Arginase as a marker of disease severity in human leishmaniasis

The leishmaniases are a group of diseases transmitted by the bite of Leishmania infected female phlebotomine sand flies. The diseases occur in different forms: localized, diffuse and muco-cutaneous leishmaniasis, and visceral leishmaniasis (VL). Inside macrophages, the main host cells of the obligate intracellular Leishmania parasites, nitric oxide synthase and arginase can regulate parasite killing or growth. In experimental leishmaniasis, we previously reported that non-healing disease is associated with higher arginase activity at site of pathology, correlating with local suppression of T cell function. To test whether these data translate to human leishmaniasis, the following study was initiated: I first tested the hypothesis that local suppression of T cell responses observed in persistent CL is associated with arginase induced L-arginine depletion. The results showed that arginase activity is increased at site of pathology compared to peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of LCL patients and intact skin of healthy controls. The phenotype of arginase expressing cells was identified in both compartments as CD15+ CD14|0W low-density granulocytes (LDGs). Finally, high arginase activity at site of pathology observed in cutaneous lesions of patients coincides with downregulation of CD3Ç, CD4 and CD8 molecules in CD4+ and CD8+ T cells at site of pathology. We concluded that increased arginase levels in lesions of LCL patients might contribute to CL pathogenesis by impairing T cell effector function at site of pathology. Next, it was tested whether arginase, an enzyme associated with immunosuppression, is higher in patients with VL and contributes to impaired T cell function through depletion of L- arginine. The results showed that higher level of arginase activity in the PBMC coincides with active phase of VL. Cells expressing arginase in PBMCs were also found to be LDGs. Importantly, increased arginase activity and frequency of degranulated neutrophils coincided with lower plasma L-arginine levels. Furthermore, downregulation of CD3Ç, in T cells correlated with low plasma arginine levels. VL/HIV co-infection is a frequently reported leishmaniasis complication in Ethiopia associated with poor prognosis, with up to 40% mortality rate and high relapse rate. Arginase activity was significantly increased in PBMCs and plasma of VL patients co-infected with HIV than in those having VL alone. Similarly, cells expressing arginase in PBMCs were found to be LDGs. In summary, the results presented here show that increased arginase activity is a marker of disease severity in human leishmaniasis with and without HIV; further, these results suggest that arginase mediated L-arginine depletion may inhibit T cell function and contribute to impaired control of infection. - Les leishmanioses sont un groupe de maladies transmises par la piqûre de mouches des sables femelles, appelées phlébotomes, ayant été infectées par Leishmania. Les maladies se manifestent sous différentes formes: la leishmaniose cutanée localisée, la leishmaniose diffuse et mucocutanée et la leishmaniose viscérale (LV). A l'intérieur des macrophages, les principales cellules hôtes des parasites, l'oxyde nitrique synthase et l'arginase, peuvent contrôler, soit la mort du parasite, soit sa croissance. Pour la leishmaniose expérimentale, nous avons déjà rapporté que le développement de lesions qui ne guérissent pas est associé à une activité plus grande d'arginase au site d'infection, en corrélation avec la suppression locale de la fonction des cellules T. Pour vérifier si ces données pouvaient s'appliquer à la leishmaniose humaine, j'ai d'abord vérifié l'hypothèse selon laquelle la suppression locale des réponses des cellules T observée dans la CL persistante, est associée à la la diminution de L- arginine induite par l'arginase. Les résultats ont montré que l'activité arginase est augmentée au site d'infection, par rapport aux cellules mononucléées du sang périphérique (CMSP) de patients LCL et à la peau intacte des contrôles sains. Le phénotype de cellules exprimant l'arginase a été identifié dans les deux compartiments comme des granulocytes CD15+ et CD 14" de basse densité (LDG). Enfin, l'activité arginase élevée au site de la pathologie, observée dans les lésions cutanées de patients, coïncide avec la reduction dde l'expression des molécules CD3Ç, CD4 et CD8 dans les cellules T CD4+ et CD8+ au site de pathologie . Nous avons conclu que l'augmentation des niveaux d'arginase dans les lésions de patients LCL pourrait contribuer