Synthesis and evaluation of polymer nanoparticles for delivery in RPE cells

Ocular pathologies are among the most debilitating medical conditions affecting all segments of the population. Traditional treatment options are often ineffective, and gene therapy has the potential to become an alternative approach for the treatment of several pathologies. Methacrylate polymers have been described as highly biocompatible and are successfully used in medical applications. Due to their cationic nature, these polymers can be used to form polyplexes with DNA for its delivery. This work aims to study the potential of PDMAEMA (poly(2-(N,N’-dimethylamino)ethyl methacrylate)) as a non viral gene delivery system to the retina. The first part of this work aimed to study the potential for gene delivery of a previously synthesized PDMAEMA polymer of high molecular weight (354kDa). In the second part, we synthesized by RAFT a PDMAEMA with a lower molecular weight (103.3kDa) and similarly, evaluated its ability to act as a gene delivery vehicle. PDMAEMA/DNA polyplexes were prepared at 5, 7.5, 10, 12.5 and 20 nitrogen/phosphorous (N/P) ratio for the 354kDa PDMAEMA and at 5 and 7.5 for the 103.3kDa PDMAEMA. Dynamic light scattering and zeta potential measurements confirmed the nanosize and positive charge of polyplexes for all ratios and for both polymers. Both high and low Mw PDMAEMA were able to efficiently complex and protect DNA from DNase I degradation. Their cytotoxicity was evaluated using a non-retinal cell line (HEK293) and a retinal pigment epithelium (RPE) cell line (D407). We have found that cytotoxicity of the free polymer is concentration and time dependent, as expected, and negligible for all the concentrations of the PDMAEMA-DNA polyplexes. Furthermore, for the concentrations to be used in vivo, the 354kDa PDMAEMA showed no signs of inflammation upon injection in the intravitreal space of C57BL/6 mice. The transfection efficiency, as evaluated by fluorescence microscopy and flow cytometry, showed that the D407 retinal cells were transfected by polyplexes of both high and low Mw PDMAEMA, but with varied efficiency, which was dependent on the N/P ratio. Althogether, these results suggest that PDMAEMA is a feasible candidate for non-viral gene delivery to the retina, and this work constitutes the basis of further studies to elucidate the bottleneck in transfection and further optimization of the material.

Translating proteomics into environmental health : biomarkers discovery for tobacco smoke-induced biological damage

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Seasonal patterns of polycyclic aromatic hydrocarbons in digestive gland and arm of octopus (Octopus vulgaris) from the Northwest Atlantic

Among organic pollutants existing in coastal areas, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are of great concern due to their ubiquity and carcinogenic potential. The aim of this study was to evaluate the seasonal patterns of PAHs in the digestive gland and arm of the common octopus (Octopus vulgaris) from the Northwest Atlantic Portuguese coast. In the different seasons, 18 PAHs were determined and the detoxification capacity of the species was evaluated. Ethoxyresorufin O-deethylase (EROD) and ethoxycoumarin O-deethylase (ECOD) activities were measured to assess phase I biotransformation capacity. Individual PAH ratios were used for major source (pyrolytic/petrogenic) analysis. Risks for human consumption were determined by the total toxicity equivalence approach. Generally, low levels of PAHs were detected in the digestive gland and in the arm of octopus, with a predominance of low molecular over high molecular weight compounds. PAHs exhibited seasonality in the concentrations detected and in their main emission sources. In the digestive gland, the highest total PAH levels were observed in autumn possibly related to fat availability in the ecosystem and food intake. The lack of PAH elimination observed in the digestive gland after captivity could be possibly associated to a low biotransformation capacity, consistent with the negligible/undetected levels of EROD and ECOD activity in the different seasons. The emission sources of PAHs found in the digestive gland varied from a petrogenic profile observed in winter to a pyrolytic pattern in spring. In the arm, the highest PAH contents were observed in June; nevertheless, levels were always below the regulatory limits established for food consumption. The carcinogenic potential calculated for all the sampling periods in the arm were markedly lower than the ones found in various aquatic species from different marine environments. The results presented in this study give relevant baseline data for environmental monitoring of organic pollution in coastal areas.

