Sea organisms as a source of collagen-derived polymers for skin tissue engineering applications

Advanced therapies combating acute and chronic skin wounds are likely to be brought about using our knowledge of regenerative medicine coupled with appropriately tissue engineered skin substitutes. At the present time, there are no models of an artificial skin that completely replicate normal uninjured skin and they are usually accompanied by fibrotic reactions that result in the production of a scar. Natural biopolymers such as collagen have been a lot investigated as potential source of biomaterial for skin replacement in Tissue Engineering. Collagens are the most abundant high molecular weight proteins in both invertebrate and vertebrate organisms, including mammals, and possess mainly a structural role in connective tissues. From this, they have been elected as one of the key biological materials in tissue regeneration approaches, as skin tissue engineering. In addition, industry is constantly searching for new natural sources of collagen and upgraded methodologies for their production. The most common sources are skin and bone from bovine and porcine origin. However, these last carry high risk of bovine spongiform encephalopathy or transmissible spongiform encephalopathy and immunogenic responses. On the other hand, the increase of jellyfish has led us to consider this marine organism as potential collagen source for tissue engineering applications. In the present study, novel form of acid and pepsin soluble collagen were extracted from dried Rhopilema hispidum jellyfish species in an effort to obtain an alternative and safer collagen. We studied different methods of collagen purification (tissues and experimental procedures). The best collagen yield was obtained using pepsin extraction method (34.16 mg collagen/g of tissue). The isolated collagen was characterized by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and circular dichroism spectroscopy.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Organic geochemistry and Rock-Eval pyrolysis at DSDP Leg 79 and 41 Holes

Cenozoic and Mesozoic sediments ranging in age from Pleistocene to Early Jurassic/late Triassic were recovered on DSDP Leg 79, off Morocco at Sites 544 to 547 in front of the Mazagan Plateau. The main zone of oil genesis should be reached at Site 547 within the Jurassic section. Organic material of marine origin with good petroleum potential characterizes the late Eocene slumps of Site 547 and originates from reworked organic matter of Cretaceous origin. Organic enrichment also occurs at Site 545 during the middle to late Albian period. Since the organic matter appears to be autochthonous, reducing environments of deposition are inferred. In the other Cretaceous deposits, variably altered organic matter of the same origin predominates. Finally, a transect including Site 370 off the Agadir Canyon, is studied: detrital organic matter and reducing environments of deposition were more developed during Albian time for Site 370 than for Site 545.

The organic sea-surface microlayer in the upwelling region off the coast of Peru and potential implications for air-sea exchange processes

The sea-surface microlayer (SML) is at the upper- most surface of the ocean, linking the hydrosphere with the atmosphere. The presence and enrichment of organic compounds in the SML have been suggested to influence air- sea gas exchange processes as well as the emission of primary organic aerosols. Here, we report on organic matter components collected from an approximately 50µm thick SML and from the underlying water (ULW), ca. 20 cm below the SML, in December 2012 during the SOPRAN METEOR 91 cruise to the highly productive, coastal upwelling regime off the coast of Peru. Samples were collected at 37 stations including coastal upwelling sites and off-shore stations with less organic matter and were analyzed for total and dissolved high molecular weight (> 1 kDa) combined carbohydrates (TCCHO, DCCHO), free amino acids (FAA), total and dissolved hydrolyzable amino acids (THAA, DHAA), transparent exopolymer particles (TEP), Coomassie stainable particles (CSPs), total and dissolved organic carbon (TOC, DOC), total and dissolved nitrogen (TN, TDN), as well as bacterial and phytoplankton abundance. Our results showed a close coupling between organic matter concentrations in the water column and in the SML for almost all components except for FAA and DHAA that showed highest enrichment in the SML on average. Accumulation of gel particles (i.e., TEP and CSP) in the SML differed spatially. While CSP abundance in the SML was not related to wind speed, TEP abundance decreased with wind speed, leading to a depletion of TEP in the SML at about 5 m s-1 . Our study provides insight to the physical and biological control of organic matter enrichment in the SML, and discusses the potential role of organic matter in the SML for air-sea exchange processes.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Genomics and virulence factors of Fusobacterium necrophorum