à la pathogenèse de la CL, en altérant la fonction effectrice des celllules T au site de la pathologie. Ensuite, nous avons vérifié si l'arginase, une enzyme associée à l'immunosuppression, était plus élevée chez les patients atteints de VL et si elle contribuait à la mauvaise fonction des cellules T par la depletion en L-arginine. Les résultats ont montré qu'un niveau plus élevé de l'activité arginase dans les PBMC correspond à la phase active de la VL. Les cellules exprimant l'arginase dans les CMSP se sont révélées à être de type LDG . Il est important de souligner que l'augmentation de l'activité arginase et la fréquence des neutrophiles dégranulés a coïncidé avec des niveaux inférieurs de L-arginine plasmatique. En outre, la suppression de CD3Ç dans les cellules T correlle avec de faibles niveaux d'arginine plasmatique . Il a été fréquement rapporté que la co-infection VL/VIH est une complication de la leishmaniose en Ethiopie, associée à un mauvais prognostic, un taux de mortalité pouvant atteindre 40% et un pourcentage élevé de rechutes. L'activité de l'arginase a beaucoup plus augmentée dans les CMSP et le plasma de patients atteints de VL et co-infectés par le VIH, que chez ceux seulement attaints de VL. De même, les cellules exprimant l'arginase dans les CMSP sont aussi des LDG. En résumé, les résultats présentés ici montrent que l'augmentation de l'activité de l'arginase est un marqueur de gravité de la la leishmaniose humaine, avec ou sans VIH ; en outre, ces résultats suggèrent que la déplétion de L-arginine par l'arginase pourrait inhiber la fonction des cellules T et contribuer à un contrôle réduit de l'infection. - Les Leishmanioses sont des maladies parasitaires transmises par la piqûre d'une mouche des sables femelle (phlébotome) infectée par Leishmania. La maladie se manifeste sous différentes formes cliniques : la leishmaniose viscérale, une maladie progressive mortelle en l'absence de traitement, la leishmaniose muco-cutanée (MCL), la leishmaniose cutanée diffuse (LCD ) maladie mutilante, qui peut être de longue durée et la leishmaniose cutanée localisée maladie dont on guérit mais laissant une cicatrice inesthétique à vie. La maladie est largement répandue, elle affecte les populations les plus pauvres dans 98 pays et 350 millions de personnes à risque. Globalement on estime à 500.000 les nouveaux cas de la forme viscérale et 1-1.5 million ceux de la leishmaniose cutanée. La leishmaniose est fortement endémique en Ethiopie et se manifeste dans les formes viscérale et cutanée. Le parasite Leishmania infecte et se multiplie dans les cellules du système immunitaire, principalement les macrophages. Les macrophages sont capables de tuer le parasite Leishmania s'ils reçoivent des instructions correctes de la part d'autres cellules du système immunitaire, les lymphocytes. Les macrophages expriment deux enzymes importants, appelés oxide nitrique synthase inductible (iNOS ) et l'arginase, qui sont respectivement associés à la promotion de la mort du parasite et la multiplication. L'enzyme iNOS présent dans les macrophages métabolise l'arginine afin de générer de l'oxyde d'azote (NO) , une molécule effectrice nécessaire pour tuer le parasite . Au contraire, lorsque les macrophages sont activés d'une certaine manière conduisant à l'augmention de la régulation de l'arginase, ils métabolisent l'arginine en polyamines qui favorisent la croissance du parasite. Au cours du développement de la leishmaniose, les lymphocytes ne parviennent pas à transmettre aux macrophages les signaux nécessaires pour tuer le parasite. Les mécanismes cellulaires qui sont la cause de ce défaut, ne sont pas bien compris. En utilisant des modèles animaux, nous avons montré la régulation à la hausse de l'arginase au site de la pathologie, qui s'est traduit par l'altération de la fonction effectrice des lymphoctes. Nous avons initié des études de leishmaniose humaine en Ethiopie afin d'identifier le rôle de l'arginase dans la sévérité de la maladie. Nos résultats montrent, que l'arginase est fortement augmentée dans la lésion des patients CL, et dans le sang des patients VL et ceux co-infectés par VL / VIH. Le niveau d' arginase régulée à la hausse coincide avec l'expression inférieure d'une molécule de signalisation dans les lymphocytes, qui est essentielle à leur bon fonctionnement. En VL actif, l'augmentation d'arginase se traduit par la diminution de l'arginine qui est indispensable à la synthèse de NO et au bon fonctionnement des lymphocytes. Ainsi, l'incapacité des lymphocytes à envoyer des signaux adéquats aux macrophages pourrait être due à la suppression de l'arginine.