Peptidoglycan assembly machines: The Staphylococcus aureus Penicillin-Binding Proteins

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Skin permeation and metabolism of di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP).

Phthalates are suspected to be endocrine disruptors. Di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) is assumed to have low dermal absorption; however, previous in vitro skin permeation studies have shown large permeation differences. Our aims were to determine DEHP permeation parameters and assess extent of skin DEHP metabolism among workers highly exposed to these lipophilic, low volatile substances. Surgically removed skin from patients undergoing abdominoplasty was immediately dermatomed (800 μm) and mounted on flow-through diffusion cells (1.77 cm(2)) operating at 32°C with cell culture media (aqueous solution) as the reservoir liquid. The cells were dosed either with neat DEHP or emulsified in aqueous solution (166 μg/ml). Samples were analysed by HPLC-MS/MS. DEHP permeated human viable skin only as the metabolite MEHP (100%) after 8h of exposure. Human skin was able to further oxidize MEHP to 5-oxo-MEHP. Neat DEHP applied to the skin hardly permeated skin while the aqueous solution readily permeated skin measured in both cases as concentration of MEHP in the receptor liquid. DEHP pass through human skin, detected as MEHP only when emulsified in aqueous solution, and to a far lesser degree when applied neat to the skin. Using results from older in vitro skin permeation studies with non-viable skin may underestimate skin exposures. Our results are in overall agreement with newer phthalate skin permeation studies.

Genome-wide linkage and association analyses to identify genes influencing adiponectin levels: the GEMS Study.

Adiponectin has a variety of metabolic effects on obesity, insulin sensitivity, and atherosclerosis. To identify genes influencing variation in plasma adiponectin levels, we performed genome-wide linkage and association scans of adiponectin in two cohorts of subjects recruited in the Genetic Epidemiology of Metabolic Syndrome Study. The genome-wide linkage scan was conducted in families of Turkish and southern European (TSE, n = 789) and Northern and Western European (NWE, N = 2,280) origin. A whole genome association (WGA) analysis (500K Affymetrix platform) was carried out in a set of unrelated NWE subjects consisting of approximately 1,000 subjects with dyslipidemia and 1,000 overweight subjects with normal lipids. Peak evidence for linkage occurred at chromosome 8p23 in NWE subjects (lod = 3.10) and at chromosome 3q28 near ADIPOQ, the adiponectin structural gene, in TSE subjects (lod = 1.70). In the WGA analysis, the single-nucleotide polymorphisms (SNPs) most strongly associated with adiponectin were rs3774261 and rs6773957 (P < 10(-7)). These two SNPs were in high linkage disequilibrium (r(2) = 0.98) and located within ADIPOQ. Interestingly, our fourth strongest region of association (P < 2 x 10(-5)) was to an SNP within CDH13, whose protein product is a newly identified receptor for high-molecular-weight species of adiponectin. Through WGA analysis, we confirmed previous studies showing SNPs within ADIPOQ to be strongly associated with variation in adiponectin levels and further observed these to have the strongest effects on adiponectin levels throughout the genome. We additionally identified a second gene (CDH13) possibly influencing variation in adiponectin levels. The impact of these SNPs on health and disease has yet to be determined.

Influence de l’agrégation érythrocytaire sur la migration axiale de microparticules simulant des plaquettes sanguines

