Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Development of a tool for the construction of "ground truth" for complex color images with text

Aquesta memoria resumeix el treball de final de carrera d’Enginyeria Superior d’Informàtica. Explicarà les principals raons que han motivat el projecte així com exemples que il·lustren l’aplicació resultant. En aquest cas el software intentarà resoldre la actual necessitat que hi ha de tenir dades de Ground Truth per als algoritmes de segmentació de text per imatges de color complexes. Tots els procesos seran explicats en els diferents capítols partint de la definició del problema, la planificació, els requeriments i el disseny fins a completar la il·lustració dels resultats del programa i les dades de Ground Truth resultants.

Development of an immunoenzymatic assay using a monoclonal antibody against a 50-kDa catabolite from the P126 Plasmodium falciparum protein to the diagnosis of malaria infection

The WHO criterion of defering any donation of blood by a confirmed case of malaria for three years after cessation of therapy can not be applied in areas where malaria in endemic. For this reason we developed an immunoenzymatic assay for the detection of plasmodial antigens for blood screening in malararial endemic areas. So, we tested sera from 191 individuals. Among patients with active disease 100% of the cases of Plasmodium falciparum or mixed infections and 91.7% of those with P. vivax were positive for the presence of plasmodial antigens. The lower parasitaemia detected was 0.0003% for P. vivax malária. When the frequency of positive circulating malarial antigens was evaluated among asymptomatic and symptomatic individuals with negative TBS, positive results were found in respectively 38.7% and 17.7% of the individuals studied in the 30 days after confirmed malaria attack. Data provide by these assays have shown that ELISA seemed to be more sensitive than parasitological examination for malaria diagnosis. This test by virtue of its high sensivity and the facilities in processing a large number of specimens, can prove to be useful in endemic areas for the recognition of asymptomatic malaria and screening of blood donors.

A modular approach for integrative analysis of large-scale gene-expression and drug-response data

High-throughput technologies are now used to generate more than one type of data from the same biological samples. To properly integrate such data, we propose using co-modules, which describe coherent patterns across paired data sets, and conceive several modular methods for their identification. We first test these methods using in silico data, demonstrating that the integrative scheme of our Ping-Pong Algorithm uncovers drug-gene associations more accurately when considering noisy or complex data. Second, we provide an extensive comparative study using the gene-expression and drug-response data from the NCI-60 cell lines. Using information from the DrugBank and the Connectivity Map databases we show that the Ping-Pong Algorithm predicts drug-gene associations significantly better than other methods. Co-modules provide insights into possible mechanisms of action for a wide range of drugs and suggest new targets for therapy

X-ray mosaic nanotomography of large microorganisms.

Full-field X-ray microscopy is a valuable tool for 3D observation of biological systems. In the soft X-ray domain organelles can be visualized in individual cells while hard X-ray microscopes excel in imaging of larger complex biological tissue. The field of view of these instruments is typically 10(3) times the spatial resolution. We exploit the assets of the hard X-ray sub-micrometer imaging and extend the standard approach by widening the effective field of view to match the size of the sample. We show that global tomography of biological systems exceeding several times the field of view is feasible also at the nanoscale with moderate radiation dose. We address the performance issues and limitations of the TOMCAT full-field microscope and more generally for Zernike phase contrast imaging. Two biologically relevant systems were investigated. The first being the largest known bacteria (Thiomargarita namibiensis), the second is a small myriapod species (Pauropoda sp.). Both examples illustrate the capacity of the unique, structured condenser based broad-band full-field microscope to access the 3D structural details of biological systems at the nanoscale while avoiding complicated sample preparation, or even keeping the sample environment close to the natural state.

Modelling and Prospects for Audience Measurement of Outdoor Advertising using GPS Devices

The paper describes how to integrate audience measurement and site visibility as the main research approaches in outdoor advertising research in a single concept. Details are portrayed on how GPS is used on a large scale in Switzerland for mobility analysis and audience measurement. Furthermore, the development of a software solution is introduced that allows the integration of all mobility data and poster location information. Finally a model and its results is presented for the calculation of coverage of individual poster campaigns and for the calculation of the number of contacts generated by each billboard.