Fusobacterium necrophorum, a Gram negative, anaerobic bacterium, is a common cause of acute pharyngitis and tonsillitis and a rare cause of more severe infections of the head and neck. At the beginning of the project, there was no available genome sequence for F. necrophorum. The aim of this project was to sequence the F. necrophorum genome and identify and study its putative virulence factors contained using in silico and in vitro analysis. Type strains JCM 3718 and JCM 3724,F. necrophorum subspecies necrophorum (Fnn) and funduliforme (Fnf), respectively, and strain ARU 01 (Fnf), isolated from a patient with LS, were commercially sequenced by Roche 454 GS-FLX+ next generation sequencing and assembled into contigs using Roche GS Assembler. Sequence data was annotated semi-automatically, using the xBASE pipeline, BLASTp and Pfam. The F. necrophorum genome was determined to be approximately 2.1 – 2.3 Mb in size, with an estimated 1,950 ORFs and includes genes for a leukotoxin, ecotin, haemolysin, haemagglutinin, haemin receptor, adhesin and type Vb and Vc secretion systems. The prevalence of the leukotoxin gene was investigated in strains JCM 3718, JCM 3724 and ARU 01, as well as a clinical collection of 25 Fnf strains, identified using biochemical and molecular tests. The leukotoxin operon was found to be universal within the strain collection by PCR. HL-60 cells subjected to aliquots of concentrated high molecular weight culture supernatant, predicted to contain the secreted leukotoxins of strains JCM 3718, JCM 3724 and ARU 01, were killed in a dose-dependent manner. The cytotoxic effect of the leukotoxin against human donor white blood cells was also tested to validate the HL-60 assay. The differences in the results between the two assays were not statistically significant. Ecotin, a serine protease inhibitor, was found to be present in 100 % of the strain collection and had a highly conserved sequence with primary and secondary binding sites exposed on opposing sides of the protein. During enzyme inhibition studies, a purified recombinant F. necrophorum ecotin protein inhibited human neutrophil elastase, a protease that degrades bacteria at inflammation sites, and human plasma kallikrein, a component of the host clotting cascade. The recombinant ecotin also prolonged human plasma clotting times by up to 7-fold for the extrinsic pathway, and up to 40-fold for the intrinsic pathway. The genome sequence data provides important information about F. necrophorum type strains and enables comparative study between strains and subspecies. Results from the leukotoxin and ecotin assays can be used to build up an understanding of how the organism behaves during infection.

Effects of sodium hyaluronate and triamcinolone acetonide on proteoglycan metabolism in equine articular chondrocytes treated with interleukin-1

The objective of this study is to determine if the effects of a high molecular weight sodium hyaluronate (HA) alone or in combination with triamcinolone acetate (TA) can mitigate chondrocyte proteoglycan catabolism caused by interleukin-1 (IL-1) administration. Chondrocytes were collected from fetlock joints of ten horses euthanized for reasons unrelated to joint disease. Chondrocyte pellets were treated with media (negative control); media containing IL-1 only (positive control); or media containing IL-1 with HA only (0.5 or 2.0 mg/mL), TA only (0.06 or 0.6 mg/mL), or HA (0.5 or 2.0 mg/mL) and TA (0.06 or 0.6 mg/mL) in combination. Chondrocyte pellets were assayed for newly synthesized GAG, total GAG content, total DNA content, and mRNA levels of collagen type II, aggrecan, and COX-2. The high concentration of HA (2.0 mg/mL) increased GAG synthesis while the high concentration of TA (0.6 mg/mL) decreased loss of GAG into the media. Both the high concentration of HA and TA increased the total GAG content within the pellet. There was no change in pellet DNA content with either treatment. TA reduced COX-2 mRNA levels as well as aggrecan and collagen type II expression. Treatment with HA had no effect on mRNA levels of COX-2, aggrecan or collagen type II. These results indicate that the high concentration of HA or TA alone or in combination will mitigate effects of IL-1 administration on proteoglycan catabolism of equine articular chondrocytes.

Detection of virulence-associated genes in pathogenic and commensal avian Escherichia coli isolates

Poultry colibacillosis due to Avian Pathogenic Escherichia coli (APEC) is responsible for several extra-intestinal pathological conditions, leading to serious economic damage in poultry production. The most commonly associated pathologies are airsacculitis, colisepticemia, and cellulitis in broiler chickens, and salpingitis and peritonitis in broiler breeders. In this work a total of 66 strains isolated from dead broiler breeders affected with colibacillosis and 61 strains from healthy broilers were studied. Strains from broiler breeders were typified with serogroups O2, O18, and O78, which are mainly associated with disease. The serogroup O78 was the most prevalent (58%). All the strains were checked for the presence of 11 virulence genes: 1) arginine succinyltransferase A (astA); ii) E. coli hemeutilization protein A (chuA); iii) colicin V A/B (cvaA/B); iv) fimbriae mannose-binding type 1 (fimC); v) ferric yersiniabactin uptake A (fyuA); vi) iron-repressible high-molecular-weight proteins 2 (irp2); vii) increased serum survival (iss); viii) iron-uptake systems of E. coli D (iucD); ix) pielonefritis associated to pili C (papC); x) temperature sensitive haemaglutinin (tsh), and xi) vacuolating autotransporter toxin (vat), by Multiplex-PCR. The results showed that all genes are present in both commensal and pathogenic E. coli strains. The iron uptake-related genes and the serum survival gene were more prevalent among APEC. The adhesin genes, except tsh, and the toxin genes, except astA, were also more prevalent among APEC isolates. Except for astA and tsh, APEC strains harbored the majority of the virulence-associated genes studied and fimC was the most prevalent gene, detected in 96.97 and 88.52% of APEC and AFEC strains, respectively. Possession of more than one iron transport system seems to play an important role on APEC survival.

