Readout architectures for hybrid pixel detector readout chips

The original contribution of this thesis to knowledge are novel digital readout architectures for hybrid pixel readout chips. The thesis presents asynchronous bus-based architecture, a data-node based column architecture and a network-based pixel matrix architecture for data transportation. It is shown that the data-node architecture achieves readout efficiency 99% with half the output rate as a bus-based system. The network-based solution avoids “broken” columns due to some manufacturing errors, and it distributes internal data traffic more evenly across the pixel matrix than column-based architectures. An improvement of > 10% to the efficiency is achieved with uniform and non-uniform hit occupancies. Architectural design has been done using transaction level modeling (TLM) and sequential high-level design techniques for reducing the design and simulation time. It has been possible to simulate tens of column and full chip architectures using the high-level techniques. A decrease of > 10 in run-time is observed using these techniques compared to register transfer level (RTL) design technique. Reduction of 50% for lines-of-code (LoC) for the high-level models compared to the RTL description has been achieved. Two architectures are then demonstrated in two hybrid pixel readout chips. The first chip, Timepix3 has been designed for the Medipix3 collaboration. According to the measurements, it consumes < 1 W/cm^2. It also delivers up to 40 Mhits/s/cm^2 with 10-bit time-over-threshold (ToT) and 18-bit time-of-arrival (ToA) of 1.5625 ns. The chip uses a token-arbitrated, asynchronous two-phase handshake column bus for internal data transfer. It has also been successfully used in a multi-chip particle tracking telescope. The second chip, VeloPix, is a readout chip being designed for the upgrade of Vertex Locator (VELO) of the LHCb experiment at CERN. Based on the simulations, it consumes < 1.5 W/cm^2 while delivering up to 320 Mpackets/s/cm^2, each packet containing up to 8 pixels. VeloPix uses a node-based data fabric for achieving throughput of 13.3 Mpackets/s from the column to the EoC. By combining Monte Carlo physics data with high-level simulations, it has been demonstrated that the architecture meets requirements of the VELO (260 Mpackets/s/cm^2 with efficiency of 99%).

The efficacy of YKL-40 and CA125 as biomarkers for epithelial ovarian cancer

Our objective was to estimate the efficacy of the measurement of serum YKL-40 alone or with CA125 as biomarkers for the diagnosis of epithelial ovarian cancer (EOC) using the YKL-40 ELISA kit. An experimental group of 49 ovarian cancer patients included 42 patients with EOC (53 ± 15 years, range: 19-81 years) and 7 patients (48 ± 13 years, range: 29-36 years) with borderline epithelial ovarian tumor. A control group of 88 non-malignant cases included 42 patients (43 ± 10 years, range: 26-77 years) with benign gynecological disease and 46 healthy women (45 ± 14 years, range: 30-68 years) at a teaching hospital. Both YKL-40 (220.1 ± 94.1 vs 61.6 ± 48.4 and 50.1 ± 41.2 ng/mL) and CA125 (524.9 ± 972.5 vs 13.4 ± 7.6 and 28.5 ± 29.6 U/mL) levels were significantly higher (P < 0.05) in patients with ovarian cancer compared to the healthy and non-malignant groups. YKL-40 had 92.9% sensitivity and 94.4% specificity for the diagnosis of EOC. When YKL-40 and CA125 were tested in parallel, the sensitivity was increased to 98.2%, but the specificity was decreased to 81.3%. The correlations between serum YKL-40 and tumor stage, grade histology, performance status, patient age, and extension of debulking surgery were tested. With increasing stage and grade of EOC, preoperative serum YKL-40 levels were significantly increased (P = 0.029, P = 0.05, respectively). Serum YKL-40 alone or with serum CA125 levels are useful, although with some limitations, to diagnose ovarian cancer. Our study showed that YKL-40 may not be an independent prognostic factor for ovarian cancer. This prospective study may be a new trend in looking for biomarkers that optimize diagnosis of ovarian cancer.