Moderating effects of management control systems and innovation on performance. Simple methods for correcting the effects of measurement error for interaction effects in small samples

In the accounting literature, interaction or moderating effects are usually assessed by means of OLS regression and summated rating scales are constructed to reduce measurement error bias. Structural equation models and two-stage least squares regression could be used to completely eliminate this bias, but large samples are needed. Partial Least Squares are appropriate for small samples but do not correct measurement error bias. In this article, disattenuated regression is discussed as a small sample alternative and is illustrated on data of Bisbe and Otley (in press) that examine the interaction effect of innovation and style of use of budgets on performance. Sizeable differences emerge between OLS and disattenuated regression

First insights into the transcriptome and development of new genomic tools of a widespread circum-Mediterranean tree species, Pinus halepensis Mill.

Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.) is a relevant conifer species for studying adaptive responses to drought and fire regimes in the Mediterranean region. In this study, we performed Illumina next-generation sequencing of two phenotypically divergent Aleppo pine accessions with the aims of (i) characterizing the transcriptome through Illumina RNA-Seq on trees phenotypically divergent for adaptive traits linked to fire adaptation and drought, (ii) performing a functional annotation of the assembled transcriptome, (iii) identifying genes with accelerated evolutionary rates, (iv) studying the expression levels of the annotated genes and (v) developing gene-based markers for population genomic and association genetic studies. The assembled transcriptome consisted of 48,629 contigs and covered about 54.6 Mbp. The comparison of Aleppo pine transcripts to Picea sitchensis protein-coding sequences resulted in the detection of 34,014 SNPs across species, with a Ka /Ks average value of 0.216, suggesting that the majority of the assembled genes are under negative selection. Several genes were differentially expressed across the two pine accessions with contrasted phenotypes, including a glutathione-s-transferase, a cellulose synthase and a cobra-like protein. A large number of new markers (3334 amplifiable SSRs and 28,236 SNPs) have been identified which should facilitate future population genomics and association genetics in this species. A 384-SNP Oligo Pool Assay for genotyping with the Illumina VeraCode technology has been designed which showed an high overall SNP conversion rate (76.6%). Our results showed that Illumina next-generation sequencing is a valuable technology to obtain an extensive overview on whole transcriptomes of nonmodel species with large genomes.

Within-population polymorphism of sex-determination systems in the common frog (Rana temporaria).

In sharp contrast with birds and mammals, the sex chromosomes of ectothermic vertebrates are often undifferentiated, for reasons that remain debated. A linkage map was recently published for Rana temporaria (Linnaeus, 1758) from Fennoscandia (Eastern European lineage), with a proposed sex-determining role for linkage group 2 (LG2). We analysed linkage patterns in lowland and highland populations from Switzerland (Western European lineage), with special focus on LG2. Sibship analyses showed large differences from the Fennoscandian map in terms of recombination rates and loci order, pointing to large-scale inversions or translocations. All linkage groups displayed extreme heterochiasmy (total map length was 12.2 cM in males, versus 869.8 cM in females). Sex determination was polymorphic within populations: a majority of families (with equal sex ratios) showed a strong correlation between offspring phenotypic sex and LG2 paternal haplotypes, whereas other families (some of which with female-biased sex ratios) did not show any correlation. The factors determining sex in the latter could not be identified. This coexistence of several sex-determination systems should induce frequent recombination of X and Y haplotypes, even in the absence of male recombination. Accordingly, we found no sex differences in allelic frequencies on LG2 markers among wild-caught male and female adults, except in one high-altitude population, where nonrecombinant Y haplotypes suggest sex to be entirely determined by LG2. Multifactorial sex determination certainly contributes to the lack of sex-chromosome differentiation in amphibians.

Development of a cost-effective method for platelet-rich plasma (PRP) preparation for topical wound healing.