Avaliação de parâmetros respiratórios por espirometria em trabalhadores da panificação da Cidade de Portimão

Desde os tempos da Roma Antiga que se associam problemas respiratórios a trabalhadores da panificação, em parte, provocados pela inalação de substâncias de alto peso molecular como farinhas. A espirometria é uma forma simples de estudar a ventilação pulmonar na qual se obtêm informações acerca de uma possível obstrução, restrição ou situação mista. Pretendeu-se avaliar a Capacidade Vital Forçada, o Volume Expiratório Máximo no Primeiro Segundo e a respectiva razão entre eles, recorrendo à espirometria em trabalhadores da panificação da cidade de Portimão, que aceitaram participar voluntariamente no estudo. A amostra final contemplou 48 trabalhadores. Através da análise dos resultados ficou patente que os trabalhadores com mais de 1O anos de serviço sofrem alterações na função respiratória estatisticamente significativa em relação aos valores de referência (p<0,05). Pode-se, por isso, afirmar que na cidade de Portimão, existe uma relação directa, numa perspectiva a longo prazo, entre a exposição à farinha e a obstrução respiratória. ABSTRACT; Since Rome Ancient times there has been an association between respiratory problems and bakery employees, in part because of the inhalation of substances of high molecular weight such as flours. Spirometry is a simple way to study pulmonary ventilation, through which one can obtain information about a possible obstruction, restriction or mixed situation. The aim of this study is to evaluate the Forced Vital Capacity, Forced Expiratory Volume in One Second and the ratio between them, using spirometry with volunteering bakery workers in the city of Portimão. The final sample compromised 48 workers. lt was evident that individuals working more than 1O years have statistically significant changes in respiratory function (p<0,05), when compared with reference values leading to the conclusion that in the city of Portimão, there is a direct relationship, in a long-term perspective, between exposure to flour and respiratory obstruction.

Oligomerization of Cry9Aa in solution without receptor binding, is not related with insecticidal activity

Background: Bacillus thuringiensis Cry toxins bind with different insect midgut proteins leading to toxin oligomerization, membrane insertion and pore formation. However, different Cry toxins had been shown to readily form high molecular weight oligomers or aggregates in solution in the absence of receptor interaction. The role of Cry oligomers formed in solution remains uncertain. The Cry9A proteins show high toxicity against different Lepidoptera, and no-cross resistance with Cry1A. Results: Cry9Aa655 protein formed oligomers easily in solution mediated by disulfide bonds, according to SDS-PAGE analysis under non-reducing and reducing conditions. However, oligomerization is not observed if Cry9Aa655 is activated with trypsin, suggesting that cysteine residues, C14 and C16, located in the N-terminal end that is processed during activation participate in this oligomerization. To determine the role of these residues on oligomerization and in toxicity single and double alanine substitution were constructed. In contrast to single C14A and C16A mutants, the double C14A–C16A mutant did not form oligomers in solution. Toxicity assays against Plutella xylostella showed that the C14A–C16A mutant had a similar insecticidal activity as the Cry9Aa655 protein indicating the oligomers of Cry9Aa formed in solution in the absence of receptor binding are not related with toxicity. Conclusions: The aggregation of Cry9Aa655 polypeptides was mediated by disulfide bonds. Cry9Aa655 C14 and C16C are involved in oligomerization in solution. These aggregate forms are not related to the mode of action of Cry9Aa leading to toxicity.

