ont permis l’utilisation de descripteurs moléculaires génériques plutôt que de fragments moléculaires spécifiques pour prédire la pharmacocinétique de substances organiques chez l’humain. La présente étude a, pour la première fois, caractérisé la variabilité des paramètres biologiques des algorithmes de PC pour étendre l’aptitude des modèles PBPK à prédire les distributions, pour la population, de doses internes de substances organiques avant de faire des tests chez l’animal ou l’humain.

Implantation et validation d’un modèle Monte Carlo du Cyberknife dans un outil de calcul de dose clinique

Le travail de modélisation a été réalisé à travers EGSnrc, un logiciel développé par le Conseil National de Recherche Canada.

Développement d'un nouveau critère pour déterminer les limites d'utilisation des détecteurs en dosimétrie non standard

Depuis quelques années, il y a un intérêt de la communauté en dosimétrie d'actualiser les protocoles de dosimétrie des faisceaux larges tels que le TG-51 (AAPM) et le TRS-398 (IAEA) aux champs non standard qui requièrent un facteur de correction additionnel. Or, ces facteurs de correction sont difficiles à déterminer précisément dans un temps acceptable. Pour les petits champs, ces facteurs augmentent rapidement avec la taille de champ tandis que pour les champs d'IMRT, les incertitudes de positionnement du détecteur rendent une correction cas par cas impraticable. Dans cette étude, un critère théorique basé sur la fonction de réponse dosimétrique des détecteurs est développé pour déterminer dans quelles situations les dosimètres peuvent être utilisés sans correction. Les réponses de quatre chambres à ionisation, d'une chambre liquide, d'un détecteur au diamant, d'une diode, d'un détecteur à l'alanine et d'un détecteur à scintillation sont caractérisées à 6 MV et 25 MV. Plusieurs stratégies sont également suggérées pour diminuer/éliminer les facteurs de correction telles que de rapporter la dose absorbée à un volume et de modifier les matériaux non sensibles du détecteur pour pallier l'effet de densité massique. Une nouvelle méthode de compensation de la densité basée sur une fonction de perturbation est présentée. Finalement, les résultats démontrent que le détecteur à scintillation peut mesurer les champs non standard utilisés en clinique avec une correction inférieure à 1%.

Développement d’outils utilisant la surveillance biologique pour évaluer l’exposition et les risques pour la santé : application au méthylmercure et au sélénium

Dans une perspective d’analyse des risques pour la santé publique, l’estimation de l’exposition revêt une importance capitale. Parmi les approches existantes d’estimation de l’exposition, l’utilisation d’outils, tels que des questionnaires alimentaires, la modélisation toxicocinétique ou les reconstructions de doses, en complément de la surveillance biologique, permet de raffiner les estimations, et ainsi, de mieux caractériser les risques pour la santé. Ces différents outils et approches ont été développés et appliqués à deux substances d’intérêt, le méthylmercure et le sélénium en raison des effets toxiques bien connus du méthylmercure, de l’interaction entre le méthylmercure et le sélénium réduisant potentiellement ces effets toxiques, et de l’existence de sources communes via la consommation de poisson. Ainsi, l’objectif général de cette thèse consistait à produire des données cinétiques et comparatives manquantes pour la validation et l’interprétation d’approches et d’outils d’évaluation de l’exposition au méthylmercure et au sélénium. Pour ce faire, l’influence du choix de la méthode d’évaluation de l’exposition au méthylmercure a été déterminée en comparant les apports quotidiens et les risques pour la santé estimés par différentes approches (évaluation directe de l’exposition par la surveillance biologique combinée à la modélisation toxicocinétique ou évaluation indirecte par questionnaire alimentaire). D’importantes différences entre ces deux approches ont été observées : les apports quotidiens de méthylmercure estimés par questionnaires sont en moyenne six fois plus élevés que ceux estimés à l’aide de surveillance biologique et modélisation. Ces deux méthodes conduisent à une appréciation des risques pour la santé divergente puisqu’avec l’approche indirecte, les doses quotidiennes estimées de méthylmercure dépassent les normes de Santé Canada pour 21 des 23 volontaires, alors qu’avec l’approche directe, seulement 2 des 23 volontaires sont susceptibles de dépasser les normes. Ces différences pourraient être dues, entre autres, à des biais de mémoire et de désirabilité lors de la complétion des questionnaires. En outre, l’étude de la distribution du sélénium dans différentes matrices biologiques suite à une exposition non alimentaire (shampoing à forte teneur en sélénium) visait, d’une part, à étudier la cinétique du sélénium provenant de cette source d’exposition et, d’autre part, à évaluer la contribution de cette source à la charge corporelle totale. Un suivi des concentrations biologiques (sang, urine, cheveux et ongles) pendant une période de 18 mois chez des volontaires exposés à une source non alimentaire de sélénium a contribué à mieux expliciter les mécanismes de transfert du sélénium du site d’absorption vers le sang (concomitance des voies régulées et non régulées). Ceci a permis de montrer que, contrairement au méthylmercure, l’utilisation des cheveux comme biomarqueur peut mener à une surestimation importante de la charge corporelle réelle en sélénium en cas de non contrôle de facteurs confondants tels que l’utilisation de shampoing contenant du sélénium. Finalement, une analyse exhaustive des données de surveillance biologique du sélénium issues de 75 études publiées dans la littérature a permis de mieux comprendre la cinétique globale du sélénium dans l’organisme humain. En particulier, elle a permis le développement d’un outil reliant les apports quotidiens et les concentrations biologiques de sélénium dans les différentes matrices à l’aide d’algorithmes mathématiques. Conséquemment, à l’aide de ces données cinétiques exprimées par un système d’équations logarithmiques et de leur représentation graphique, il est possible d’estimer les apports quotidiens chez un individu à partir de divers prélèvements biologiques, et ainsi, de faciliter la comparaison d’études de surveillance biologique du sélénium utilisant des biomarqueurs différents. L’ensemble de ces résultats de recherche montre que la méthode choisie pour évaluer l’exposition a un impact important sur les estimations des risques associés. De plus, les recherches menées ont permis de mettre en évidence que le sélénium non alimentaire ne contribue pas de façon significative à la charge corporelle totale, mais constitue un facteur de confusion pour l’estimation de la charge corporelle réelle en sélénium. Finalement, la détermination des équations et des coefficients reliant les concentrations de sélénium entre différentes matrices biologiques, à l’aide d’une vaste base de données cinétiques, concourt à mieux interpréter les résultats de surveillance biologique.