Caractérisation fonctionnelle de la GTPase Ran dans le cancer épithélial de l'ovaire

Le cancer épithélial de l’ovaire est le plus létal des cancers gynécologiques. Les tumeurs de l’ovaire se divisent en différentes classes reflétant l’étendue de la maladie. Les tumeurs à faible potentiel de malignité présentent une survie relative à 5 ans de 90%, alors que pour les tumeurs invasives, la survie à 5 ans chute drastiquement à 35-40%. Au laboratoire, nous avons précédemment identifié la protéine Ran, un membre de la superfamille des GTPases Ras, comme marqueur fortement exprimé dans les cancers épithéliaux de l’ovaire de haut grade et de haut stade dont la surexpression est associée à un mauvais pronostic. Ran est déjà connue pour contribuer au transport nucléocytoplasmique et à la progression du cycle cellulaire, mais son rôle dans le cancer ovarien n’est pas bien défini. En utilisant une approche de shRNA inductibles à la tétracycline basée sur les lentivirus, nous avons montré que la diminution de l’expression de Ran dans des lignées cellulaires agressives du cancer de l’ovaire affecte drastiquement la prolifération cellulaire par l’induction d’une apoptose caspase-3 dépendante. Par un essai de tumeurs en xénogreffes, nous avons démontré que la déplétion de Ran résulte en une diminution de la tumorigenèse et que la formation éventuelle de tumeurs est associée à une sélection des cellules tumorales ayant la capacité de ré-exprimer la protéine Ran. Ces résultats suggèrent un rôle critique pour Ran dans la survie et la tumorigénicité des cellules du cancer ovarien, indiquant que Ran pourrait être une cible thérapeutique intéressante.

Le cancer épithélial des ovaires à cellules claires et de type mucineux exprime un niveau élevé de HYAL-1 : corrélation inverse avec l’expression des récepteurs d’estrogène et de progestérone

Le cancer épithélial des ovaires (CEO) est classifié en sous types histopathologiques identifiés tel que séreux, endométrioide, à cellules claires et mucineux. Une analyse génétique réalisée au niveau moléculaire a suggéré un rôle pour des gènes suppresseurs de tumeur localisés sur le bras court du chromosome 3p21.3 dans la pathogénèse du CEO de type séreux. Notre objectif était d’évaluer le profil d’expression de HYAL-1, localisé dans cette même région, dans les différents sous types du CEO, et de vérifier une éventuelle corrélation avec l’expression des récepteurs d’hormones stéroïdiennes. Pour se faire, nous avons analysé par RT-PCR quantitative l’expression de l’ARNm de HYAL-1, des récepteurs d’estrogène (ER-α et ER-β) et du récepteur de progestérone (PR) dans des échantillons de tissus extraits de tumeurs du CEO provenant de deux cohortes indépendantes et dans des lignées cellulaires. Nous avons également réalisé des analyses bioinformatiques à partir de l’expression de ces gènes en ayant recours à une base de données de microarray disponible en ligne et ouverte au public. Par la suite, nous avons mesuré l’activité enzymatique de HYAL-1 dans des lignées cellulaires du CEO et dans des échantillons de plasma. Nos résultats ont montré que l’expression de l’ARNm de HYAL-1 était élevée dans le type à cellules claires et mucineux mais non dans les types séreux et endométrioides, autant dans les échantillons sains que de ceux provenant de tumeurs bénignes. De façon cohérente, le niveau d’ARNm et l’activité enzymatique de HYAL-1 étaient élevés dans les lignées cellulaires à cellules claires et mucineuses. Nous avons aussi démontré qu’il y avait une corrélation inverse entre les niveaux de l’ARNm de HYAL-1 et ceux d’ER-α et PR dans les échantillons de tissus de CEO du type mucineux et à cellules claires. De façon similaire, nous avons noté que l’activité de HYAL-1 était élevée dans le plasma de ces mêmes patients. En conséquence nos travaux proposent HYAL-1 en tant que biomarqueur potentiel dans le cas des CEO de type à cellules claires et mucineux présentant un faible niveau d’expression d’ER-α et PR.

