Developing Low Fouling Peptides and Zwitterionic Materials for Biomedical Applications

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

Does Cost-Effectiveness Analysis Have a Role in US Managed Care Drug Formularies? An Empirical Study of Utilization, Costs, Outcomes, and Elasticity of Demand of a Value-Based Formulary

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2015

Time domain design of fractional differintegrators using least-squares

In this paper we propose the use of the least-squares based methods for obtaining digital rational approximations (IIR filters) to fractional-order integrators and differentiators of type sα, α∈R. Adoption of the Padé, Prony and Shanks techniques is suggested. These techniques are usually applied in the signal modeling of deterministic signals. These methods yield suboptimal solutions to the problem which only requires finding the solution of a set of linear equations. The results reveal that the least-squares approach gives similar or superior approximations in comparison with other widely used methods. Their effectiveness is illustrated, both in the time and frequency domains, as well in the fractional differintegration of some standard time domain functions.

Optimizing potentiometric ionophore and electrode design for environmental on-site control of antibiotic drugs: Application to sulfamethoxazole

Potentiometric sensors are typically unable to carry out on-site monitoring of environmental drug contaminants because of their high limits of detection (LODs). Designing a novel ligand material for the target analyte and managing the composition of the internal reference solution have been the strategies employed here to produce for the first time a potentiometric-based direct reading method for an environmental drug contaminant. This concept has been applied to sulfamethoxazole (SMX), one of the many antibiotics used in aquaculture practices that may occur in environmental waters. The novel ligand has been produced by imprinting SMX on the surface of graphitic carbon nanostructures (CN) < 500 nm. The imprinted carbon nanostructures (ICN) were dispersed in plasticizer and entrapped in a PVC matrix that included (or not) a small amount of a lipophilic additive. The membrane composition was optimized on solid-contact electrodes, allowing near-Nernstian responses down to 5.2 μg/mL and detecting 1.6 μg/mL. The membranes offered good selectivity against most of the ionic compounds in environmental water. The best membrane cocktail was applied on the smaller end of a 1000 μL micropipette tip made of polypropylene. The tip was then filled with inner reference solution containing SMX and chlorate (as interfering compound). The corresponding concentrations were studied for 1 × 10−5 to 1 × 10−10 and 1 × 10−3 to 1 × 10−8 mol/L. The best condition allowed the detection of 5.92 ng/L (or 2.3 × 10−8 mol/L) SMX for a sub-Nernstian slope of −40.3 mV/decade from 5.0 × 10−8 to 2.4 × 10−5 mol/L.

Bioluminescent sensor proteins for point-of-care therapeutic drug monitoring.

For many drugs, finding the balance between efficacy and toxicity requires monitoring their concentrations in the patient's blood. Quantifying drug levels at the bedside or at home would have advantages in terms of therapeutic outcome and convenience, but current techniques require the setting of a diagnostic laboratory. We have developed semisynthetic bioluminescent sensors that permit precise measurements of drug concentrations in patient samples by spotting minimal volumes on paper and recording the signal using a simple point-and-shoot camera. Our sensors have a modular design consisting of a protein-based and a synthetic part and can be engineered to selectively recognize a wide range of drugs, including immunosuppressants, antiepileptics, anticancer agents and antiarrhythmics. This low-cost point-of-care method could make therapies safer, increase the convenience of doctors and patients and make therapeutic drug monitoring available in regions with poor infrastructure.

Electronic compliance monitoring in resistant hypertension: the basis for rational therapeutic decisions.

OBJECTIVE: Incomplete compliance is one of several possible causes of uncontrolled hypertension. Yet, non-compliance remains largely unrecognized and is falsely interpreted as treatment resistance, because it is difficult to confirm or exclude objectively. The goal of this study was to evaluate the potential benefits of electronic monitoring of drug compliance in the management of patients with resistant hypertension. METHODS: Forty-one hypertensive patients resistant to a three-drug regimen (average blood pressure 156/ 106 +/- 23/11 mmHg, mean +/- SD) were studied prospectively. They were informed that for the next 2 months, their presently prescribed drugs would be provided in electronic monitors, without any change in treatment, so as to provide the treating physician with a measure of their compliance. Thereafter, patients were offered the possibility of prolonging the monitoring of compliance for another 2 month period, during which treatment was adapted if necessary. RESULTS: Monitoring of compliance alone was associated with a significant improvement of blood pressure at 2 months (145/97 +/- 20/15 mmHg, P < 0.01). During monitoring, blood pressure was normalized (systolic < 140 mmHg or diastolic < 90 mmHg) in one-third of the patients and insufficient compliance was unmasked in another 20%. When analysed according to tertiles of compliance, patients with the lowest compliance exhibited significantly higher achieved diastolic blood pressures (P = 0.04). In 30 patients, compliance was monitored up to 4 months and drug therapy was adapted whenever necessary. In these patients, a further significant decrease in blood pressure was obtained (from 150/100 +/- 18/15 to 143/94 +/- 22/11 mmHg, P = 0.04/0.02). CONCLUSIONS: These results suggest that objective monitoring of compliance using electronic devices may be a useful step in the management of patients with refractory hypertension, as it enables physicians to take rational decisions based on reliable and objective data of drug compliance and hence to improve blood pressure control.