Lors du phénomène d’hémostase primaire ou de thrombose vasculaire, les plaquettes sanguines doivent adhérer aux parois afin de remplir leur fonction réparatrice ou pathologique. Pour ce faire, certains facteurs rhéologiques et hémodynamiques tels que l’hématocrite, le taux de cisaillement local et les contraintes de cisaillement pariétal, entrent en jeu afin d’exclure les plaquettes sanguines de l’écoulement principal et de les transporter vers le site endommagé ou enflammé. Cette exclusion pourrait aussi être influencée par l’agrégation de globules rouges qui est un phénomène naturel présent dans tout le système cardiovasculaire selon les conditions d’écoulement. La dérive de ces agrégats de globules rouges vers le centre des vaisseaux provoque la formation de réseaux d’agrégats dont la taille et la complexité varient en fonction de l’hématocrite et des conditions de cisaillement présentes. Il en résulte un écoulement bi-phasique avec un écoulement central composé d’agrégats de globules rouges avoisinés par une région moins dense en particules où l’on peut trouver des globules rouges singuliers, des petits rouleaux de globules rouges et une importante concentration en plaquettes et globules blancs. De ce fait, il est raisonnable de penser que plus la taille des agrégats qui occupent le centre du vaisseau augmente, plus il y aura de plaquettes expulsées vers les parois vasculaires. L'objectif du projet est de quantifier, in vitro, la migration des plaquettes sanguines en fonction du niveau d’agrégation érythrocytaire présent, en faisant varier l’hématocrite, le taux de cisaillement et en promouvant l’agrégation par l’ajout d’agents tels que le dextran à poids moléculaire élevé. Cependant, le comportement non Newtonien du sang dans un écoulement tubulaire peut être vu comme un facteur confondant à cause de son impact sur l’organisation spatiale des agrégats de globules rouges. De ce fait, les études ont été réalisées dans un appareil permettant de moduler, de façon homogène, la taille et la structure de ces agrégats et de quantifier ainsi leur effet sur la migration axiale des plaquettes. Du sang de porc anti coagulé a été ajusté à différents taux d’hématocrite et insérer dans un appareil à écoulement de Couette, à température ambiante. Les plaquettes sanguines, difficilement isolables in vitro sans en activer certains ligands membranaires, ont été remplacées par des fantômes en polystyrène ayant un revêtement de biotine. La quantification de la migration de ces fantômes de plaquettes a été réalisée grâce à l’utilisation de membranes biologiques fixées sur les parois internes de l’entrefer du rhéomètre de Couette. Ces membranes ont un revêtement de streptavidine assurant une très forte affinité d’adhésion avec les microparticules biotynilées. À 40% d’hématocrite, à un cisaillement de 2 s-1, 566 ± 53 microparticules ont été comptées pour un protocole préétabli avec du sang non agrégeant, comparativement à 1077 ± 229 pour du sang normal et 1568 ± 131 pour du sang hyper agrégeant. Les résultats obtenus suggèrent une nette participation de l’agrégation érythrocytaire sur le transport des fantômes de plaquettes puisque l’adhésion de ces derniers à la paroi du rhéomètre de Couette augmente de façon quasi exponentielle selon le niveau d’agrégation présent.

Analyse quantitative des cyanotoxines d'eau douce par LDTD-APCI-MS/MS

Avec la hausse mondiale de la fréquence des floraisons de cyanobactéries (CB), dont certaines produisent des cyanotoxines (CT), le développement d’une méthode de détection/quantification rapide d’un maximum de CT s’impose. Cette méthode permettrait de faire un suivi quotidien de la toxicité de plans d’eau contaminés par des CB et ainsi d’émettre rapidement des avis d’alerte appropriés afin de protéger la santé publique. Une nouvelle technologie utilisant la désorption thermique induite par diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique sous pression atmosphérique (APCI) et reliée à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) a déjà fait ses preuves avec des temps d'analyse de l’ordre de quelques secondes. Les analytes sont désorbés par la LDTD, ionisés en phase gazeuse par APCI et détectés par la MS/MS. Il n’y a donc pas de séparation chromatographique, et la préparation de l’échantillon avant l’analyse est minimale selon la complexité de la matrice contenant les analytes. Parmi les quatre CT testées (microcystine-LR, cylindrospermopsine, saxitoxine et anatoxine-a (ANA-a)), seule l’ANA-a a généré une désorption significative nécessaire au développement d’une méthode analytique avec l’interface LDTD-APCI. La forte polarité ou le poids moléculaire élevé des autres CT empêche probablement leur désorption. L’optimisation des paramètres instrumentaux, tout en tenant compte de l’interférence isobarique de l’acide aminé phénylalanine (PHE) lors de la détection de l’ANA-a par MS/MS, a généré une limite de détection d’ANA-a de l’ordre de 1 ug/L. Celle-ci a été évaluée à partir d’une matrice apparentée à une matrice réelle, démontrant qu’il serait possible d’utiliser la LDTD pour effectuer le suivi de l’ANA-a dans les eaux naturelles selon les normes environnementales applicables (1 à 12 ug/L). Il a été possible d’éviter l’interférence isobarique de la PHE en raison de sa très faible désorption avec l’interface LDTD-APCI. En effet, il a été démontré qu’une concentration aussi élevée que 500 ug/L de PHE ne causait aucune interférence sur le signal de l’ANA-a.

