Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Subfornical organ neurons integrate cardiovascular and metabolic signals

The subfornical organ (SFO) is a critical circumventricular organ involved in the control of cardiovascular and metabolic homeostasis. Despite the abundant literature clearly demonstrating the ability of SFO neurons to sense and respond to a plethora of circulating signals that influence various physiological systems, investigation of how simultaneously sensed signals interact and are integrated in the SFO is lacking. In this study, we use patch clamp techniques to investigate how the traditionally classified ‘cardiovascular’ hormone angiotensin II (ANG), ‘metabolic’ hormone cholecystokinin (CCK) and ‘metabolic’ signal glucose interact and are integrated in the SFO. Sequential bath-application of CCK (10nM) and ANG (10nM) onto dissociated SFO neurons revealed that: 63% of responsive SFO neurons depolarized to both CCK & ANG; 25% depolarized to ANG only; and 12% hyperpolarized to CCK only. We next investigated the effects of glucose by incubating and recording neurons in either hypo-, normo- or hyperglycemic conditions for a minimum of 24 hours and comparing the proportions of responses to ANG (n=55) or CCK (n=83) application in each condition. A hyperglycemic environment was associated with a larger proportion of depolarizing responses to ANG (X2, p<0.05), and a smaller proportion of depolarizing responses along with a larger proportion of hyperpolarizing responses to CCK (X2, p<0.01). These data demonstrate that SFO neurons excited by CCK are also excited by ANG, suggesting that CCK may influence fluid intake or blood pressure via the SFO, complementary to the well-understood actions of ANG at this site. Additionally, the demonstration that glucose environment affects the responsiveness of neurons to both these hormones highlights the ability of SFO neurons to integrate multiple metabolic and cardiovascular signals to affect transmission of information from the circulation to the brain, which has important implications for this structure’s critical role regulation of autonomic function.

Assessing microvascular function with breathing maneuvers : an oxygenation-sensitive CMR study

Ce projet illustre cinq études, mettant l'emphase sur le développement d'une nouvelle approche diagnostique cardiovasculaire afin d'évaluer le niveau d’oxygène contenu dans le myocarde ainsi que sa fonction microvasculaire. En combinant une séquence de résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) pouvant détecter le niveau d’oxygène (OS), des manœuvres respiratoires ainsi que des analyses de gaz artériels peuvent être utilisés comme procédure non invasive destinée à induire une réponse vasoactive afin d’évaluer la réserve d'oxygénation, une mesure clé de la fonction vasculaire. Le nombre de tests diagnostiques cardiaques prescrits ainsi que les interventions, sont en pleine expansion. L'imagerie et tests non invasifs sont souvent effectués avant l’utilisation de procédures invasives. L'imagerie cardiaque permet d’évaluer la présence ou absence de sténoses coronaires, un important facteur économique dans notre système de soins de santé. Les techniques d'imagerie non invasives fournissent de l’information précise afin d’identifier la présence et l’emplacement du déficit de perfusion chez les patients présentant des symptômes d'ischémie myocardique. Néanmoins, plusieurs techniques actuelles requièrent la nécessité de radiation, d’agents de contraste ou traceurs, sans oublier des protocoles de stress pharmacologiques ou physiques. L’imagerie RMC peut identifier une sténose coronaire significative sans radiation. De nouvelles tendances d’utilisation de RMC visent à développer des techniques diagnostiques qui ne requièrent aucun facteur de stress pharmacologiques ou d’agents de contraste. L'objectif principal de ce projet était de développer et tester une nouvelle technique diagnostique afin d’évaluer la fonction vasculaire coronarienne en utilisant l' OS-RMC, en combinaison avec des manœuvres respiratoires comme stimulus vasoactif. Ensuite, les objectifs, secondaires étaient d’utilisés l’OS-RMC pour évaluer l'oxygénation du myocarde et la réponse coronaire en présence de gaz artériels altérés. Suite aux manœuvres respiratoires la réponse vasculaire a été validée chez un modèle animal pour ensuite être utilisé chez deux volontaires sains et finalement dans une population de patients atteints de maladies cardiovasculaires. Chez le modèle animal, les manœuvres respiratoires ont pu induire un changement significatif, mesuré intrusivement par débit sanguin coronaire. Il a été démontré qu’en présence d'une sténose coronarienne hémodynamiquement significative, l’OS-RMC pouvait détecter un déficit en oxygène du myocarde. Chez l’homme sain, l'application de cette technique en comparaison avec l'adénosine (l’agent standard) pour induire une vasodilatation coronarienne et les manœuvres respiratoires ont pu induire une réponse plus significative en oxygénation dans un myocarde sain. Finalement, nous avons utilisé les manœuvres respiratoires parmi un groupe de patients atteint de maladies coronariennes. Leurs myocardes étant altérées par une sténose coronaire, en conséquence modifiant ainsi leur réponse en oxygénation. Par la suite nous avons évalué les effets des gaz artériels sanguins sur l'oxygénation du myocarde. Ils démontrent que la réponse coronarienne est atténuée au cours de l’hyperoxie, suite à un stimuli d’apnée. Ce phénomène provoque une réduction globale du débit sanguin coronaire et un déficit d'oxygénation dans le modèle animal ayant une sténose lorsqu’un supplément en oxygène est donné. En conclusion, ce travail a permis d'améliorer notre compréhension des nouvelles techniques diagnostiques en imagerie cardiovasculaire. Par ailleurs, nous avons démontré que la combinaison de manœuvres respiratoires et l’imagerie OS-RMC peut fournir une méthode non-invasive et rentable pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne régionale et globale.