Distal limb osteoarthritis in the horse

The aim of this thesis was to study two objective methods of osteoarthritis (OA) diagnosis in horses and use them on the assessment of new intra-articular treatments. The studied methods were a new inertial-sensor based system of lameness detection and cartilage biomarkers in serum. It was found that distal limb flexion is significantly correlated to the presence of metacarpo-phalangeal OA in hind limbs and that inertial-sensors are sensitive in detecting asymmetry in these cases. A positive and significant correlation was observed between Coll2-1 concentration in serum and the presence of joint disease in males and young horses. Fib3-2 measurement has good potential to be used since it is not influenced by sex or age. Using an experimental model of OA, adipose stem cells pre-activated with interferon-gamma decreased joint inflammation and radiographic lesions. In clinical cases, a single injection of high-concentrated and high-molecular weight hyaluronic-acid decreased joint inflammation and biomarkers’ concentration; OSTEOARTRITE DO MEMBRO DISTAL NO CAVALO Resumo: A finalidade desta tese foi estudar dois métodos de diagnóstico objetivo de osteoartrite (OA) em equinos e aplicá-los na avaliação de novas terapias intra-articulares. Utilizou-se um sistema de sensores de movimento e foi avaliada a concentração de biomarcadores de cartilagem no soro. Concluiu-se que a flexão distal positiva está correlacionada com OA na articulação metacarpofalângica nos membros posteriores e que os sensores são sensíveis na detecção de assimetria nestes casos. Existe uma correlação positiva e significativa entre as concentrações de Coll2-1 e a presença de doença articular, sobretudo em machos e jovens. A dosagem de Fib3-2 tem utilidade por não ser influenciada pelo sexo nem idade. Num modelo experimental da doença, a terapia à base de células estaminais reduziu a inflamação articular e as lesões radiográficas. Em casos clínicos, o tratamento com ácido-hialurónico de alta concentração e peso molecular provoca uma diminuição da inflamação articular e dos biomarcadores no soro.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

Produção e caracterização de quitooligossacarídeos produzidos pelo fungo Metarhizium anisopliae e avaliação da citotoxicidade em células tumorais

Chitosan is a natural polymer, biodegradable, nontoxic, high molecular weight derived from marine animals, insects and microorganisms. Oligomers of glucosamine (GlcN) and N-acetylglucosamine (GlcNAc) have interesting biological activities, including antitumor effects, antimicrobial activity, antioxidant and others. The alternative proposed by this work was to study the viability of producing chitooligosaccharides using a crude enzymes extract produced by the fungus Metarhizium anisopliae. Hydrolysis of chitosan was carried out at different times, from 10 to 60 minutes to produce chitooligosaccharides with detection and quantification performed by High Performace Liquid Chromatography (HPLC). The evaluation of cytotoxicity of chitosan oligomers was carried out in tumor cells (HepG2 and HeLa) and non-tumor (3T3). The cells were treated for 72 hours with the oligomers and cell viability investigated using the method of MTT. The production of chitosan oligomers was higher for 10 minutes of hydrolysis, with pentamers concentration of 0.15 mg/mL, but the hexamers, the molecules showing greater interest in biological properties, were observed only with 30 minutes of hydrolysis with a concentration of 0.004 mg/mL. A study to evaluate the biological activities of COS including cytotoxicity in tumor and normal cells and various tests in vitro antioxidant activity of pure chitosan oligomers and the mixture of oligomers produced by the crude enzyme was performed. Moreover, the compound with the highest cytotoxicity among the oligomers was pure glucosamine, with IC50 values of 0.30; 0.49; 0.44 mg/mL for HepG2 cells, HeLa and 3T3, respectively. Superoxide anion scavenging was the mainly antioxidant activity showed by the COS and oligomers. This activity was also depending on the oligomer composition in the chitosan hydrolysates. The oligomers produced by hydrolysis for 20 minutes was analyzed for the ability to inhibit tumor cells showing inhibition of proliferation only in HeLa cells, did not show any effect in HepG2 cells and fibroblast cells (3T3)

Insights into the Specificity of Thioredoxin Reductase-Thioredoxin Interactions. A Structural and Functional Investigation of the Yeast Thioredoxin System

The enzymatic activity of thioredoxin reductase enzymes is endowed by at least two redox centers: a flavin and a dithiol/disulfide CXXC motif. The interaction between thioredoxin reductase and thioredoxin is generally species-specific, but the molecular aspects related to this phenomenon remain elusive. Here, we investigated the yeast cytosolic thioredoxin system, which is composed of NADPH, thioredoxin reductase (ScTrxR1), and thioredoxin 1 (ScTrx1) or thioredoxin 2 (ScTrx2). We showed that ScTrxR1 was able to efficiently reduce yeast thioredoxins (mitochondrial and cytosolic) but failed to reduce the human and Escherichia coli thioredoxin counterparts. To gain insights into this specificity, the crystallographic structure of oxidized ScTrxR1 was solved at 2.4 angstrom resolution. The protein topology of the redox centers indicated the necessity of a large structural rearrangement for FAD and thioredoxin reduction using NADPH. Therefore, we modeled a large structural rotation between the two ScTrxR1 domains (based on the previously described crystal structure, PDB code 1F6M). Employing diverse approaches including enzymatic assays, site-directed mutagenesis, amino acid sequence alignment, and structure comparisons, insights were obtained about the features involved in the species-specificity phenomenon, such as complementary electronic parameters between the surfaces of ScTrxR1 and yeast thioredoxin enzymes and loops and residues (such as Ser(72) in ScTrx2). Finally, structural comparisons and amino acid alignments led us to propose a new classification that includes a larger number of enzymes with thioredoxin reductase activity, neglected in the low/high molecular weight classification.