Développement et caractérisation de nouveaux modèles du cancer épithélial de l’ovaire

Le cancer épithélial de l’ovaire (EOC) est le plus mortel des cancers gynécologiques. Cette maladie complexe progresse rapidement de façon difficilement décelable aux stades précoces. De plus, malgré une chirurgie cytoréductive et des traitements de chimiothérapie le taux de survie des patientes diagnostiquées aux stades avancées demeurt faible. Dans le but d’étudier l’EOC dans un contexte ex vivo, l’utilisation de modèles cellulaires est indispensable. Les lignées cellulaires d’EOC sont un outil pratique pour la recherche cependant, la façon dont l'expression des gènes est affectée en culture par comparaison à la tumeur d'origine n'est pas encore bien élucidée. Notre objectif était donc de développer et de caractériser de nouveaux modèles de culture in vitro qui réflèteront plus fidèlement la maladie in vivo. Nous avons tout d’abord utiliser des lignées cellulaires disponibles au laboratoire afin de mettre au point un modèle 3D de culture in vitro d’EOC. Des sphéroïdes ont été générés à l’aide de la méthode des gouttelettes inversées, une méthode pionnière pour la culture des cellules tumorales. Nous avons ensuite procédé à une analyse des profils d’expression afin de comparer le modèle sphéroïde au modèle de culture en monocouche et le modèle xénogreffe in vivo. Ainsi, nous avons identifié des gènes stratifiant les modèles tridimensionnels, tant in vivo qu’in vitro, du modèle 2D monocouche. Parmi les meilleurs candidats, nous avons sélectionné S100A6 pour une caractérisation ultérieure. L’expression de ce gène fût modulée afin d’étudier l’impact de son inhibition sur les paramètres de croissance des sphéroïdes. L’inhibition de ce gène a comme effet de réduire la motilité cellulaire mais seulement au niveau du modèle sphéroïde. Finalement, toujours dans l’optique de développer des modèles d’EOC les plus représentatifs de la maladie in vivo, nous avons réussi à développer des lignées cellulaires uniques dérivées de patientes atteintes d’EOC du type séreux, soit le plus commun des EOC. Jusque là, très peu de lignées cellulaires provenant de ce type de cancer et de patientes n’ayant pas reçu de chimiothérapie ont été produites. De plus, nous avons pour la première fois caractérise des lignées d’EOC de type séreux provenant à la fois de l’ascite et de la tumeur solide de la même patiente.

Caractérisation de nouvelles lignées cellulaires pré-chimiothérapie et post-chimiothérapie du cancer épithélial de l'ovaire

Le cancer épithélial de l’ovaire (CÉO) est le cancer gynécologique le plus létal. Le CÉO de type séreux, la forme la plus commune avec plus de 50% des cas, est souvent diagnostiqué tardivement et associé à un mauvais pronostic. Le CÉO avancé, surtout traité par chimiothérapie, va devenir chimiorésistant chez la majorité des patientes traitées. Bien que des lignées cellulaires du CÉO aient été dérivées à partir de tumeurs solides et d’ascites de patientes ayant ou non subi une chimiothérapie, aucune des lignées cellulaires du CÉO provenant d’une même patiente avant et après ses traitements de chimiothérapie n’ont été établies précédemment. Notre laboratoire est le premier à développer de telles lignées cellulaires. Nos nouvelles lignées cellulaires sont dérivées de trois patientes différentes (1369, 2295 et 3133) et classées selon leur provenance, soit la tumeur solide (TOV) ou l’ascite (OV). Nous avons donc caractérisé ces nouvelles lignées de cellules pré-chimiothérapie (TOV1369TR, OV2295, TOV3133D et TOV3133G) et post-chimiothérapie (OV1369(2), OV2295(2), TOV2295, OV3133 et OV3133(2)) par diverses approches. Par immunohistochimie et immunobuvardage de type Western, nous avons caractérisé les niveaux d’expression de marqueurs épithéliaux typiques de kératines (KRT7, KRT8, KRT18, KRT19, KRT20) pour confirmer l’origine épithéliale et ovarienne des cellules. Nous avons également analysé le niveau d’expression de HER2 et p53, deux marqueurs importants dans le CÉO. Cependant, il ne semble pas y avoir d’expression différentielle évidente de ces marqueurs entre les lignées pré-chimiothérapie et post-chimiothérapie. Plus encore, nous avons étudié plusieurs caractéristiques tumorigéniques des lignées cellulaires, dont la prolifération cellulaire (par compte cellulaire), la migration cellulaire (par recouvrement de plaie), la capacité à former des sphéroïdes en 3D (par la méthode des gouttelettes inversées), et la formation de tumeurs in vivo dans des souris SCID (xénogreffes sous-cutanées). En général, il ne semble pas y avoir de différences claires entre les cellules pré-chimiothérapie et post-chimiothérapie au niveau du comportement cellulaire, à l’exception du fait qu’aucune des lignées post-chimiothérapie semblent être en mesure de former des structures tridimensionnelles compactes, contrairement à certaines lignées post-chimiothérapie. Nos résultats pourront servir à mieux comprendre les différents mécanismes régissant les tumeurs malignes du CÉO de type séreux et à mieux comprendre la progression de la maladie à travers les différents traitements, ce qui nous permettra d’acquérir des informations essentielles pour mieux évaluer et traiter différentes patientes.