Air Pollution and High Density Lipoprotein Structure and Function

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Assessing microvascular function with breathing maneuvers : an oxygenation-sensitive CMR study

Ce projet illustre cinq études, mettant l'emphase sur le développement d'une nouvelle approche diagnostique cardiovasculaire afin d'évaluer le niveau d’oxygène contenu dans le myocarde ainsi que sa fonction microvasculaire. En combinant une séquence de résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) pouvant détecter le niveau d’oxygène (OS), des manœuvres respiratoires ainsi que des analyses de gaz artériels peuvent être utilisés comme procédure non invasive destinée à induire une réponse vasoactive afin d’évaluer la réserve d'oxygénation, une mesure clé de la fonction vasculaire. Le nombre de tests diagnostiques cardiaques prescrits ainsi que les interventions, sont en pleine expansion. L'imagerie et tests non invasifs sont souvent effectués avant l’utilisation de procédures invasives. L'imagerie cardiaque permet d’évaluer la présence ou absence de sténoses coronaires, un important facteur économique dans notre système de soins de santé. Les techniques d'imagerie non invasives fournissent de l’information précise afin d’identifier la présence et l’emplacement du déficit de perfusion chez les patients présentant des symptômes d'ischémie myocardique. Néanmoins, plusieurs techniques actuelles requièrent la nécessité de radiation, d’agents de contraste ou traceurs, sans oublier des protocoles de stress pharmacologiques ou physiques. L’imagerie RMC peut identifier une sténose coronaire significative sans radiation. De nouvelles tendances d’utilisation de RMC visent à développer des techniques diagnostiques qui ne requièrent aucun facteur de stress pharmacologiques ou d’agents de contraste. L'objectif principal de ce projet était de développer et tester une nouvelle technique diagnostique afin d’évaluer la fonction vasculaire coronarienne en utilisant l' OS-RMC, en combinaison avec des manœuvres respiratoires comme stimulus vasoactif. Ensuite, les objectifs, secondaires étaient d’utilisés l’OS-RMC pour évaluer l'oxygénation du myocarde et la réponse coronaire en présence de gaz artériels altérés. Suite aux manœuvres respiratoires la réponse vasculaire a été validée chez un modèle animal pour ensuite être utilisé chez deux volontaires sains et finalement dans une population de patients atteints de maladies cardiovasculaires. Chez le modèle animal, les manœuvres respiratoires ont pu induire un changement significatif, mesuré intrusivement par débit sanguin coronaire. Il a été démontré qu’en présence d'une sténose coronarienne hémodynamiquement significative, l’OS-RMC pouvait détecter un déficit en oxygène du myocarde. Chez l’homme sain, l'application de cette technique en comparaison avec l'adénosine (l’agent standard) pour induire une vasodilatation coronarienne et les manœuvres respiratoires ont pu induire une réponse plus significative en oxygénation dans un myocarde sain. Finalement, nous avons utilisé les manœuvres respiratoires parmi un groupe de patients atteint de maladies coronariennes. Leurs myocardes étant altérées par une sténose coronaire, en conséquence modifiant ainsi leur réponse en oxygénation. Par la suite nous avons évalué les effets des gaz artériels sanguins sur l'oxygénation du myocarde. Ils démontrent que la réponse coronarienne est atténuée au cours de l’hyperoxie, suite à un stimuli d’apnée. Ce phénomène provoque une réduction globale du débit sanguin coronaire et un déficit d'oxygénation dans le modèle animal ayant une sténose lorsqu’un supplément en oxygène est donné. En conclusion, ce travail a permis d'améliorer notre compréhension des nouvelles techniques diagnostiques en imagerie cardiovasculaire. Par ailleurs, nous avons démontré que la combinaison de manœuvres respiratoires et l’imagerie OS-RMC peut fournir une méthode non-invasive et rentable pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne régionale et globale.