Évaluation in vitro de la stérilisation au peroxyde d'hydrogène sur les propriétés biologiques de prothèses utilisées lors de stabilisation du genou chez le chien

Objectif—Comparer les effets de la stérilisation au plasma de gaz de peroxyde d’hydrogène (HPGP) à l’oxyde d’éthylène (EO) et à la vapeur (ST) sur les propriétés physico-chimiques et d’adhésion bactérienne de fils de nylon et de polyéthylène. Design expérimental—Etude in vitro. Matériel—Des brins non stérilisés, stérilisés au HPGP, à l’EO et ST; de fil nylon leader (FNL), de fil de nylon pêche (FNP) et de fil de polyéthylène (PE) ont été utilisés. Méthodes—Une analyse de surface au spectroscope photo-électronique à rayons X (XPS), une mesure de l’angle de contact, une analyse par microscopie à force atomique (AFM) et l’adhésion bactérienne de Staphylococcus intermedius et d’Escherichia Coli ont été testés sur les brins. Résultats—Une oxydation de la surface de tous les échantillons stérilisés a été observée quelque soit la méthode de stérilisation. La stérilisation a augmenté significativement l’angle de contact pour tous les types de fil quelque soit la méthode. La rugosité n’a pas été affectée significativement par la méthode de stérilisation pour le FNL et FNP. L’adhésion bactérienne a été affectée significativement par la méthode de stérilisation. Le PE a un angle de contact, une rugosité et une adhésion bactérienne significativement plus élevée que le FNL et FNP, peu importe la méthode de stérilisation. Conclusion—La stérilisation au HPGP constitue une alternative intéressante à la vapeur et l’EO. Le PE n’est peut être pas un matériel idéal par sa capacité d’adhésion bactérienne. De futures études sont nécessaires pour déterminer la signification clinique de ces trouvailles.

Durée de lʼexposition avec symptômes, séquelles et coûts de lʼasthme professionnel en relation avec le statut psychologique et socioéconomique

