Évaluation de la cytogénotoxicité humaine induite par l’exposition à de faibles doses de benzo-a-pyrène, à l’aide de biomarqueurs précoces

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) cancérogène pour l’homme, qui contamine toutes les sphères de notre environnement. Son métabolite, le BaP-7,8-diol-9,10-époxyde (BPDE) est considéré comme son cancérogène ultime. Le BPDE se lie à l’ADN, formant des adduits qui doivent être réparés et qui seraient responsables des dommages à l’ADN et de la cancérogenèse induite par le BaP. Les adduits BPDE-ADN et les dommages à l’ADN (bris simple-brin [BSB] à l’ADN, aberrations chromosomiques [AC], échanges entre chromatides-sœurs [ÉCS] et micronoyaux [MN]) ont été mesurés dans les lymphocytes humains exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de jeunes volontaires non-fumeurs et en santé. Suite à l’exposition au BaP, le niveau d’adduits BPDE-ADN et la fréquence des AC et des MN augmentent significativement, puis diminuent aux concentrations les plus élevées de BaP testées, suggérant une induction du métabolisme de phase II du BaP. Lors de la mesure des ÉCS, nous obtenons une courbe dose-réponse linéaire, indiquant la production d’un autre type de lésions devant être réparées par le système de réparation par recombinaison homologue. Ces lésions pourraient être des bris à l’ADN ou des bases oxydées (8-OH-dG), ce qui est suggéré par l’analyse des corrélations existant entre nos biomarqueurs. Par ailleurs, la comparaison de la courbe dose-réponse des hommes et des femmes montre que des différences existent entre les sexes. Ainsi, les ÉCS, les AC et les MN sont significativement augmentés chez les hommes à la plus faible concentration de BaP, alors que chez les femmes cette augmentation, quoique présente, est non significative. Des différences interindividuelles sont également observées et sont plus importantes pour les adduits BPDE-ADN, les MN et les AC, alors que pour les ÉCS elles sont minimes. Les analyses statistiques effectuées ont permis d’établir que quatre facteurs (niveau d’exposition au BaP, adduits BPDE-ADN, fréquence des AC et nombre de MN par cellule micronucléée) expliquent jusqu’à 59 % de la variabilité observée dans le test des ÉCS, alors qu’aucun facteur significatif n’a pu être identifié dans le test des AC et des MN. L’analyse du mécanisme de formation de nos biomarqueurs précoces permet de suggérer que les bris à l’ADN et les bases oxydées devraient être classées comme biomarqueurs de dose biologique efficace, au sein des biomarqueurs d’exposition, dans le continuum exposition-maladie du BaP, étant donné qu’ils causent la formation des biomarqueurs de génotoxicité (ÉCS, AC et MN). Par ailleurs, le test des AC et des MN ont permis de confirmer l’action clastogénique du BaP en plus de mettre en évidence des effets aneugènes affectant surtout la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ces effets aneugènes, reliés à l’étape de progression dans la cancérogenèse, pourraient être particulièrement importants puisque l’exposition au BaP et aux HAP est chronique et dure plusieurs années, voire des décennies. La compréhension des mécanismes régissant la formation des biomarqueurs étudiés dans cette étude, ainsi que des relations existant entre eux, peut être appliquée à de nombreux contaminants connus et émergents de notre environnement et contribuer à en évaluer le mode d’action.

Développement de modèles prédictifs de la toxicocinétique de substances organiques

Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettent de simuler la dose interne de substances chimiques sur la base de paramètres spécifiques à l’espèce et à la substance. Les modèles de relation quantitative structure-propriété (QSPR) existants permettent d’estimer les paramètres spécifiques au produit (coefficients de partage (PC) et constantes de métabolisme) mais leur domaine d’application est limité par leur manque de considération de la variabilité de leurs paramètres d’entrée ainsi que par leur domaine d’application restreint (c. à d., substances contenant CH3, CH2, CH, C, C=C, H, Cl, F, Br, cycle benzénique et H sur le cycle benzénique). L’objectif de cette étude est de développer de nouvelles connaissances et des outils afin d’élargir le domaine d’application des modèles QSPR-PBPK pour prédire la toxicocinétique de substances organiques inhalées chez l’humain. D’abord, un algorithme mécaniste unifié a été développé à partir de modèles existants pour prédire les PC de 142 médicaments et polluants environnementaux aux niveaux macro (tissu et sang) et micro (cellule et fluides biologiques) à partir de la composition du tissu et du sang et de propriétés physicochimiques. L’algorithme résultant a été appliqué pour prédire les PC tissu:sang, tissu:plasma et tissu:air du muscle (n = 174), du foie (n = 139) et du tissu adipeux (n = 141) du rat pour des médicaments acides, basiques et neutres ainsi que pour des cétones, esters d’acétate, éthers, alcools, hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Un modèle de relation quantitative propriété-propriété (QPPR) a été développé pour la clairance intrinsèque (CLint) in vivo (calculée comme le ratio du Vmax (μmol/h/kg poids de rat) sur le Km (μM)), de substrats du CYP2E1 (n = 26) en fonction du PC n octanol:eau, du PC sang:eau et du potentiel d’ionisation). Les prédictions du QPPR, représentées par les limites inférieures et supérieures de l’intervalle de confiance à 95% à la moyenne, furent ensuite intégrées dans un modèle PBPK humain. Subséquemment, l’algorithme de PC et le QPPR pour la CLint furent intégrés avec des modèles QSPR pour les PC hémoglobine:eau et huile:air pour simuler la pharmacocinétique et la dosimétrie cellulaire d’inhalation de composés organiques volatiles (COV) (benzène, 1,2-dichloroéthane, dichlorométhane, m-xylène, toluène, styrène, 1,1,1 trichloroéthane et 1,2,4 trimethylbenzène) avec un modèle PBPK chez le rat. Finalement, la variabilité de paramètres de composition des tissus et du sang de l’algorithme pour les PC tissu:air chez le rat et sang:air chez l’humain a été caractérisée par des simulations Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC). Les distributions résultantes ont été utilisées pour conduire des simulations Monte Carlo pour prédire des PC tissu:sang et sang:air. Les distributions de PC, avec celles des paramètres physiologiques et du contenu en cytochrome P450 CYP2E1, ont été incorporées dans un modèle PBPK pour caractériser la variabilité de la toxicocinétique sanguine de quatre COV (benzène, chloroforme, styrène et trichloroéthylène) par simulation Monte Carlo. Globalement, les approches quantitatives mises en œuvre pour les PC et la CLint dans cette étude ont permis l’utilisation de descripteurs moléculaires génériques plutôt que de fragments moléculaires spécifiques pour prédire la pharmacocinétique de substances organiques chez l’humain. La présente étude a, pour la première fois, caractérisé la variabilité des paramètres biologiques des algorithmes de PC pour étendre l’aptitude des modèles PBPK à prédire les distributions, pour la population, de doses internes de substances organiques avant de faire des tests chez l’animal ou l’humain.

Étude du continuum exposition-effet cancérogène du benzo[a]pyrène

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets.

Surface Properties and Catalytic Activity of Manganese Ferrospinels

In recent years considerable advances have been achieved in the study of the surface structure and mechanism of action of environmentally benign heterogeneous catalysts. The study entitled as surface properties and catalytic activity of manganese ferrospinels. In the present study we have prepared manganese ferrospinels of general formula Mn(1-x)BxFe2O4 via low temperature controlled co-precipation method. The study employed low temperature co-precipitation method for the preparation ofMn(1-x)BxFe2O4 specimens, where B is a metal cation such as Cr,Co, Ni,Cu and Zn. The catalytic activities of the systems were investigated for liquid-phase benzoylation of aromatic compounds and phenol hydroxylation and for vapour-phase reactions such as aniline alkylation, phenol methylation and ODH of ethylbenzene. The different series of manganese ferrites are proved to be excellent catalysts for various industrially important reactions such as Friedel-crafts benzoylation of aromatic compounds, methylation of aniline and phenol, hydroxylation of phenol and oxidative dehydrogenation of ethylbenzene. Due to the tightening of the environmental regulations, production of diphenols from phenol hydroxylation and reduction of phenolic pollutants in waste waters using these catalysts can be a promising approach because it demands only simple techniques and produce little environmental pollution.

Catalysis by Polymer Supported Dendrimers, their Metal Complexes and Nanoparticle Conjugates

The present thesis has described the development of some heterogeneous catalysts based on polymer supported dendrimers. Attachment of dendrimers to crosslinked polymer produced new catalysts with combined benefits of both dendrimers and heterogeneous catalysts. These were used as heterogeneous catalysts in selected reactions. All possible attempts were taken to avoid halogenated and aromatic solvents and toxic reagents. In short the present work has dealt with development of environmental friendly catalysts based on dendrimers.