The need for a marker predicting benefit following cardiovascular disease risk reduction treatment

Developing a robust method to study characteristics of vascular flow using ultrasound may be useful to assess endothelial function and vasodilatation. There are four stages in this proposal. 1.The first stage is to standardise and validate the methodology to enable computational risk flow data and other flow characteristics to be used clinically. (Current Study). Further development of fluid modelling methods will enable particulate haemodynamics to be investigated, and incorporate detailed endothelial structure together with cellular pathways. 2. This should be followed up by studies in different patient groups investigating the association between the derived values and estimated risk (using other methods such as Framingham risk score). 3. Then, associated with underlying cardiovascular risk, prospective studies would be made to establish whether computational flow dynamic data can predict outcome. If successful it could prove to be a very useful marker of benefit following treatment in a clinical setting.

Impact of the timing of metoprolol administration during STEMI on infarct size and ventricular function

Pre-reperfusion administration of intravenous (IV) metoprolol reduces infarct size in ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI). This study sought to determine how this cardioprotective effect is influenced by the timing of metoprolol therapy having either a long or short metoprolol bolus-to-reperfusion interval. We performed a post hoc analysis of the METOCARD-CNIC (effect of METOprolol of CARDioproteCtioN during an acute myocardial InfarCtion) trial, which randomized anterior STEMI patients to IV metoprolol or control before mechanical reperfusion. Treated patients were divided into short- and long-interval groups, split by the median time from 15 mg metoprolol bolus to reperfusion. We also performed a controlled validation study in 51 pigs subjected to 45 min ischemia/reperfusion. Pigs were allocated to IV metoprolol with a long (−25 min) or short (−5 min) pre-perfusion interval, IV metoprolol post-reperfusion (+60 min), or IV vehicle. Cardiac magnetic resonance (CMR) was performed in the acute and chronic phases in both clinical and experimental settings. For 218 patients (105 receiving IV metoprolol), the median time from 15 mg metoprolol bolus to reperfusion was 53 min. Compared with patients in the short-interval group, those with longer metoprolol exposure had smaller infarcts (22.9 g vs. 28.1 g; p = 0.06) and higher left ventricular ejection fraction (LVEF) (48.3% vs. 43.9%; p = 0.019) on day 5 CMR. These differences occurred despite total ischemic time being significantly longer in the long-interval group (214 min vs. 160 min; p < 0.001). There was no between-group difference in the time from symptom onset to metoprolol bolus. In the animal study, the long-interval group (IV metoprolol 25 min before reperfusion) had the smallest infarcts (day 7 CMR) and highest long-term LVEF (day 45 CMR). In anterior STEMI patients undergoing primary angioplasty, the sooner IV metoprolol is administered in the course of infarction, the smaller the infarct and the higher the LVEF. These hypothesis-generating clinical data are supported by a dedicated experimental large animal study.