Systematic identification of genomic markers of drug sensitivity in cancer cells.

Clinical responses to anticancer therapies are often restricted to a subset of patients. In some cases, mutated cancer genes are potent biomarkers for responses to targeted agents. Here, to uncover new biomarkers of sensitivity and resistance to cancer therapeutics, we screened a panel of several hundred cancer cell lines--which represent much of the tissue-type and genetic diversity of human cancers--with 130 drugs under clinical and preclinical investigation. In aggregate, we found that mutated cancer genes were associated with cellular response to most currently available cancer drugs. Classic oncogene addiction paradigms were modified by additional tissue-specific or expression biomarkers, and some frequently mutated genes were associated with sensitivity to a broad range of therapeutic agents. Unexpected relationships were revealed, including the marked sensitivity of Ewing's sarcoma cells harbouring the EWS (also known as EWSR1)-FLI1 gene translocation to poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors. By linking drug activity to the functional complexity of cancer genomes, systematic pharmacogenomic profiling in cancer cell lines provides a powerful biomarker discovery platform to guide rational cancer therapeutic strategies.

Théories du choix rationnel : perspectives et implications en design institutionnel

En raison de sa force explicative et opérationnelle, la théorie du choix rationnel est utilisée au sein de plusieurs disciplines des sciences sociales. Alors que la majorité des économistes conçoivent la théorie du choix rationnel comme un processus de maximisation de l’utilité, la portée de ce modèle est le sujet de nombreuses critiques. Pour plusieurs, certaines préférences ne peuvent être modulées à l’intérieur de ce cadre. Dans ce mémoire, trois conceptions alternatives de la théorie du choix rationnel sont présentées : la rationalité comme présence virtuelle, la rationalité comme mécanisme intentionnel et la rationalité en tant que science du choix. Une analyse critique de celles-ci est effectuée. En design institutionnel, ces trois conceptions de la rationalité offrent des perspectives distinctes. La première met l’emphase sur les motivations non-égocentriques. La seconde mise sur l’aspect adaptatif du processus. La rationalité jouant un rôle privilégié, mais non exclusif, les mécanismes causaux doivent également être considérés. La troisième implique de formuler des règles institutionnels différentes dépendamment du modèle de l’agent rationnel qui est mis de l’avant. L’établissement de règles institutionnelles varie en fonction de la conception adoptée parmi ces théories du choix rationnel.

Signalisation par les récepteurs des œstrogènes : mécanismes de reconnaissance de l’ADN et nouvelles approches pharmacologiques d’inhibition