Le facteur le plus important de pronostic de l'asthme professionnel (AP) est la durée des symptômes avant le retrait de lʼexposition à lʼagent causant lʼAP. La qualité de vie réduite, la détresse psychologique et les maladies psychiatriques sont des conditions souvent associées à l'AP. Notre objectif était d'identifier les facteurs, incluant le statut socioéconomique, qui ont une influence sur lʼintervalle de temps nécessaire pour présenter une requête à une agence médicolégale à la suite de lʼapparition de symptômes dʼasthme et de confirmer qu'un tel délai est associé à un moins bon pronostic respiratoire et à des coûts directs plus élevés. En outre, nous avons examiné la relation entre les variables cliniques et socio-économiques dʼune part et leur influence sur les facteurs psychologiques et économiques dʼautre part chez des travailleurs atteints d'AP. Ensuite, nous avons voulu évaluer si les individus souffrant de détresse psychologique (DP) et de morbidité psychiatrique pourraient être identifiés en utilisant un instrument mesurant la qualité de vie (QV). Lʼétude a été effectuée auprès dʼindividus ayant déposé des demandes d'indemnisation pourʼAP auprès du Commission de la sécurité et de la santé du travail du Québec (CSST). Les données ont été recueillies au moment de la réévaluation, soit environ deux ans et demi après le diagnostic. Outre la collecte des marqueurs cliniques de l'asthme, les individus ont été soumis à une évaluation générale de leur histoire sociodémographique et médicale, à une brève entrevue psychiatrique (évaluation des soins primaires des troubles mentaux, PRIME-MD) et à un ensemble de questionnaires, incluant le Questionnaire sur la qualité de vie - AQLQ(S), le Questionnaire respiratoire de St. George (SGRQ) et le Psychiatric Symptom Index (PSI).Soixante personnes ont été incluses dans l'étude. Etre plus âgé, avoir un revenu supérieur à 30 000$ CA etêtre atteint dʼAP dû à un allergène de haut poids moléculaire ont une association positive avec le nombre dʼannées dʼexposition avec symptômes avant le retrait. Au cours de la période de suivi, le nombre dʼannées dʼexposition avec symptômes était plus grand chez les individus ayant une hyperréactivité bronchique persistante. Par ailleurs, la présence de symptômes au poste de travail pendant moins d'un an est associée à une réduction des coûts directs. Les paramètres de QV et de DP avaient des corrélations modérées avec les marqueurs cliniques de lʼAP. Les plus fortes associations avec ces variables ont pu être observées dans les cas de la sévérité de l'asthme, des statuts dʼemploi et matrimonial, du revenu et de la durée de la période de travail avec l'employeur. Un seuil de 5,1 au niveau de la sous-échelle de la fonction émotionnelle de lʼAQLQ(S) sʼest avéré avoir la meilleure valeur discriminante pour distinguer les individus avec ou sans détresse psychiatrique cliniquement significative selon le PSI. Nous avons été en mesure d'identifier les variables socio-économiques associées à un intervalle plus long dʼexposition professionnelle en présence de symptômes dʼasthme. De même, une plus longue période d'exposition a été associée à un moins bon pronostic de la maladie et à des coûts de compensation plus élevés. Ces résultats s'avèrent utiles pour la surveillance de lʼAP qui pourrait cibler ces sous-groupes d'individus. La QV et la PS sont fréquemment réduites chez les individus atteints d'AP qui perçoivent une compensation. Elles sont associées à des marqueurs cliniques de lʼasthme et à des facteurs socio-économiques. En outre, nos résultats suggèrent que le questionnaire de lʼAQLQ(S) peut être utilisé pour identifier les individus avec un niveau de détresse psychologique potentiellement significatif.

Study of chemical properties and evaluation of collagen in mantle, epidermal connective tissue and tentacle of Indian Squid, Loligo duvauceli Orbigny

The chemical composition and evaluation of Indian squid (Loligo duvauceli) mantle, epidermal connective tissue and tentacle is investigated in this current study. It is observed that squid mantle contains 22.2% total protein; 63.5% of the total protein is myofibrillar protein. The unique property of squid myofibrillar protein is its water solubility. Squid mantle contains 12.0% total collagen. Epidermal connective tissue has highest amounts of total collagen (17.8%). SDS-PAGE of total collagen identified high molecular weight α-, β- and γ- sub-chains. Amino acid profile analysis indicates that mantle and tentacle contain essential amino acids. Arginine forms a major portion of mantle collagen (272.5 g/100 g N). Isoleucine, glutamic acid and lysine are other amino acids that are found in significantly high amounts in the mantle. Sulphur containing cystine is deficit in mantle collagen. Papain digest of mantle and epidermal connective tissue is rich in uronic acid, while papain digest, collagenase digest and urea digest of epidermal connective tissue has significant amounts of sialic acid (25.2, 33.2 and 99.8 μmol /100 g, respectively). PAS staining of papain digest, collagenase digest and urea digest also identify the association of hexoses with low molecular weight collagen fragments. Histochemical sectioning also emphasized the localized distribution of collagen in epidermal and dermal region and very sparse fibres traverse the myotome bundles

Designing Temperature-Responsive Biocompatible Copolymers and Hydrogels Based on 2-Hydroxyethyl(meth)acrylates