Gender differences in right ventricular function in patients with non-ischaemic cardiomyopathy

The aim of this study is to evaluate sex-related differences in right ventricular (RV) function, assessed with cardiac magnetic resonance imaging, in patients with stable non-ischaemic dilated cardiomyopathy. Mean age was 60.9 ± 12.2 years. Men presented higher levels of haemoglobin and white blood cell counts than women, and performed better in cardiopulmonary stress testing. A total of 24 patients (12 women) presented severe left ventricular (LV) systolic dysfunction, 32 (13 female) moderate and 15 (8 women) mild LV systolic dysfunction. In the group with severe LV systolic dysfunction, average right ventricular ejection fraction (RVEF) was normal in women (52 ± 4 %), whereas it was reduced in men (39 ± 3 %) p = 0.035. Only one woman (8 %) had severe RV systolic dysfunction (RVEF < 35 %) compared with 6 men (50 %) p < 0.001. In patients with moderate and mild LV dysfunction , the mean RVEF was normal in both men and women. In the 14 healthy volunteers, the lowest value of RVEF was 48 % and mean RVEF was normal in women (56 ± 2 %) and in men (51 ±  1 %), p = 0.08. In patients with dilated cardiomyopathy, RV systolic dysfunction is found mainly in male patients with severe LV systolic dysfunction.

Cystatin C and cardiovascular disease : A mendelian randomization study

BACKGROUND: Epidemiological studies show that high circulating cystatin C is associated with risk of cardiovascular disease (CVD), independent of creatinine-based renal function measurements. It is unclear whether this relationship is causal, arises from residual confounding, and/or is a consequence of reverse causation. OBJECTIVES: The aim of this study was to use Mendelian randomization to investigate whether cystatin C is causally related to CVD in the general population. METHODS We incorporated participant data from 16 prospective cohorts (n ¼ 76,481) with 37,126 measures of cystatin C and added genetic data from 43 studies (n ¼ 252,216) with 63,292 CVD events. We used the common variant rs911119 in CST3 as an instrumental variable to investigate the causal role of cystatin C in CVD, including coronary heart disease, ischemic stroke, and heart failure. RESULTS: Cystatin C concentrations were associated with CVD risk after adjusting for age, sex, and traditional risk factors (relative risk: 1.82 per doubling of cystatin C; 95% confidence interval [CI]: 1.56 to 2.13; p ¼ 2.12 1014). The minor allele of rs911119 was associated with decreased serum cystatin C (6.13% per allele; 95% CI: 5.75 to 6.50; p ¼ 5.95 10211), explaining 2.8% of the observed variation in cystatin C. Mendelian randomization analysis did not provide evidence for a causal role of cystatin C, with a causal relative risk for CVD of 1.00 per doubling cystatin C (95% CI: 0.82 to 1.22; p ¼ 0.994), which was statistically different from the observational estimate (p ¼ 1.6 105 ). A causal effect of cystatin C was not detected for any individual component of CVD. CONCLUSIONS: Mendelian randomization analyses did not support a causal role of cystatin C in the etiology of CVD. As such, therapeutics targeted at lowering circulating cystatin C are unlikely to be effective in preventing CVD. 