Malgré les progrès des traitements des cancers du sein, ceux-ci demeurent la seconde cause de mortalité par cancer au Canada. Parmi les gènes associés aux cancers du sein, le récepteur des œstrogènes ERα est exprimé dans plus de 70% des tumeurs mammaires, qui prolifèrent en réponse aux œstrogènes, faisant de lui une cible de choix. ERα est un facteur de transcription ligand-dépendant, liant des éléments de réponse PuGGTCAnnnTGACCPy. Afin d’examiner la capacité des récepteurs nucléaires à reconnaitre de nouveaux motifs ADN, des mutants aux capacités de liaison modifiées ont été générés. Parmi les quatre résidus interagissant avec l’ADN, R211 ne peut pas être modifiée sans perdre complètement la liaison du récepteur à l’ADN. Néanmoins, les mutations combinées de plusieurs acides aminés contactant les bases de l’ERE ont généré des récepteurs capables de reconnaitre de nouveaux motifs, tout en conservant des niveaux de transactivation efficaces. L’utilisation potentielle des récepteurs nucléaires comme outils de thérapie génique hormono-dépendant, repose sur la prédiction des motifs de liaison efficaces. Étant donné son importance dans la carcinogenèse mammaire, ERα est une cible cruciale des thérapies anti-néoplastiques. L’anti-œstrogène total, ICI, induit la dégradation de ERα et l’arrêt de la croissance des cellules tumorales mammaires ERα-positives. De plus, la nouvelle drogue anti-tumorale HDACi, SAHA, module la voie de signalisation des œstrogènes et possède des propriétés prometteuses en association avec d’autres traitements anti-tumoraux. En effet, le co-traitement ICI et SAHA a un impact synergique sur l’inhibition de la prolifération des cellules mammaires tumorales ERα-positives. Cette synergie repose sur la coopération des effets de ICI et SAHA pour réduire les niveaux protéiques de ERα et bloquer la progression du cycle cellulaire via la modulation de la transcription des gènes cibles des œstrogènes. En fait, les fortes doses de HDACis masquent rapidement et complètement la signalisation transcriptionnelle des œstrogènes. De plus, les gènes cibles primaires des œstrogènes, contenant des EREs, présentent la même régulation transcriptionnelle en réponse aux fortes doses de SAHA ou du co-traitement, avec des doses utilisables en clinique de ICI et SAHA. En fait, ICI mime l’impact des fortes doses de SAHA, en dégradant ERα, potentialisant ainsi la répression de la transcription ERE-dépendante par SAHA. Finalement, la synergie des effets de ICI et SAHA pourrait augmenter l’efficacité des traitements des tumeurs mammaires.

Impact of type of drug insurance on adherence, persistence and costs of antidepressant drugs : a Quebec population-based study

Contexte: À date, il existe peu de données sur l’adhésion, la persistance et les coûts associés aux antidépresseurs selon le type d’assurance médicament (privé ou public). Objectif: Comparer selon le régime d’assurance médicament (privé ou public), l'adhésion, la persistance et les coûts des antidépresseurs. Méthodes de recherche: Une étude de cohorte appariée a été réalisée en utilisant des bases de données du Québec. Sujets: Nous avons sélectionné 194 patients assurés par un régime privé et 1923 patients assurés par le régime public de la Régie de l’assurance maladie du Québec (RAMQ) (18-64 ans) qui ont rempli au moins une ordonnance pour un antidépresseur entre décembre 2007 et septembre 2009. Mesures: L’adhésion, mesurée sur une période d’un an, a été estimée en utilisant le proportion of prescribed days covered (PPDC). Un modèle de régression linéaire a été utilisé afin d’estimer la différence moyenne en PPDC entre les patients assurés par un régime privé et ceux assurés par le régime public de la RAMQ. La persistance a été comparé entre ces deux groupes avec un modèle de régression de survie Cox, et le coût mensuel d'antidépresseurs ($ CAN) a été comparé entre ces deux groupes en utilisant un modèle de régression linéaire. Résultats: Le PPDC parmi les patients assurés par un régime privé était de 86,4% (intervalle de confiance (IC) 95%: 83,3%-89,5%) versus 81,3% (IC 95%: 80,1%-82,5%) pour les patients assurés par le régime public de la RAMQ, pour une différence moyenne ajustée de 6,7% (IC 95%: 3,0%-10,4%). La persistance après un an parmi les patients assurés par un régime privé était de 49,5% versus 18,9% pour les patients assurés par le régime public de la RAMQ (p <0,001), et le rapport de risque ajusté était de 0,48 (IC 95%: 0,30-0,76). Comparativement aux patients assurés par le régime public de la RAMQ, les patients ayant une assurance privée ont payé 14,94 $ CAD (95% CI: $12,30-$17,58) de plus par mois en moyenne pour leurs antidépresseurs. Conclusion: Les patients assurés par un régime privé avaient une meilleure adhésion, persistance, mais avaient aussi un plus haut coût pour leurs antidépresseurs que ceux assurés par le régime public de la RAMQ. Cette différence de coûts peut être due aux différentes exigences de paiement en pharmacie entre les deux régimes ainsi qu’aux limites des honoraires des pharmaciens imposés par le régime public.

