Leptin inhibits directly glucocorticoid secretion by normal human and rat adrenal gland.

Different interactions have been described between glucocorticoids and the product of the ob gene leptin. Leptin can inhibit the activation of the hypothalamo-pituitary-adrenal axis by stressful stimuli, whereas adrenal glucocorticoids stimulate leptin production by the adipocyte. The present study was designed to investigate the potential direct effects of leptin to modulate glucocorticoid production by the adrenal. Human adrenal glands from kidney transplant donors were dissociated, and isolated primary cells were studied in vitro. These cells were preincubated with recombinant leptin (10(-10)-10(-7) M) for 6 or 24 h, and basal or ACTH-stimulated cortisol secretion was subsequently measured. Basal cortisol secretion was unaffected by leptin, but a significant and dose-dependent inhibition of ACTH-stimulated cortisol secretion was observed [down by 29 +/- 0.1% of controls with the highest leptin dose, P < 0.01 vs. CT (unrelated positive control)]. This effect of leptin was also observed in rat primary adrenocortical cells, where leptin inhibited stimulated corticosterone secretion in a dose-dependent manner (down by 46 +/- 0.1% of controls with the highest leptin dose, P < 0.001 vs. CT). These effects of leptin in adrenal cells are likely mediated by the long isoform of the leptin receptor (OB-R), because its transcript was found to be expressed in the adrenal tissue and leptin had no inhibitory effect in adrenal glands obtained from db/db mice. Therefore, leptin inhibits directly stimulated cortisol secretion from human and rat adrenal glands, and this may represent an important mechanism to modulate glucocorticoid levels in various metabolic states.

Pharmacokinetic variability of extended interval tobramycin in burn patients.

BACKGROUND: Aminoglycosides are mandatory in the treatment of severe infections in burns. However, their pharmacokinetics are difficult to predict in critically ill patients. Our objective was to describe the pharmacokinetic parameters of high doses of tobramycin administered at extended intervals in severely burned patients. METHODS: We prospectively enrolled 23 burned patients receiving tobramycin in combination therapy for Pseudomonas species infections in a burn ICU over 2 years in a therapeutic drug monitoring program. Trough and post peak tobramycin levels were measured to adjust drug dosage. Pharmacokinetic parameters were derived from two points first order kinetics. RESULTS: Tobramycin peak concentration was 7.4 (3.1-19.6)microg/ml and Cmax/MIC ratio 14.8 (2.8-39.2). Half-life was 6.9 (range 1.8-24.6)h with a distribution volume of 0.4 (0.2-1.0)l/kg. Clearance was 35 (14-121)ml/min and was weakly but significantly correlated with creatinine clearance. CONCLUSION: Tobramycin had a normal clearance, but an increased volume of distribution and a prolonged half-life in burned patients. However, the pharmacokinetic parameters of tobramycin are highly variable in burned patients. These data support extended interval administration and strongly suggest that aminoglycosides should only be used within a structured pharmacokinetic monitoring program.

Intratympanic application of an antiviral agent for the treatment of Ménière's disease.

It has been suggested that Ménière's disease is part of a polyganglionitis in which symptoms result from the reactivation of neurotropic virus within the internal auditory canal, and that intratympanic applications of an antiviral agent might be an efficient therapy. In 2002, we performed a pilot study ending with encouraging results. Control of vertigo was achieved in 80% of the 17 patients included. We present here a prospective, double-blind study, with a 2-year follow-up, in 29 patients referred by ENT practitioners for a surgical treatment after failure of a medical therapy. The participation in the study was offered to patients prior to surgery. A solution of ganciclovir 50 mg/ml or of NaCl 9% was delivered for 10 consecutive days via a microwick inserted into the tympanic membrane in the direction of the round window or through a ventilation tube. One patient was withdrawn from the study immediately after the end of the injections. He could not complete the follow-up period, because of persisting vertigo. As he had received the placebo, he was then treated with the solution of ganciclovir. Symptoms persisted and he underwent a vestibular neurectomy. Among the remaining 28 patients, surgery could be postponed in 22 (81%). Surgery remained necessary to control vertigo in 3 patients from the group that received the antiviral agent, and in 3 from the control group. Using an analogical scale, patients of both groups indicated a similar improvement of their health immediately after the intratympanic injections. The scores obtained with a 36-item short-form health survey quality of life questionnaire and the Dizziness Handicap Inventory were also similar for both groups. In conclusion, most patients were improved after the intratympanic injections, but there was no obvious difference between the treated and control groups. The benefit might be due to the middle ear ventilation or reflect an improvement in the patients' emotional state.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Oral and intravenous methadone use: some clinical and pharmacokinetic aspects.