The role of inflammation in vascular function and pregnancy outcome in the pregnant stroke prone spontaneously hypertensive rat

During pregnancy, the maternal cardiovascular system undergoes major adaptation. One of these changes is a 40-50 % increase in circulating blood volume which requires a systemic remodelling of the vasculature in order to regulate maternal blood pressure and maximise blood supply to the developing placenta and fetus. These changes are broadly conserved between humans and rats making them an appropriate pre-clinical model in which to study the underlying mechanisms of pregnancy-dependent cardiovascular remodelling. Whilst women are normally protected against cardiovascular disease; pregnancy marks a period of time where women are susceptible to cardiovascular complications. Cardiovascular disease is the leading cause of maternal mortality in the United Kingdom; in particular hypertensive conditions are among the most common complications of pregnancy. One of the main underlying pathologies of these pregnancy complications is thought to be a failure of the maternal cardiovascular system to adapt. The remodelling of the uterine arteries, which directly supply the maternal-fetal interface, is paramount to a healthy pregnancy. Failure of the uterine arteries to remodel sufficiently can result in a number of obstetric complications such as preeclampsia, fetal growth restriction and spontaneous pregnancy loss. At present, it is poorly understood whether this deficient vascular response is due to a predisposition from existing maternal cardiovascular risk factors, the physiological changes that occur during pregnancy or a combination of both. Previous work in our group employed the stroke prone spontaneously hypertensive rat (SHRSP) as a model to investigate pregnancy-dependent remodelling of the uterine arteries. The SHRSP develops hypertension from 6 weeks of age and can be contrasted with the control strain, the Wistar Kyoto (WKY) rat. The phenotype of the SHRSP is therefore reflective of the clinical situation of maternal chronic hypertension during pregnancy. We showed that the SHRSP exhibited a deficient uterine artery remodelling response with respect to both structure and function accompanied by a reduction in litter size relative to the WKY at gestational day (GD) 18. A previous intervention study using nifedipine in the SHRSP achieved successful blood pressure reduction from 6 weeks of age and throughout pregnancy; however uterine artery remodelling and litter size at GD18 was not improved. We concluded that the abnormal uterine artery remodelling present in the SHRSP was independent of chronic hypertension. From these findings, we hypothesised that the SHRSP could be a novel model of spontaneously deficient uterine artery remodelling in response to pregnancy which was underpinned by other as yet unidentified cardiovascular risk factors. In Chapter 1 of this thesis, I have characterised the maternal, placental and fetal phenotype in pregnant (GD18) SHRSP and WKY. The pregnant SHRSP exhibit features of left ventricular hypertrophy in response to pregnancy and altered expression of maternal plasma biomarkers which have been previously associated with hypertension in human pregnancy. I developed a protocol for accurate dissection of the rat uteroplacental unit using qPCR probes specific for each layer. This allowed me to make an accurate and specific statement about gene expression in the SHRSP GD18 placenta; where oxidative stress related gene markers were increased in the vascular compartments. The majority of SHRSP placenta presented at GD18 with a blackened ring which encircled the tissue. Further investigation of the placenta using western blot for caspase 3 cleavage determined that this was likely due to increased cell death in the SHRSP placenta. The SHRSP also presented with a loss of one particular placental cell type at GD18: the glycogen cells. These cells could have been the target of cell death in the SHRSP placenta or were utilised early in pregnancy as a source of energy due to the deficient uterine artery blood supply. Blastocyst implantation was not altered but resorption rate was increased between SHRSP and WKY; indicating that the reduction in litter size in the SHRSP was primarily due to late (>GD14) pregnancy loss. Fetal growth was not restricted in SHRSP which led to the conclusion that SHRSP sacrifice part of their litter to deliver a smaller number of healthier pups. Activation of the immune system is a common pathway that has been implicated in the development of both hypertension and adverse pregnancy outcome. In Chapter 2, I proposed that this may be a mechanism of interest in SHRSP pregnancy and measured the pro-inflammatory cytokine, TNFα, as a marker of inflammation in pregnant SHRSP and WKY and in the placentas from these animals. TNFα was up-regulated in maternal plasma and urine from the GD18 SHRSP. In addition, TNFα release was increased from the GD18 SHRSP placenta as was the expression of the pro-inflammatory TNFα receptor 1 (Tnfr1). In order to investigate whether this excess TNFα was detrimental to SHRSP pregnancy, a vehicle-controlled intervention study using etanercept (a monoclonal antibody which works as a TNFα antagonist) was carried out. Etanercept treatment at GD0, 6, 12 and 18 resulted in an improvement in pregnancy outcome in the SHRSP with an increased litter size and reduced resorption rate. Furthermore, there was an improved uterine artery function in GD18 SHRSP treated with etanercept which was associated with an improved uterine artery blood flow over the course of gestation. In Chapter 3, I sought to identify the source of this detrimental excess of TNFα by designing a panel for maternal leukocytes in the blood and placenta at GD18. A population of CD3- CD161+ cells, which are defined as rat natural killer (NK) cells, were increased in number in the SHRSP. Intracellular flow cytometry also identified this cell type as a source of excess TNFα in blood and placenta from pregnant SHRSP. I then went on to evaluate the effects of etanercept treatment on these CD3- CD161+ cells and showed that etanercept reduced the expression of CD161 and the cytotoxic molecule, granzyme B, in the NK cells. Thus, etanercept limits the cytotoxicity and potential damaging effect of these NK cells in the SHRSP placenta. Analysing the urinary peptidome has clinical potential to identify novel pathways involved with disease and/or to develop biomarker panels to aid and stratify diagnosis. In Chapter 4, I utilised the SHRSP as a pre-clinical model to identify novel urinary peptides associated with hypertensive pregnancy. Firstly, a characterisation study was carried out in the kidney of the WKY and SHRSP. Urine samples from WKY and SHRSP taken at pre-pregnancy, mid-pregnancy (GD12) and late pregnancy (GD18) were used in the peptidomic screen. In order to capture peptides which were markers of hypertensive pregnancy from the urinary peptidomic data, I focussed on those that were only changed in a strain dependent manner at GD12 and 18 and not pre-pregnancy. Peptide fragments from the uromodulin protein were identified from this analysis to be increased in pregnant SHRSP relative to pregnant WKY. This increase in uromodulin was validated at the SHRSP kidney level using qPCR. Uromodulin has previously been identified to be a candidate molecule involved in systemic arterial hypertension but not in hypertensive pregnancy thus is a promising target for further study. In summary, we have characterised the SHRSP as the first model of maternal chronic hypertension during pregnancy and identified that inflammation mediated by TNFα and NK cells plays a key role in the pathology. The evidence presented in this thesis establishes the SHRSP as a pre-clinical model for pregnancy research and can be continued into clinical studies in pregnant women with chronic hypertension which remains an area of unmet research need.