Controlled nerve growth factor release from multi-ply alginate/chitosan-based nerve conduits.

The delivery kinetics of growth factors has been suggested to play an important role in the regeneration of peripheral nerves following axotomy. In this context, we designed a nerve conduit (NC) with adjustable release kinetics of nerve growth factor (NGF). A multi-ply system was designed where NC consisting of a polyelectrolyte alginate/chitosan complex was coated with layers of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) to control the release of embedded NGF. Prior to assessing the in vitro NGF release from NC, various release test media, with and without stabilizers for NGF, were evaluated to ensure adequate quantification of NGF by ELISA. Citrate (pH 5.0) and acetate (pH 5.5) buffered saline solutions containing 0.05% Tween 20 yielded the most reliable results for ELISA active NGF. The in vitro release experiments revealed that the best results in terms of reproducibility and release control were achieved when the NGF was embedded between two PLGA layers and the ends of the NC tightly sealed by the PLGA coatings. The release kinetics could be efficiently adjusted by accommodating NGF at different radial locations within the NC. A sustained release of bioactive NGF in the low nanogram per day range was obtained for at least 15days. In conclusion, the developed multi-ply NGF loaded NC is considered a suitable candidate for future implantation studies to gain insight into the relationship between local growth factor availability and nerve regeneration.

A Multi-Center Phase II Study (SAKK 36/06) of Single Agent Everolimus (RAD001) In Patients with Relapsed or Refractory Mantle Cell Lymphoma

Introduction: Mantle cell lymphoma (MCL) accounts for 6% of all B-cell lymphomas and remains incurable for most patients. Those who relapse after first line therapy or hematopoietic stem cell transplantation have a dismal prognosis with short response duration after salvage therapy. On a molecular level, MCL is characterised by the translocation t[11;14] leading to Cyclin D1 overexpression. Cyclin D1 is downstream of the mammalian target of rapamycin (mTOR) kinase and can be effectively blocked by mTOR inhibitors such as temsirolimus. We set out to define the single agent activity of the orally available mTOR inhibitor everolimus (RAD001) in a prospective, multi-centre trial in patients with relapsed or refractory MCL (NCT00516412). The study was performed in collaboration with the EU-MCL network. Methods: Eligible patients with histologically/cytologically confirmed relapsed (not more than 3 prior lines of systemic treatment) or refractory MCL received everolimus 10 mg orally daily on day 1 - 28 of each cycle (4 weeks) for 6 cycles or until disease progression. The primary endpoint was the best objective response with adverse reactions, time to progression (TTP), time to treatment failure, response duration and molecular response as secondary endpoints. A response rate of ≤ 10% was considered uninteresting and, conversely, promising if ≥ 30%. The required sample size was 35 pts using the Simon's optimal two-stage design with 90% power and 5% significance. Results: A total of 36 patients with 35 evaluable patients from 19 centers were enrolled between August 2007 and January 2010. The median age was 69.4 years (range 40.1 to 84.9 years), with 22 males and 13 females. Thirty patients presented with relapsed and 5 with refractory MCL with a median of two prior therapies. Treatment was generally well tolerated with anemia (11%), thrombocytopenia (11%), neutropenia (8%), diarrhea (3%) and fatigue (3%) being the most frequent complications of CTC grade III or higher. Eighteen patients received 6 or more cycles of everolimus treatment. The objective response rate was 20% (95% CI: 8-37%) with 2 CR, 5 PR, 17 SD, and 11 PD. At a median follow-up of 6 months, TTP was 5.45 months (95% CI: 2.8-8.2 months) for the entire population and 10.6 months for the 18 patients receiving 6 or more cycles of treatment. Conclusion: This study demonstrates that single agent everolimus 10 mg once daily orally is well tolerated. The null hypothesis of inactivity could be rejected indicating a moderate anti-lymphoma activity in relapsed/refractory MCL. Further studies of either everolimus in combination with chemotherapy or as single agent for maintenance treatment are warranted in MCL.