A sample of 15 patients participating in an injectable methadone trial and of 15 patients in an oral methadone maintenance treatment, who admitted injecting part or all of their methadone take-home doses, were compared to 20 patients in maintenance treatment who use methadone exclusively by mouth. The present study confirms the poorer general health, the higher levels of emotional, psychological or psychiatric problems, the higher use of illicit drugs, and the higher number of problems related to employment and support associated with the use of the intravenous mode of administration of methadone. As expected, due to the shunt of metabolism in the gut wall and of the liver first-pass effect, higher concentration to dose ratios of (R)-methadone, which is the active enantiomer, were measured in the intravenous group (23% increase). This difference reached an almost statistically significant value (P = 0.054). This raises the question whether the effect of a higher methadone dose could be unconsciously sought by some of the intravenous methadone users.

Peroxynitrite cytotoxicity on bovine retinal pigmented epithelial cells in culture.

Peroxynitrite induced in vitro a dose dependent toxicity on retinal pigmented epithelial (RPE) cells. Cell death was partially mediated by apoptosis as demonstrated by nuclear fragmentation and TdT-mediated dUTP nick-end labeling assay. Peroxynitrite-induced tyrosine nitration was revealed by immunocytochemistry, both in the cytoplasm and in the nucleus of the cells. Nitration was not observed in RPE cells, producing nitric oxide (NO) after stimulation by lipopolysacharide and interferon-g (IFN-gamma), suggesting that peroxynitrite was not formed in vitro in such conditions. Peroxynitrite could be responsible for the retinal damages observed in pathological conditions in which NO has been demonstrated to be involved. In this context, EGb761, identified as a free radical scavenger, was showed herein to protect RPE cells against peroxynitrite injury.

Inhibition of Na(+)-K(+)-ATPase by digoxin and its relation with energy expenditure and nutrient oxidation rate.

This study investigates the effects of digoxin, an inhibitor of the Na+ pump (Na(+)-K(+)-ATPase), on resting metabolic rate (RMR), respiratory quotient (RQ), and nutrient oxidation rate. Twelve healthy male subjects followed a double-blind protocol design and received either 1 mg/day digoxin or a placebo 2 days before indirect calorimetry measurements. Digoxin induced a 0.22 +/- 0.07 kJ/min or 3.8 +/- 1.5% (mean +/- SE, P = 0.01) decrease in RMR and a 0.40 +/- 0.13 kJ/min (P = 0.01) decrease in fat oxidation rate, whereas carbohydrate and protein oxidation rates did not change significantly. A dose-response relationship between serum digoxin and RQ was observed. These results suggest that digoxin reduces not only RMR but also fat oxidation rate by mechanisms that remain to be elucidated. Because a linkage and an association between genes coding the Na(+)-K(+)-ATPase and the RQ have been previously observed, the present demonstration of an effect of Na(+)-K(+)-ATPase inhibition on fat oxidation rate strengthens the concept that the activity of this enzyme may play a role in body weight regulation.

Minimal analytical characterisation of engineered nanomaterials need for hazard assessment in biological matrices