An approximate method for the solution of an influence function foil rolling model

Fleck and Johnson (Int. J. Mech. Sci. 29 (1987) 507) and Fleck et al. (Proc. Inst. Mech. Eng. 206 (1992) 119) have developed foil rolling models which allow for large deformations in the roll profile, including the possibility that the rolls flatten completely. However, these models require computationally expensive iterative solution techniques. A new approach to the approximate solution of the Fleck et al. (1992) Influence Function Model has been developed using both analytic and approximation techniques. The numerical difficulties arising from solving an integral equation in the flattened region have been reduced by applying an Inverse Hilbert Transform to get an analytic expression for the pressure. The method described in this paper is applicable to cases where there is or there is not a flat region.

Smoothing a Discrete Hazard Function for the Number of Patients Colonized with Methicillin-Resistance Staphylococcus Aureus in an Intensive Care Unit

A new method for estimating the time to colonization of Methicillin-resistant Staphylococcus Aureus (MRSA) patients is developed in this paper. The time to colonization of MRSA is modelled using a Bayesian smoothing approach for the hazard function. There are two prior models discussed in this paper: the first difference prior and the second difference prior. The second difference prior model gives smoother estimates of the hazard functions and, when applied to data from an intensive care unit (ICU), clearly shows increasing hazard up to day 13, then a decreasing hazard. The results clearly demonstrate that the hazard is not constant and provide a useful quantification of the effect of length of stay on the risk of MRSA colonization which provides useful insight.