Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Regenerative Cues of Myeloid Cells on Pancreatic Epithelium

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-07

A three species model to simulate application of hyperbaric oxygen therapy to chronic wounds

Chronic wounds are a significant socioeconomic problem for governments worldwide. Approximately 15% of people who suffer from diabetes will experience a lower-limb ulcer at some stage of their lives, and 24% of these wounds will ultimately result in amputation of the lower limb. Hyperbaric Oxygen Therapy (HBOT) has been shown to aid the healing of chronic wounds; however, the causal reasons for the improved healing remain unclear and hence current HBOT protocols remain empirical. Here we develop a three-species mathematical model of wound healing that is used to simulate the application of hyperbaric oxygen therapy in the treatment of wounds. Based on our modelling, we predict that intermittent HBOT will assist chronic wound healing while normobaric oxygen is ineffective in treating such wounds. Furthermore, treatment should continue until healing is complete, and HBOT will not stimulate healing under all circumstances, leading us to conclude that finding the right protocol for an individual patient is crucial if HBOT is to be effective. We provide constraints that depend on the model parameters for the range of HBOT protocols that will stimulate healing. More specifically, we predict that patients with a poor arterial supply of oxygen, high consumption of oxygen by the wound tissue, chronically hypoxic wounds, and/or a dysfunctional endothelial cell response to oxygen are at risk of nonresponsiveness to HBOT. The work of this paper can, in some way, highlight which patients are most likely to respond well to HBOT (for example, those with a good arterial supply), and thus has the potential to assist in improving both the success rate and hence the costeffectiveness of this therapy.

A review of non-traditional occupational therapy practice placement education : a focus on role-emerging and project placements

Practice placement education has been recognised as an integral and critical component of the training of occupational therapy students. Although there is an extensive body of literature on clinical education and traditional practice placement education models, there has been limited research on alternative placements.-------- This paper reviews the literature on various practice placement education models and presents a contemporary view on how it is currently delivered. The literature is examined with a particular focus on the increasing range of practice placement education opportunities, such as project and role-emerging placements. The drivers for non-traditional practice placement education include shortages of traditional placement options, health reform and changing work practices, potential for role development and influence on practice choice. The benefits and challenges of non-traditional practice placement education are discussed, including supervision issues, student evaluation, professional and personal development and the opportunity to practise clinical skills.--------- Further research is recommended to investigate occupational therapy graduates' perceptions of role-emerging and project placements in order to identify the benefits or otherwise of these placements and to contribute to the limited body of knowledge of emerging education opportunities.

Prevalence and correlates of low back pain among occupational therapy students in Northern Queensland

Background: Although low back pain (LBP) is an important issue for the health profession, few studies have examined LBP among occupational therapy students. Purpose. To investigate the prevalence and distribution of LBP, its adverse sequelae; and to identify potential risk factors.----------- Methods: In 2005, a self-reported questionnaire was administered to occupational therapy students in Northern Queensland.----------- Findings: The 12-month period-prevalence of LBP was 64.6%. Nearly half (46.9%) had experienced pain for over 2 days, 38.8% suffered LBP that affected their daily lives, and 24.5% had sought medical treatment. The prevalence of LBP ranged from 45.5 to 77.1% (p=0.004), while the prevalence of LBP symptoms persisting longer than two days was 34.1 to 62.5% (p=0.020). Logistic regression analysis indicated that year of study and weekly computer usage were statistically-significant LBP risk factors.----------- Implications: The occupational therapy profession will need to further investigate the high prevalence of student LBP identified in this study.

Upper body musculoskeletal disorders among Australian occupational therapy students

Although upper body musculoskeletal disorders (MSDs) represent an increasingly important issue for university students, few if any studies have targeted the occupational therapy faculty. Given this dearth of information, it was considered necessary to investigate a cross-section of Australian occupational therapy students by means of an established questionnaire survey. Completed replies were obtained from 95.7%, 100% and 97.7% (n = 44, 55 and 48) of students in the first, second and fourth years of a large occupational therapy school in northern Queensland, Australia.---------- The 12-month period prevalence of MSDs was as follows: neck (67.4%), shoulder (46.3%) and upper back (39.5%). Three-quarters of all students (75.5%) reported an MSD occurring in at least one of these body regions. Over half (56.5%) reported an MSD over 2 days' duration in the past year. Almost 40% (39.5%) reported an MSD that had affected their daily life, while one-quarter (25.2%) needed some type of treatment.---------- Logistic regression indicated that students aged over 21 years were almost four times more likely to report shoulder-related MSD (OR 3.7, 95%CI: 1.4-10.2). Year of study in the occupational therapy course was another important MSD correlate, with adjusted odds ratios ranging from 3.3 at the upper back (OR 3.3, 95%CI: 1.2-9.6) to 10.9 at the neck (OR 10.9, 95%CI: 3.2-43.8). Computer usage also incurred a certain degree of risk, with students who spent over 5 hours per week on the computer having an increased risk of MSD at the neck (OR 5.0, 95%CI: 1.3-21.5) and shoulder (OR 4.7, 95%CI: 1.4-18.3).---------- Overall, this study suggests that Australian occupational therapy students have a large burden from MSDs in the upper body region, even more so than other student groups and some working populations. Since the distribution of MSD risk is not uniform among them, interventions to help reduce these conditions need to be carefully targeted. Further longitudinal investigations would also be useful in determining the mechanisms and contributory factors for MSDs among this unique student population.

Commercialisation of regenerative human tissue : Regulation and reform in Australia and England, Wales and Northern Ireland

The commercialisation of therapeutic products containing regenerative human tissue is regulated by the common law, statute and ethical guidelines in Australia and England, Wales and Northern Ireland. This article examines the regulatory regimes in these jurisdictions and considers whether reform is required to both support scientific research and ensure conformity with modern social views on medical research and the use of human tissue. The authors consider the crucial role of informed consent in striking the balance between the interests of researchers and the interests of the public.

Cognitive behaviour therapy vs rational-emotive education : impact on children's self-talk, self-esteem and irrational beliefs

This study investigated the impact of Cognitive-Behavioural Therapy (CBT) and Rational~Emotive Education (REE) self-enhancement programs on children's self-talk, self-esteem and irrational beliefs. A total of 116 children (50.9% girls) with a mean age of 9.8 years attending Years 4 and 6 at two primary schools participated in the study. eBT resulted in a reduction in negative self-talk while REE seemed to enhance independence beliefs. Both programs were associated with increased positive self-talk and with having increased rationality in Conformity and Discomfort Intolerance beliefs.