The safe and responsible development of engineered nanomaterials (ENM), nanotechnology-based materials and products, together with the definition of regulatory measures and implementation of "nano"-legislation in Europe require a widely supported scientific basis and sufficient high quality data upon which to base decisions. At the very core of such a scientific basis is a general agreement on key issues related to risk assessment of ENMs which encompass the key parameters to characterise ENMs, appropriate methods of analysis and best approach to express the effect of ENMs in widely accepted dose response toxicity tests. The following major conclusions were drawn: Due to high batch variability of ENMs characteristics of commercially available and to a lesser degree laboratory made ENMs it is not possible to make general statements regarding the toxicity resulting from exposure to ENMs. 1) Concomitant with using the OECD priority list of ENMs, other criteria for selection of ENMs like relevance for mechanistic (scientific) studies or risk assessment-based studies, widespread availability (and thus high expected volumes of use) or consumer concern (route of consumer exposure depending on application) could be helpful. The OECD priority list is focussing on validity of OECD tests. Therefore source material will be first in scope for testing. However for risk assessment it is much more relevant to have toxicity data from material as present in products/matrices to which men and environment are be exposed. 2) For most, if not all characteristics of ENMs, standardized methods analytical methods, though not necessarily validated, are available. Generally these methods are only able to determine one single characteristic and some of them can be rather expensive. Practically, it is currently not feasible to fully characterise ENMs. Many techniques that are available to measure the same nanomaterial characteristic produce contrasting results (e.g. reported sizes of ENMs). It was recommended that at least two complementary techniques should be employed to determine a metric of ENMs. The first great challenge is to prioritise metrics which are relevant in the assessment of biological dose response relations and to develop analytical methods for characterising ENMs in biological matrices. It was generally agreed that one metric is not sufficient to describe fully ENMs. 3) Characterisation of ENMs in biological matrices starts with sample preparation. It was concluded that there currently is no standard approach/protocol for sample preparation to control agglomeration/aggregation and (re)dispersion. It was recommended harmonization should be initiated and that exchange of protocols should take place. The precise methods used to disperse ENMs should be specifically, yet succinctly described within the experimental section of a publication. 4) ENMs need to be characterised in the matrix as it is presented to the test system (in vitro/ in vivo). 5) Alternative approaches (e.g. biological or in silico systems) for the characterisation of ENMS are simply not possible with the current knowledge. Contributors: Iseult Lynch, Hans Marvin, Kenneth Dawson, Markus Berges, Diane Braguer, Hugh J. Byrne, Alan Casey, Gordon Chambers, Martin Clift, Giuliano Elia1, Teresa F. Fernandes, Lise Fjellsbø, Peter Hatto, Lucienne Juillerat, Christoph Klein, Wolfgang Kreyling, Carmen Nickel1, and Vicki Stone.

Chemotherapy for retinoblastoma.

Retinoblastoma is the most common eye cancer in children. Pilot studies of chemotherapy for intraocular retinoblastoma have been reported by several groups, using different combinations, dosages, schedules, and durations of carboplatin, etoposide, or teniposide, with or without vincristine, and with or without cyclosporine to counteract multidrug resistance. All studies of chemotherapy for intraocular retinoblastoma have included consolidation by focal therapy, with or without radiation. Chemotherapy alone reduces tumor size but does not cure retinoblastoma. Focal therapy, consisting of photocoagulation, thermotherapy, cryotherapy, or brachytherapy, is necessary to consolidate chemotherapy response.

Bioavailability of repeated oral administration of MDL 100,240, a dual inhibitor of angiotensin-converting enzyme and neutral endopeptidase in healthy volunteers.

BACKGROUND: MDL 100,240 (pyrido[2,1-a] [2]benzazepine-4-carboxylic acid,7-[[2-(acetylthio)-1-oxo-3-phenylpropyl]amino]-1,2,3,4,6,7,8, 12b-octahydro-6-oxo, [4S-[4alpha,7alpha(R(*)),12bbeta]]-) is a molecule possessing an inhibiting ability on both angiotensin converting enzyme (ACE) and neutral endopeptidase, the enzyme responsible for atrial natriuretic peptide (ANP) degradation. Such a dual mechanism of action presents a potential clinical interest for the treatment of hypertension and congestive heart failure. OBJECTIVES: To evaluate the bioavailability of MDL 100,240 and its accumulation over repeated oral administration, using ACE inhibition as a surrogate for plasma drug level and determining its profile after oral and i.v. administration. METHODS: First, in an open, one-period, single-dose study, the ACE inhibition profile was characterised following a 12.5 mg MDL 100,240 i.v. infusion. Second, in a three-group, parallel, randomised, double-blind study, each group of four subjects received q.d., over 8 days, 2.5, 10 or 20 mg of MDL 100,240 orally. The ACE inhibition profile was determined on day 1 and day 8. Trough plasma ACE was measured on days 2, 3 and 4. The recovery of ACE activity was monitored up to 72 h after the last dose of MDL 100,240. RESULTS: ACE inhibition profile was similar on day 1 and day 8, and trough inhibition remained unchanged after the 8 days of treatment with 10 mg or 20 mg. Following repeated 2.5-mg ingestion, trough inhibition increased from 33% to 44% after the eighth dose. The oral bioavailability of MDL 100,240 was estimated at 85%, not statistically different from 100%. The accumulation ratio at steady state was estimated at 112%. Expressing the accumulation ratio in terms of half-life, a t(1/2) of 0.31 days or 7. 5 h was estimated. CONCLUSION: MDL 100,240 (oral solution) has a good bioavailability, as estimated by ACE inhibition, and no drug accumulation seems to occur over 8 days with the 10-mg and 20-mg doses, but a slight rise in the trough level is observed with the 2. 5-mg dose.