A la recherche de symptômes de désorientation dépendant d'un déficit d'intégration multisensorielle chez l'animal : un éclairage sur les mécanismes fondamentaux de la schizophrénie

Abstract Fundamental research in psychiatric neurosciences assumes that psychiatric disorders are associated with neurobiological factors. Identification of these factors would provide therapeutic targets as well as a better understanding of the relationship between- brain and behaviour in pathological processes. We conducted experiments in an animal model of schizophrenia. Several behavioural tasks were used to evaluate spatial and working memory in these animals. The model is based on glutathione deficit during cerebral development. Indeed, a 50% decrease of glutathione has been reported in prefrontal cortex of patients with schizophrenia. Glutathione is a major antioxidant in the brain and its deficit could lead to abnormal brain connectivity. The glutathione deficit was induced in rats by perinatal (PS-P16) subcutaneous injections with Lbuthionine-(S,R)-sullfoximine (BSO), an inhibitor of glutathione synthesis. This treatment leads to a transitory 50% glutathione levels during brain development. In parallel, we conducted behavioural testing in rats with a medial prefrontal cortex lesion. This allowed us to compare early damage induced by BSO treatment with a focal lesion in adults of a brain area known to present anomalies in schizophrenia. Finally, we conducted a series of experiments in senescent rats to evaluate if cognitive deficits could be related to neurobiological changes. Our results show that an early glutathione deficit provokes cognitive deficits in adulthood. These spatial and working memory deficits resemble the cognitive deficits observed in schizophrenia. The comparison with prefrontal rats revealed that the early brain glutathione deficit provoked more severe cognitive deficits than the prefrontal lesion in adult rats. Moreover, in both cases, we observed a dissociation in memory deficits depending on the type of locomotion that was used in behavioural experiments. Indeed, BSO treated rats as well as prefrontal rats showed place learning or working memory deficits in tasks conducted on dry surfaces where they had to walk. In contrast, they showed no deficit when the same cognitive functions were tested in the water maze. This dissociation might be sustained by a difference in requirement of sensory integration between walking and swimming tasks. Résumé La recherche fondamentale en neurosciences psychiatriques repose sur le présupposé selon lequel les symptômes manifestés dans les troubles psychiatriques auraient des concomitants neurobiologiques. Ceux-ci, une fois identifiés, offriraient des cibles pour une démarche thérapeutique ainsi que des modèles permettant de mieux comprendre les soubassements biologiques du comportement et des activités mentales. Nos expériences s'articulent autour de la question de la modélisation de la schizophrénie chez l'animal. Nous avons recherché chez ces animaux des troubles cognitifs et sensoriels associés à la schizophrénie. En effet, chez l'homme comme chez l'animal, la mémoire spatiale et la mémoire de travail dépendent fortement de la capacité d'intégration et d'organisation des informations sensorielles. Les premières expériences ont été menées suite à une perturbation périnatale du développement cérébral. Celle-ci visait à reproduire une diminution du taux de glutathion dans le cerveau, des recherches précédentes ayant observé une diminution de 50% du taux de glutathion dans le cortex préfrontal de patients schizophrènes. Le glutathion étant un antioxydant majeur dans le cerveau, son déficit pourrait conduire à des perturbations de la circuiterie cérébrale. Nous avons reproduit ce déficit chez le rat, par injection de Lbuthionine-(S,R)-sullfoximine (BSO), un inhibiteur de la synthèse du glutathion... Ce traitement a été administré pendant la période périnatale (du jour postnatal 5 au jour 16) provoquant une diminution de 50% du taux de glutathion. Nous avons ensuite évalué lës répercussions de cette atteinte précoce sur le comportement des rats à l'âge adulte. Ce modèle s'inscrit donc dans l'hypothèse neurodéveloppementale qui associe la schizophrénie à une atteinte du développement cérébral normal. Nous avons ensuite conduit des expériences similaires chez des rats ayant subi une lésion du cortex préfrontal pour comparer les répercussions du traitement périnatal avec une lésion, à l'âge adulte, d'une aire cérébrale connue pour présenter des anomalies chez les patients. Finalement, nous avons évalué si les processus sensoriels et cognitifs précédemment étudiés pouvaient également être affectés lors du vieillissement normal en recherchant des corrélats biologiques des déficits de mémoire liés à l'âge avancé. Nos résultats montrent que ce déficit précoce en glutathion peut avoir des répercussions surale comportement à l'âge adulte. On a relevé une similarité avec les déficits cognitifs associés.à la schizophrénie, incluant des déficits de mémoire de travail ainsi que des déficits de mémoire spatiale. Ces déficits étaient fortement liés au type de locomotion utilisée et n'ont été observés que dans les tâches où les animaux devaient rejoindre un but en marchant mais pas dans lés tests dans lesquels ils devaient localiser une cible en nageant. Les déficits induits par la lésion préfrontale chez l'adulte étaient beaucoup plus légers que ceux découlant de l'atteinte périnatale mais présentaient une dissociation analogue en fonction du type de locomotion. De plus, des tests similaires menés au cours du vieillissement confirment que la mémoire de travail peut être affectée sélectivement par le vieillissement dans une tâche où les animaux doivent marcher, tout en restant intacte dans le bassin de Morris. Les déficits cognitifs liés au vieillissement étaient significativement corrélés à des différences de niveaux des protéines post-synaptiques PSD95 (postsynaptic density 95). L'ensemble des résultats montre que les tests qui sont fréquemment utilisés pour évaluer la mémoire chez l'animal pourraient faire appel à des processus différents. Cette différence pourrait notamment tenir au niveau d'intégration sensorielle requis pour résoudre la tâche, qui est particulièrement sollicitée au cours d'une locomotion intermittente.