Free-radical copolymerization of 2-hydroxyethyl methacrylate with 2-hydroxyethyl acrylate can be successively utilized for the synthesis of water-soluble polymers and hydrogels with excellent physicochemical properties, thus showing promise for pharmaceutical and biomedical applications. In the work presented it has been demonstrated that water-soluble copolymers based on 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxyethyl acrylate exhibit lower critical solution temperature in aqueous solutions, whereas the corresponding high molecular weight homopolymers do not have this unique property. The temperature-induced transitions observed upon heating the aqueous solutions of these copolymers proceed via liquid−liquid phase separation. The hydrogels were also synthesized by copolymerizing 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxyethyl acrylate in the absence of a bifunctional cross-linker. The cross-linking of these copolymers during copolymerization is believed to be due to the presence of bifunctional admixtures or transesterification reactions. Transparency, swelling behavior, mechanical properties, and porosity of the hydrogels are dependent upon the monomer ratio in the copolymers. Hydrogel samples containing more 2-hydroxyethyl methacrylate are less transparent, have lower swelling capacity, higher elastic moduli, and pores of smaller size. The assessment of the biocompatibility of the copolymers using the slug mucosal irritation test revealed that they are also less irritant than poly(acrylic acid).

Bis(hydroxy-isoindolinone)s: synthesis, stereochemistry, polymer chemistry, and supramolecular assembly

Pseudoacid chlorides of 2,5-bis(4-fluorobenzoyl) terephthalic acid and 4,6-bis(4-fluorobenzoyl) isophthalic acid condense with primary amines to afford diastereomeric bis(hydroxyindolinone)s in good isolated yields and with diamines to give high molecular weight poly(hydroxyindolinone)s. Bis-N-pyrenemethyl bis(hydroxyindolinone)s assemble, even in dipolar solvents such as DMSO, with macrocyclic diimide-sulfones to give [3]pseudorotaxanes stabilized by electronically complementary aromatic π−π-stacking and shape-complementary van der Waals interactions.

Reversible, nondegradative conversion of crystalline aromatic poly(ether ketone)s into organo-soluble poly(ether dithioketal)s

Crystalline aromatic poly(ether ketone)s Such as PEEK and PEK may be cleanly and reversibly derivatized by dithioketalization of the carbonyl groups With 1,2-ethanedithiol or 1,3-propanedithiol under strong acid conditions. The resulting 1,3-dithiolane and 1,3-dithiane polymers are hydrolytically stable, amorphous, and readily soluble in organic solvents such as chloroform and THF and are thus (unlike their parent polymers) easily characterized by gel permeation chromatography (GPC). GPC analysis of a range of derivatized PEEK samples using light-scattering detection revealed, in some instances, a bimodal molecular weight distribution with a small but potentially significant (and previously undetected) very high-molecular-weight fraction.

Rapid, uncatalyzed ring-opening polymerization of individual macrocyclic poly(arylene thioether ketone)s under dynamic heating conditions

Uncatalyzed, ring-opening polymerization of individual macrocyclic poly(arylene thioether ketone)s (1-4) and mixtures (5) under dynamic heating conditions has been demonstrated for the first time. High-molecular-weight, film-forming products were obtained after heating of the macrocycles up to 480 degreesC, with a heating rate of 10-20 degreesC /min. Depending on the macrocyclic structure and heat treatment conditions, the polymers obtained were amorphous or semicrystalline, soluble or slightly crosslinked. NMR analyses of the soluble polymers revealed their linear, highly regular structure. According to NMR, DSC, and TGA studies, the polymers obtained do not contain any residual macrocycles. The polymers with thio-p-arylene moieties in the main chain were thermally stabile. The catalyzed ring opening polymerization of 5 carried out in diphenyl sulfone solution is also reported for comparison. Using quantum mechanical calculations of the ring opening of macrocycles, a reaction mechanism is suggested. Preparation of nanosized poly(thioether ketone) fibrils by a replication method is described.