Stimulation of thermogenesis in men after combined glucose-long-chain triglyceride infusion.

The effect of combined long-chain triglyceride infusion (Intralipid 20%) with graded doses of insulin/glucose on energy expenditure was examined in 17 healthy young male volunteers by using the euglycemic insulin clamp technique in combination with indirect calorimetry. Intralipid was infused for 90 min at a constant rate of 0.23 g/min; plasma free fatty acids increased from base-line values of 380 +/- 8 mumol/l to steady state levels of 650 +/- 12 mumol/l. After 90 min the Intralipid was continued and insulin was infused at three rates (0.5, 2, and 4 mU/kg . min) to achieve steady state hyperinsulinemic plateaus of 63 +/- 4, 167 +/- 10, and 410 +/- 15 microU/ml. Plasma glucose concentration was maintained constant at basal euglycemic levels (insulin clamp technique) by infusing glucose at 0.24, 0.48, and 0.59 g/min, respectively. Glucose storage during the insulin clamp (ie, glucose uptake minus glucose oxidation) was 0.13, 0.33, and 0.40 g/min for each group and exogenous lipid storage was 0.17, 0.18, and 0.19 g/min, respectively. The net increment in energy expenditure was 0.15, 0.24, and 0.26 kcal/min, respectively, which represents 8.5% of the energy content of the total amount of glucose and lipid stored. The experimentally determined value (approximately 9%) for the cost of storing both glucose and lipid was found to be significantly greater than predicted by stoichiometric calculations. However, the experimental value for the combined infusion was less than that observed for glucose storage alone (12%). This finding provides support for the use of combined glucose/fat infusions in parenteral nutrition as it is used more economically than when glucose is infused alone.

Effects of SCH 34826, an orally active inhibitor of atrial natriuretic peptide degradation, in healthy volunteers.

Atrial natriuretic peptide is cleared from plasma by clearance receptors and by enzymatic degradation by way of a neutral metalloendopeptidase. Inhibition of neutral metalloendopeptidase activity appears to provide an interesting approach to interfere with metabolism of atrial natriuretic peptide to enhance the renal and haemodynamic effects of endogenous atrial natriuretic peptide. In this study, the effects of SCH 34826, a new orally active neutral metalloendopeptidase inhibitor, have been evaluated in a single-blind, placebo-controlled study involving eight healthy volunteers who had maintained a high sodium intake for 5 days. SCH 34826 had no effect on blood pressure or heart rate in these normotensive subjects. SCH 34826 promoted significant increases in excretion of urinary sodium, phosphate, and calcium. The cumulative 5-hour urinary sodium excretion was 15.7 +/- 7.3 mmol for the placebo and 22.9 +/- 5, 26.7 +/- 6 (p less than 0.05), and 30.9 +/- 6.8 mmol (p less than 0.01) for the 400, 800, and 1600 mg SCH 34826 doses, respectively. During the same time interval, the cumulative urinary phosphate excretion increased by 0.3 +/- 0.4 mmol after placebo and by 1.5 +/- 0.3 (p less than 0.01), 1.95 +/- 0.3 (p less than 0.01), and 2.4 +/- 0.4 mmol (p less than 0.001) after 400, 800, and 1600 mg SCH 34826, respectively. There was no change in diuresis or excretion of urinary potassium and uric acid. The natriuretic response to SCH 34826 occurred in the absence of any change in plasma atrial natriuretic peptide levels but was associated with a dose-dependent elevation of urinary atrial natriuretic peptide and cyclic guanosine monophosphate.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.