A multi-objective model for a multi-period distribution management problem

The problems arising in commercial distribution are complex and involve several players and decision levels. One important decision is relatedwith the design of the routes to distribute the products, in an efficient and inexpensive way.This article deals with a complex vehicle routing problem that can beseen as a new extension of the basic vehicle routing problem. The proposed model is a multi-objective combinatorial optimization problemthat considers three objectives and multiple periods, which models in a closer way the real distribution problems. The first objective is costminimization, the second is balancing work levels and the third is amarketing objective. An application of the model on a small example, with5 clients and 3 days, is presented. The results of the model show the complexity of solving multi-objective combinatorial optimization problems and the contradiction between the several distribution management objective.

Need of reduced and harmonized bureaucracy in multi-centre clinical research - a case-report from a Swiss trial

Introduction: We launched an investigator-initiated study (ISRCTN31181395) to evaluate the potential benefit of pharmacokinetic-guided dosage individualization of imatinib for leukaemiapatients followed in public and private sectors. Following approval by the research ethics committee (REC) of the coordinating centre, recruitment throughout Switzerland necessitatedto submit the protocol to 11 cantonal RECs.Materials and Methods: We analysed requirements and evaluation procedures of the 12 RECs with associated costs.Results: 1-18 copies of the dossier, in total 4300 printed pages, were required (printing/posting costs: ~300 CHF) to meet initial requirements. Meeting frequencies of RECs ranged between 2 weeks and 2 months, time from submission to fi rst feedback took 2-75 days. Study approval was obtained from a chairman, a subor the full committee, the evaluation work being invoiced by0-1000 CHF (median: 750 CHF, total: 9200 CHF). While 5 RECs gave immediate approval, the other 6 rose in total 38 queries before study release, mainly related to wording in the patient information, leading to 7 different fi nal versions approved. Submission tasks employed an investigator half-time over about 6 months.Conclusion: While the necessity of clinical research evaluation by independent RECs is undisputed, there is a need of further harmonization and cooperation in evaluation procedures. Current administrative burden is indeed complex, time-consuming and costly. A harmonized electronic application form, preferably compatible with other regulatory bodies and European countries, could increase transparency, improve communication, and encourage academic multi-centre clinical research in Switzerland.