Régulation de l’expression de HYAL-1 par le récepteur de l’oestrogène alpha

HYAL-1 (hyaluronidase-1) appartient à la famille des hyaluronidases connues pour leur rôle dans la dégradation de l’acide hyaluronique. L’expression de HYAL-1 est élevée dans de nombreux type de cancers, notamment dans le cancer de la prostate, de la vessie, des reins et du sein où il est impliqué dans la croissance tumorale et les métastases. Récemment notre laboratoire a aussi démontré une expression élevée de HYAL-1 dans le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) de type mucineux et à cellules claires, expression qui est inversement corrélée à celle du récepteur de l’oestrogène alpha (REα). Cependant, malgré le fait que le rôle de HYAL-1 dans le cancer soit bien établit, le mécanisme de sa régulation reste encore inconnu. Le REα est un facteur de transcription qui suite à sa liaison avec son ligand va réguler l’expression de plusieurs gènes. Le REα ainsi stimulé par l’hormone va activer la transcription de ces gènes cibles mais il est connu maintenant qu’une grande partie des gènes régulés par le REα sont en réalité réprimés par ce récepteur. Dans ce travail nous proposons d’étudier le mécanisme de la régulation du gène HYAL-1 par le REα dans le CEO à cellules claires et dans le cancer du sein. L’expression ectopique du REα dans la lignée TOV21G (RE-) de même que le traitement de la lignée MCF-7 (RE+) avec de l’oestrogène a induit une diminution du niveau d’expression de l’ARN m de HYAL-1. Ces résultats nous ont permis de confirmer que HYAL-1 est un gène cible du REα. Il est aussi connu que le REα peut exercer son action par différents mécanismes d’action, entre autres en interagissant avec une séquence d’ADN appelée élément de réponse à l’oestrogène (ERE), retrouvé sur le promoteur des gènes cibles ou bien indirectement par des interactions protéine-protéine en se liant à d’autres facteur de transcription tels que Sp1. Après avoir identifiés de telles séquences sur le promoteur proximal de HYAL-1, (1 ERE proximal à -900 pb, 3 distaux à -32350 pb, 48430, -50130 pb du site d’initiation de la transcription) en plus des 2 Sp1 connus (-60 et – 1020pb), nous avons démontrés par immunoprécipitation de la chromatine que le REα est recruté sur le promoteur de HYAL-1 au niveau de l’ERE proximal -900 pb et du distal -32350 pb de même que sur le site Sp1 -1020 pb. De plus, l’activité biologique de l’ERE -900 pb et du ii Sp1-1020pb à été confirmée par des essais de gènes rapporteurs à la luciférase. Avec son rôle connu dans la tumorigenèse, l’identification de HYAL-1 comme gène cible du REα pourrait être une avenue intéressante pour le traitement des cancers hormono-indépendants.