Le processus de design visuel communicationnel : tensions et négociations dans l’industrie publicitaire

L’industrie publicitaire est un travail quotidien de collaboration entre deux « hémisphères » distincts : l’un de nature commercial et l’autre de nature créatif. Des individus qui favorisent des aspects logiques et rationnels se doivent de collaborer avec des individus qui favorisent des aspects intuitifs et artistiques, ce qui suscite des tensions. Cette mise en relation s’opère au travers d’un processus, que nous nommerons processus de design visuel communicationnel car il permet de relier la communication au design, approche que nous adoptons dans ce mémoire. L’industrie publicitaire s’est dotée d’outils permettant de faciliter le processus de design visuel communicationnel, dont le brief créatif. Notre recherche propose d’observer la manière dont les « commerciaux » et les « créatifs » perçoivent leur travail quotidien en agence et comment le brief créatif est réquisitionné. Nous adoptons une posture interprétative pour tenir compte de la complexité du phénomène et nous mobilisons une série d’entrevues pour répondre à nos questions de recherche. Nos questions de recherche sont les suivantes : de quelle manière les « commerciaux » et les « créatifs » négocient-ils les tensions lors du processus de design visuel communicationnel? Quels rôles le brief créatif occupe-t-il au sein de ce processus? Les résultats nous renseignent sur les transformations et les innovations qui émergent des tensions entre les « commerciaux » et les « créatifs » et sur l’importance que revêtent les caractéristiques communicationnelles du brief créatif dans le cadre du processus de design visuel communicationnel.

Genomic architecture of sickle cell disease clinical variation in children from West Africa : a case-control study design

Contexte : L’anémie falciforme ou drépanocytose est un problème de santé important, particulièrement pour les patients d’origine africaine. La variation phénotypique de l’anémie falciforme est problématique pour le suivi et le traitement des patients. L’architecture génomique responsable de cette variabilité est peu connue. Principe : Mieux saisir la contribution génétique de la variation clinique de cette maladie facilitera l’identification des patients à risque de développer des phénotypes sévères, ainsi que l’adaptation des soins. Objectifs : L’objectif général de cette thèse est de combler les lacunes relatives aux connaissances sur l’épidémiologie génomique de l’anémie falciforme à l’aide d’une cohorte issue au Bénin. Les objectifs spécifiques sont les suivants : 1) caractériser les profils d’expressions génomiques associés à la sévérité de l’anémie falciforme ; 2) identifier des biomarqueurs de la sévérité de l’anémie falciforme ; 3) identifier la régulation génétique des variations transcriptionelles ; 4) identifier des interactions statistiques entre le génotype et le niveau de sévérité associé à l’expression ; 5) identifier des cibles de médicaments pour améliorer l’état des patients atteints d’anémie falciforme. Méthode : Une étude cas-témoins de 250 patients et 61 frères et soeurs non-atteints a été menée au Centre de Prise en charge Médical Intégré du Nourrisson et de la Femme Enceinte atteints de Drépanocytose, au Bénin entre février et décembre 2010. Résultats : Notre analyse a montré que des profils d’expressions sont associés avec la sévérité de l’anémie falciforme. Ces profils sont enrichis de génes des voies biologiques qui contribuent à la progression de la maladie : l’activation plaquettaire, les lymphocytes B, le stress, l’inflammation et la prolifération cellulaire. Des biomarqueurs transcriptionnels ont permis de distinguer les patients ayant des niveaux de sévérité clinique différents. La régulation génétique de la variation de l’expression des gènes a été démontrée et des interactions ont été identifiées. Sur la base de ces résultats génétiques, des cibles de médicaments sont proposées. Conclusion: Ce travail de thèse permet de mieux comprendre l’impact de la génomique sur la sévérité de l’anémie falciforme et ouvre des perspectives de développement de traitements ciblés pour améliorer les soins offerts aux patients.