Multi-scale integration and predictability in resting state brain activity.

The human brain displays heterogeneous organization in both structure and function. Here we develop a method to characterize brain regions and networks in terms of information-theoretic measures. We look at how these measures scale when larger spatial regions as well as larger connectome sub-networks are considered. This framework is applied to human brain fMRI recordings of resting-state activity and DSI-inferred structural connectivity. We find that strong functional coupling across large spatial distances distinguishes functional hubs from unimodal low-level areas, and that this long-range functional coupling correlates with structural long-range efficiency on the connectome. We also find a set of connectome regions that are both internally integrated and coupled to the rest of the brain, and which resemble previously reported resting-state networks. Finally, we argue that information-theoretic measures are useful for characterizing the functional organization of the brain at multiple scales.

Asymptotic robustness in multi-sample analysis of multivariate linear relations

Standard methods for the analysis of linear latent variable models oftenrely on the assumption that the vector of observed variables is normallydistributed. This normality assumption (NA) plays a crucial role inassessingoptimality of estimates, in computing standard errors, and in designinganasymptotic chi-square goodness-of-fit test. The asymptotic validity of NAinferences when the data deviates from normality has been calledasymptoticrobustness. In the present paper we extend previous work on asymptoticrobustnessto a general context of multi-sample analysis of linear latent variablemodels,with a latent component of the model allowed to be fixed across(hypothetical)sample replications, and with the asymptotic covariance matrix of thesamplemoments not necessarily finite. We will show that, under certainconditions,the matrix $\Gamma$ of asymptotic variances of the analyzed samplemomentscan be substituted by a matrix $\Omega$ that is a function only of thecross-product moments of the observed variables. The main advantage of thisis thatinferences based on $\Omega$ are readily available in standard softwareforcovariance structure analysis, and do not require to compute samplefourth-order moments. An illustration with simulated data in the context ofregressionwith errors in variables will be presented.

Multi-sample analysis of moment-structures: Asymptotic validity of inferences based on second-order moments

In moment structure analysis with nonnormal data, asymptotic valid inferences require the computation of a consistent (under general distributional assumptions) estimate of the matrix $\Gamma$ of asymptotic variances of sample second--order moments. Such a consistent estimate involves the fourth--order sample moments of the data. In practice, the use of fourth--order moments leads to computational burden and lack of robustness against small samples. In this paper we show that, under certain assumptions, correct asymptotic inferences can be attained when $\Gamma$ is replaced by a matrix $\Omega$ that involves only the second--order moments of the data. The present paper extends to the context of multi--sample analysis of second--order moment structures, results derived in the context of (simple--sample) covariance structure analysis (Satorra and Bentler, 1990). The results apply to a variety of estimation methods and general type of statistics. An example involving a test of equality of means under covariance restrictions illustrates theoretical aspects of the paper.

Simple models for multi-attribute choice with many alternatives: When it does and does not pay to face tradeoffs with binary attributes

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Scaled and adjusted restricted tests in multi-sample analysis of moment structures

We extend to score, Wald and difference test statistics the scaled and adjusted corrections to goodness-of-fit test statistics developed in Satorra and Bentler (1988a,b). The theory is framed in the general context of multisample analysis of moment structures, under general conditions on the distribution of observable variables. Computational issues, as well as the relation of the scaled and corrected statistics to the asymptotic robust ones, is discussed. A Monte Carlo study illustrates thecomparative performance in finite samples of corrected score test statistics.