Platelet-rich plasma (PRP) is a volume of plasma fraction of autologous blood having platelet concentrations above baseline whole-blood values due to processing and concentration. PRP is used in various surgical fields to enhance soft-tissue and bone healing by delivering supra-physiological concentrations of autologous platelets at the site of tissue damage. These preparations may provide a good cellular source of various growth factors and cytokines, and modulate tissue response to injury. Common clinically available materials for blood preparations combined with a two-step centrifugation protocol at 280g each, to ensure cellular component integrity, provided platelet preparations which were concentrated 2-3 fold over total blood values. Costs were shown to be lower than those of other methods which require specific equipment and high-cost disposables, while safety and traceability can be increased. PRP can be used for the treatment of wounds of all types including burns and also of split-thickness skin graft donor sites, which are frequently used in burn management. The procedure can be standardized and is easy to adapt in clinical settings with minimal infrastructure, thus enabling large numbers of patients to benefit from a form of cellular therapy.

Development of bacteria-based bioassays for arsenic detection in natural waters.

Arsenic contamination of natural waters is a worldwide concern, as the drinking water supplies for large populations can have high concentrations of arsenic. Traditional techniques to detect arsenic in natural water samples can be costly and time-consuming; therefore, robust and inexpensive methods to detect arsenic in water are highly desirable. Additionally, methods for detecting arsenic in the field have been greatly sought after. This article focuses on the use of bacteria-based assays as an emerging method that is both robust and inexpensive for the detection of arsenic in groundwater both in the field and in the laboratory. The arsenic detection elements in bacteria-based bioassays are biosensor-reporter strains; genetically modified strains of, e.g., Escherichia coli, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, and Rhodopseudomonas palustris. In response to the presence of arsenic, such bacteria produce a reporter protein, the amount or activity of which is measured in the bioassay. Some of these bacterial biosensor-reporters have been successfully utilized for comparative in-field analyses through the use of simple solution-based assays, but future methods may concentrate on miniaturization using fiberoptics or microfluidics platforms. Additionally, there are other potential emerging bioassays for the detection of arsenic in natural waters including nematodes and clams.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN-γ production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN-γ producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN-γ et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN-γ reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.

Development of model observers applied to 3D breast tomosynthesis microcalcifications and masses

The development of model observers for mimicking human detection strategies has followed from symmetric signals in simple noise to increasingly complex backgrounds. In this study we implement different model observers for the complex task of detecting a signal in a 3D image stack. The backgrounds come from real breast tomosynthesis acquisitions and the signals were simulated and reconstructed within the volume. Two different tasks relevant to the early detection of breast cancer were considered: detecting an 8 mm mass and detecting a cluster of microcalcifications. The model observers were calculated using a channelized Hotelling observer (CHO) with dense difference-of-Gaussian channels, and a modified (Partial prewhitening [PPW]) observer which was adapted to realistic signals which are not circularly symmetric. The sustained temporal sensitivity function was used to filter the images before applying the spatial templates. For a frame rate of five frames per second, the only CHO that we calculated performed worse than the humans in a 4-AFC experiment. The other observers were variations of PPW and outperformed human observers in every single case. This initial frame rate was a rather low speed and the temporal filtering did not affect the results compared to a data set with no human temporal effects taken into account. We subsequently investigated two higher speeds at 5, 15 and 30 frames per second. We observed that for large masses, the two types of model observers investigated outperformed the human observers and would be suitable with the appropriate addition of internal noise. However, for microcalcifications both only the PPW observer consistently outperformed the humans. The study demonstrated the possibility of using a model observer which takes into account the temporal effects of scrolling through an image stack while being able to effectively detect a range of mass sizes and distributions.