Mutations impliquées dans la progression du cancer épithélial de l'ovaire

Le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) est le cancer gynécologique le plus létal. Plus de 70% des patientes diagnostiquées avec une tumeur de stade avancé rechutent suite aux traitements chimiothérapeutiques de première ligne, la survie à cinq ans étant ainsi très faible. Afin de mieux comprendre l’évolution de la maladie, nous avons recherché de nouveaux gènes, responsables de l’initiation et de la progression du CEO. Précédemment, des lignées cellulaires ont été dérivées à partir de la tumeur primaire et récurrente et/ou d’ascites de trois patientes. Le séquençage de l’ARN de ces lignées par la technologie de séquençage de nouvelle génération (TSNG) nous a permis d’identifier des mutations ponctuelles qui pourraient nous indiquer des gènes dérégulés dans le CEO. La TSNG est un bon outil qui permet d’identifier et de cribler à grande échelle des mutations. Nous avons sélectionné PLEC1, SCRIB, NCOR2, SEMA6C, IKBKB, GLCE et ITGAE comme gènes candidats présentant des mutations dans nos lignées et ayant une relation fonctionnelle avérée avec le cancer. Étant donné que la TSNG est une technique à taux de fiabilité limité, nous avons validé ces mutations par séquençage Sanger. Ensuite, nous avons étudié l’effet de ces mutations sur la structure protéique et l’expression de PLEC1, de SCRIB et de SEMA6C. Seules certaines mutations dans les gènes PLEC1, SCRIB et SEMA6C ont pu être confirmées. PLEC1 et SCRIB sont deux protéines d’échafaudage dont la mutation, rapportée dans plusieurs cancers, pourrait induire des changements de leurs conformations et affecter leurs interactions et leurs fonctions. Les conséquences de ces mutations sur la tumorigenèse de l’ovaire devront être étudiées.

La gestión del agua: el desafío chino. Iniciativas medio ambientales chinas y el manejo del río Mekong. Periodo de estudio: 1980 - 2010

El propósito de la presente investigación es evaluar la incidencia regional de las iniciativas chinas a favor de la gestión del agua del Río Mekong como elementos que contribuyen en la construcción de la percepción favorable para el gigante asiático. Producto del conjunto de reformas aplicadas desde 1978, China fue objeto de un crecimiento económico exponencial que algunos académicos denominan milagroso; sin embargo, dicho proceso involucró un impacto negativo sobre el medio ambiente y en particular sobre el agua del Estado. El deterioro ambiental chino implicó, por un lado, el desarrollo de medidas internas que pretenden reversar los efectos descritos en el marco de las diferentes cumbres mundiales sobre medio ambiente y por otro, la participación en iniciativas de carácter subregional que denotan cierto grado de pro-actividad del gigante asiático en materia ambiental.

Relación entre el polimorfismo Hind III de la lipoproteinlipasa y lípidos sanguíneos en un grupo de pacientes colombianos con enfermedad obstructiva coronaria

El polimorfismo Hind III es la variante más común en el gen de la lipoproteinlipasa; sin embargo, su asociación con enfermedad cardiovascular es controversial. Objetivo: Establecer la frecuencia del polimorfismo Hind III y su relación con el perfil lipídico y la enfermedad obstructiva coronaria (EOC) en pacientes colombianos. Materiales y métodos: La muestra la constituyeron pacientes que asistieron a un centro de hemodinamia del Quindío, por necesidad de una angiografía coronaria. El polimorfismo Hind III fue evaluado por la reacción en cadena de la polimerasa y restricción enzimática. Resultados: 389 pacientes fueron divididos en individuos con EOC≥50 %, (60,4 %) e individuos con EOC<50 %, (39,6 %). El colesterol en las lipoproteínas de baja densidad (c-LDL), fue normal en ambos grupos, pero significativamente mayor en EOC≥50 %. El colesterol en las lipoproteínas de alta densidad (c-HDL) fue bajo en ambos grupos. La frecuencia del genotipo Hind+/+ y el alelo Hind+ fue 55 % y 76 %, respectivamente, para el genotipo Hind+/- fue 41,1 %, y para genotipo Hind-/- y el alelo Hind- fue 3,85 % y 24 %, respectivamente, sin diferencias significativas entre los grupos. En EOC≥50 %, el colesterol total y c-LDL fueron mayores en el alelo Hind-, mientras que el c-HDL fue más bajo en el alelo Hind+, con diferencias significativas con respecto a EOC<50 % y los mismos alelos. Se encontraron diferencias significativas en triglicéridos y colesterol en lipoproteínas de muy baja densidad (c-VLDL) entre los genotipos del grupo EOC<50 %. Conclusión: Este trabajo muestra que aun con valores normales de perfil lipídico, se presenta EOC significativa, que no parece estar asociada a las bajas concentraciones de c-HDL, ni al polimorfismo Hind III de la LPL por sí solo, pero podría estar relacionada a la influencia de estos sobre los lípidos. 