Correlates of protective immunity against hepatitis C virus

Le virus de l’hépatite C (VHC) infecte ~185 millions d’individus dans le monde. Malgré le développement des nouvelles thérapies dirigées contre le VHC, on compte deux millions de nouvelles infections chaque année, en particulier dans les pays sous-développés et les populations marginalisées. Comme pour la plupart des virus à infection chronique, le développement d’un vaccin prophylactique efficace est limité par le manque de caractérisation des déterminants de la mémoire immunitaire protectrice lors des épisodes de réinfection naturelle chez les êtres humains. Le VHC représente un modèle unique au sein des virus à infection chronique pour étudier l’immunité protectrice. En effet ~30% des patients infectés par le VHC peuvent être guéris suite à un premier épisode d’infection spontanément. Dans cette thèse, nous avons étudié l’immunité protectrice contre le VHC dans une cohorte d’utilisateurs de drogues par injection qui sont à risque d’être infectés ou réinfectés. Notre hypothèse est que la majorité des patients qui ont résolu une première infection par le VHC sont protégés contre le développement d’une infection chronique s’ils sont réexposés. Cette immunité protectrice est associée à la présence des cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles qui possèdent des fréquences, magnitudes et avidités élevées. La capacité protectrice des cellules T mémoire contre les séquences variables du VHC est dépendante de la diversité et flexibilité du répertoire de leurs récepteurs de cellules T (TCR), qui reconnaissent les séquences variables des épitopes ciblés. Notre premier objectif était de définir et détailler les déterminants de l’immunité protectrice conférée par les cellules T spécifiques du VHC. Nos résultats ont montré que la protection pendant l’épisode de réinfection était associée à une augmentation de la magnitude et du spectre des réponses spécifiques par les cellules T CD4 et CD8 polyfonctionnelles, ainsi que par l’apparition d’une population de cellules T tétramère+ CD8+ effectrices qui expriment faiblement le marqueur CD127 (CD127lo) lors du pic de la réponse. Chez les patients qui ont développé une infection chronique pendant l’épisode de réinfection, nous avons observé une expansion très limitée des cellules T CD4 et CD8. Le séquençage des épitopes ciblés par les cellules T CD8 chez ces patients qui sont non-protégés a montré que les séquences de ces épitopes sont différentes des séquences de référence qui étaient utilisées pour tous les essais immunologiques de cette étude. Le deuxième objectif était d’analyser la dynamique du répertoire des TCRs des cellules T CD8 spécifiques chez les patients protégés versus les patients non-protégés. Nos résultats ont montré que le répertoire des cellules T CD8 spécifiques est plus focalisé que chez les patients protégés. En plus, nous avons observé que les clonotypes qui forment le répertoire chez les patients protégés sont distincts de ceux chez les patients non-protégés. Ces clonotypes chez les patients protégés ont montré de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que leurs homologues chez les patients non-protégés. En conclusion, nos résultats suggèrent que la protection contre le développement d’une infection chronique pendant l’épisode de réinfection par le VHC est associée à une augmentation de la magnitude, du spectre et de la fonctionnalité des réponses des cellules T spécifiques, ainsi qu’à un répertoire des TCRs plus focalisé composé des clonotypes distincts qui possèdent de plus grandes avidité et polyfonctionnalité que chez les patients non-protégés. L’homologie des séquences des souches virales entre les différents épisodes de l’infection est un déterminant majeur de l’établissement d’une protection efficace. Ces résultats ont donc des implications très importantes pour le développement d’un vaccin prophylactique contre le VHC et d’autres virus à infection chronique.

Transferring ownership of public housing to existing tenants: a mechanism design approach

This paper explores situations where tenants in public houses, in a specific neighborhood, are given the legislated right to buy the houses they live in or can choose to remain in their houses and pay the regulated rent. This type of legislation has been passed in many European countries in the last 30-35 years (the U.K. Housing Act 1980 is a leading example). The main objective with this type of legislation is to transfer the ownership of the houses from the public authority to the tenants. To achieve this goal, selling prices of the public houses are typically heavily subsidized. The legislating body then faces a trade-off between achieving the goals of the legislation and allocating the houses efficiently. This paper investigates this specific trade-off and identifies an allocation rule that is individually rational, equilibrium selecting, and group non-manipulable in a restricted preference domain that contains “almost all” preference profiles. In this restricted domain, the identified rule is the equilibrium selecting rule that transfers the maximum number of ownerships from the public authority to the tenants. This rule is preferred to the current U.K. system by both the existing tenants and the public authority. Finally, a dynamic process for finding the outcome of the identified rule, in a finite number of steps, is provided.

Effect of polymer architecture on Curcumin 1 encapsulation and release from PEGylated polymer nanoparticles: toward a drug delivery nano-platform to the CNS

We developed a nanoparticles (NPs) library from poly(ethylene glycol)–poly lactic acid comb-like polymers with variable amount of PEG. Curcumin was encapsulated in the NPs with a view to develop a delivery platform to treat diseases involving oxidative stress affecting the CNS. We observed a sharp decrease in size between 15 and 20% w/w of PEG which corresponds to a transition from a large solid particle structure to a “micelle-like” or “polymer nano-aggregate” structure. Drug loading, loading efficacy and release kinetics were determined. The diffusion coefficients of curcumin in NPs were determined using a mathematical modeling. The higher diffusion was observed for solid particles compared to “polymer nano-aggregate” particles. NPs did not present any significant toxicity when tested in vitro on a neuronal cell line. Moreover, the ability of NPs carrying curcumin to prevent oxidative stress was evidenced and linked to polymer architecture and NPs organization. Our study showed the intimate relationship between the polymer architecture and the biophysical properties of the resulting NPs and sheds light on new approaches to design efficient NP-based drug carriers.