Development of Abutment Design Standards for Local Bridge Designs, Volume 1 of 3, Development of Design Methodology, August 2004

Several superstructure design methodologies have been developed for low volume road bridges by the Iowa State University Bridge Engineering Center. However, to date no standard abutment designs have been developed. Thus, there was a need to establish an easy to use design methodology in addition to generating generic abutment standards and other design aids for the more common substructure systems used in Iowa. The final report for this project consists of three volumes. The first volume (this volume) summarizes the research completed in this project. A survey of the Iowa County Engineers was conducted from which it was determined that while most counties use similar types of abutments, only 17 percent use some type of standard abutment designs or plans. A literature review revealed several possible alternative abutment systems for future use on low volume road bridges in addition to two separate substructure lateral load analysis methods. These consisted of a linear and a non-linear method. The linear analysis method was used for this project due to its relative simplicity and the relative accuracy of the maximum pile moment when compared to values obtained from the more complex non-linear analysis method. The resulting design methodology was developed for single span stub abutments supported on steel or timber piles with a bridge span length ranging from 20 to 90 ft and roadway widths of 24 and 30 ft. However, other roadway widths can be designed using the foundation design template provided. The backwall height is limited to a range of 6 to 12 ft, and the soil type is classified as cohesive or cohesionless. The design methodology was developed using the guidelines specified by the American Association of State Highway Transportation Officials Standard Specifications, the Iowa Department of Transportation Bridge Design Manual, and the National Design Specifications for Wood Construction. The second volume introduces and outlines the use of the various design aids developed for this project. Charts for determining dead and live gravity loads based on the roadway width, span length, and superstructure type are provided. A foundation design template was developed in which the engineer can check a substructure design by inputting basic bridge site information. Tables published by the Iowa Department of Transportation that provide values for estimating pile friction and end bearing for different combinations of soils and pile types are also included. Generic standard abutment plans were developed for which the engineer can provide necessary bridge site information in the spaces provided. These tools enable engineers to design and detail county bridge substructures more efficiently. The third volume provides two sets of calculations that demonstrate the application of the substructure design methodology developed in this project. These calculations also verify the accuracy of the foundation design template. The printouts from the foundation design template are provided at the end of each example. Also several tables provide various foundation details for a pre-cast double tee superstructure with different combinations of soil type, backwall height, and pile type.

Development of Abutment Design Standards for Local Bridge Designs, Volume 3 of 3, Verification of Design Methodology, August 2004

Several superstructure design methodologies have been developed for low volume road bridges by the Iowa State University Bridge Engineering Center. However, to date no standard abutment designs have been developed. Thus, there was a need to establish an easy to use design methodology in addition to generating generic abutment standards and other design aids for the more common substructure systems used in Iowa. The final report for this project consists of three volumes. The first volume summarizes the research completed in this project. A survey of the Iowa County Engineers was conducted from which it was determined that while most counties use similar types of abutments, only 17 percent use some type of standard abutment designs or plans. A literature review revealed several possible alternative abutment systems for future use on low volume road bridges in addition to two separate substructure lateral load analysis methods. These consisted of a linear and a non-linear method. The linear analysis method was used for this project due to its relative simplicity and the relative accuracy of the maximum pile moment when compared to values obtained from the more complex non-linear analysis method. The resulting design methodology was developed for single span stub abutments supported on steel or timber piles with a bridge span length ranging from 20 to 90 ft and roadway widths of 24 and 30 ft. However, other roadway widths can be designed using the foundation design template provided. The backwall height is limited to a range of 6 to 12 ft, and the soil type is classified as cohesive or cohesionless. The design methodology was developed using the guidelines specified by the American Association of State Highway Transportation Officials Standard Specifications, the Iowa Department of Transportation Bridge Design Manual, and the National Design Specifications for Wood Construction. The second volume introduces and outlines the use of the various design aids developed for this project. Charts for determining dead and live gravity loads based on the roadway width, span length, and superstructure type are provided. A foundation design template was developed in which the engineer can check a substructure design by inputting basic bridge site information. Tables published by the Iowa Department of Transportation that provide values for estimating pile friction and end bearing for different combinations of soils and pile types are also included. Generic standard abutment plans were developed for which the engineer can provide necessary bridge site information in the spaces provided. These tools enable engineers to design and detail county bridge substructures more efficiently. The third volume (this volume) provides two sets of calculations that demonstrate the application of the substructure design methodology developed in this project. These calculations also verify the accuracy of the foundation design template. The printouts from the foundation design template are provided at the end of each example. Also several tables provide various foundation details for a pre-cast double tee superstructure with different combinations of soil type, backwall height, and pile type.