Interpretación sedimentológica y paleogeográfica del nivel de areniscas eocénicas de Sarrià de Ter (Prov. de Gerona)

There is in this work a description of sedimentological characters of the medium Eocene sandstone level from Sarriá de Ter (Gerona province Spain) and an interpretation of their genesis and situation in the regional paleogeography. The conclusion is that these sandstones form a deltaic channel(delta front). To wards the E and NE the become fluvial deposits, to wards the W, Plana de Vic, they become clay and silstones considered as a prodelta

Significado sedimentológico de los niveles con Assilinas de la Formación Armancies (Eoceno medio) y sus equivalentes laterales

In this paper we show some sedimentological characteristics of Assilina beds from Armancies Fm. (middle Eocene) and their lateral equivalents that let us to remark some aspects of their genesis. We arrive to the conclusion that, in occidental sector (Bagá-Campdevanol), ‘las barras de Assilinas’ from the Armancies Fm. are grain flow channels, first sedimented at W of Terrades and after slided, from E to W in a turbidite basin, without any coarse clastic

Mallard Use of Hen HousesTM in Eastern Ontario

Nesting structures for ground-nesting waterfowl may be an effective technique for increasing nesting success in regions in which nest success is below the 15% threshold needed to maintain a stable population. We studied the occupancy rate of artificial nesting structures called hen housesTM by Mallards (Anas platyrhynchos) nesting in two different wetland habitats, beaver ponds and sewage lagoons, in eastern Ontario during 1999–2001. We hypothesized that, because natural cover was sparse on sewage lagoons, Mallards would occupy hen houses at a higher rate on sewage lagoons than on beaver ponds. However, of the 248 hen houses distributed between beaver ponds and sewage lagoons, none was occupied by waterfowl. Common Grackles (Quiscalus quiscula) were the only avian species that nested in hen houses. However, Mallards successfully nested directly under several structures (n = 6) when water levels were low enough to expose the ground beneath them. Mayfield daily nest survival estimates for Mallards nesting in natural cover were similar on sewage lagoons and beaver ponds for all years (mean = 0.99) and were higher than most published estimates. Factors such as nesting cover, predation pressures, and structure design and material may influence the use of artificial hen houses and should be considered when planning a hen house program outside of the Prairie Pothole Region.

Contrasting Seasonal Survivorship of Two Migratory Songbirds Wintering in Threatened Mangrove Forests

Long-distance migrants wintering in tropical regions face a number of critical conservation threats throughout their lives, but seasonal estimates of key demographic parameters such as winter survival are rare. Using mist-netting-based mark-recapture data collected in coastal Costa Rica over a six-year period, we examined variation in within- and between-winter survivorship of the Prothonotary Warbler (Protonotaria citrea; 753 young and 376 adults banded), a declining neotropical habitat specialist that depends on threatened mangrove forests during the nonbreeding season. We derived parallel seasonal survivorship estimates for the Northern Waterthrush (Seiurus noveboracensis; 564 young and 93 adults banded), a cohabitant mangrove specialist that has not shown the same population decline in North America, to assess whether contrasting survivorship might contribute to the observed differences in the species’ population trajectories. Although average annual survival probability was relatively similar between the two species for both young and adult birds, monthly estimates indicated that relative to Northern Waterthrush, Prothonotary Warblers exhibited: greater interannual variation in survivorship, especially within winters; greater variation in survivorship among the three study sites; lower average between-winter survivorship, particularly among females, and; a sharp decline in between-winter survivorship from 2003 to 2009 for both age groups and both sexes. Rather than identifying one seasonal vital rate as a causal factor of Prothonotary Warbler population declines, our species comparison suggests that the combination of variable within-winter survival with decreasing between-winter survival demands a multi-seasonal approach to the conservation of this and other tropical-wintering migrants.

Declines of Aerial Insectivores in North America Follow a Geographic Gradient

North American birds that feed on aerial insects are experiencing widespread population declines. An analysis of the North American Breeding Bird Survey trend estimates for 1966 to 2006 suggests that declines in this guild are significantly stronger than in passerines in general. The pattern of decline also shows a striking geographical gradient, with aerial insectivore declines becoming more prevalent towards the northeast of North America. Declines are also more acute in species that migrate long distances compared to those that migrate short distances. The declines become manifest, almost without exception, in the mid 1980s. The taxonomic breadth of these downward trends suggests that declines in aerial insectivore populations are linked to changes in populations of flying insects, and these changes might be indicative of underlying ecosystem changes.