Laser Spectroscopy: TDLAS instrumentation and NIR analysis of some organic materials

Near-infrared spectroscopy can be a workhorse technique for materials analysis in industries such as agriculture, pharmaceuticals, chemicals and polymers. A near-infrared spectrum represents combination bands and overtone bands that are harmonics of absorption frequencies in the mid-infrared. Near-infrared absorption includes a combination-band region immediately adjacent to the mid-infrared and three overtone regions. All four near-infrared regions contain "echoes" of the fundamental mid-infrared absorptions. For example, vibrations in the mid-infrared due to the C-H stretches will produce four distinct bands in each of the overtone and combination regions. As the bands become more removed from the fundamental frequencies they become more widely separated from their neighbors, more broadened and are dramatically reduced in intensity. Because near-infrared bands are much less intense, more of the sample can be used to produce a spectra and with near-infrared, sample preparation activities are greatly reduced or eliminated so more of the sample can be utilized. In addition, long path lengths and the ability to sample through glass in the near-infrared allows samples to be measured in common media such as culture tubes, cuvettes and reaction bottles. This is unlike mid-infrared where very small amounts of a sample produce a strong spectrum; thus sample preparation techniques must be employed to limit the amount of the sample that interacts with the beam. In the present work we describe the successful the fabrication and calibration of a linear high resolution linear spectrometer using tunable diode laser and a 36 m path length cell and meuurement of a highly resolved structure of OH group in methanol in the transition region A v =3. We then analyse the NIR spectrum of certain aromatic molecules and study the substituent effects using local mode theory

Crystal Structures and Spectral Aspects of Mixed Ligand Transition Metal Chelates Derived from Aldehyde based ONS Donor Thiosemicarbazones

Thiosemicarbazones have emerged as an important class of ligands over a period of time, for a variety of reasons, such as variable donor properties, structural diversity and biological applications. Interesting as the coordination chemistry may be, the driving force for the study of these ligands has undoubtedly been their biological properties and the majority of the 3000 or so publications on thiosemicarbazones since 2000 have alluded to this feature. Thiosemicarbazones with potential donor atoms in their structural skeleton fascinate coordination chemists with their versatile chelating behavior. The thiosemicarbazones of aromatic aldehydes and ketones form stable chelates with transition metal cations by utilizing both their sulfur and azomethine nitrogen as donor atoms. They have been shown to possess a diverse range of biological activities including anticancer, antitumor, antibacterial, antiviral, antimalarial and antifungal properties owing to their ability to diffuse through the semipermeable membrane of the cell lines. The enhanced effect may be attributed to the increased lipophilicity of the metal complexes compared to the ligand alone.

Vigilancia médica para los trabajadores expuestos a benceno, tolueno y xileno

En este estudio se revisaron recomendaciones nacionales e internacionales donde se evidencio que no hay un modelo estándar que permita establecer un seguimiento de las condiciones de trabajo y las condiciones de salud que afectan los trabajadores expuestos a hidrocarburos aromáticos BTX. Para este propósito este estudio señalara las directrices a seguir para implementar el programa de vigilancia médica incorporando los aspectos clínicos y de diagnóstico de laboratorio para generar estrategias oportunas que conllevan al mantenimiento de adecuadas condiciones de salud de los trabajadores y que permitirá detectar las alteraciones producidas por los mismos en un estadio reversible; esta vigilancia médica debe ajustarse a las distintas necesidades y los recursos de las industrias en cuyos procesos se utilizan los hidrocarburos aromáticos. (Benceno, tolueno y xileno).

Bis(hydroxy-isoindolinone)s: synthesis, stereochemistry, polymer chemistry, and supramolecular assembly

Pseudoacid chlorides of 2,5-bis(4-fluorobenzoyl) terephthalic acid and 4,6-bis(4-fluorobenzoyl) isophthalic acid condense with primary amines to afford diastereomeric bis(hydroxyindolinone)s in good isolated yields and with diamines to give high molecular weight poly(hydroxyindolinone)s. Bis-N-pyrenemethyl bis(hydroxyindolinone)s assemble, even in dipolar solvents such as DMSO, with macrocyclic diimide-sulfones to give [3]pseudorotaxanes stabilized by electronically complementary aromatic π−π-stacking and shape-complementary van der Waals interactions.

Equilibrium studies on mixed ligand complex formation of Co(II), Ni(II), Cu(II) and Zn(II) with N-(2-hydroxybenzyl)-L-histidine (H(2)hb-L-his) and typical N,N donor ligands: Crystal structure of [Ni(hb-L-his)(bipyridine)]center dot H2O complex

Equilibrium study on complex formation of Co(II), Ni(II), Cu(II) and Zn(II), hereafter M(II), with the quadridentate (O-, N, O-, N) donor ligand, N-(2-hydroxybenzyl)-L-histidine (H(2)hb-L-his, hereafter H2L), in the absence and in the presence of typical (N, N) donor bidentate ligands, 1,10 phenanthroline(phen), 2, 2'-bipyridine(bipy), ethylenediamine(en), hereafter B, in aqueous solution at 25 +/- 1 degrees C was done at a fixed ionic strength, I = 0.1 mol dm(-3) (NaNO3) by combined pH-metric, UV-Vis and EPR measurements provide evidence for the formation of mononuclear and dinuclear binary and mixed ligand complexes of the types: M(L), M(L)(2)(2-), M-2(L)(2+), M-2(H-1L)(+), M(L)(B), (B)M(H-1L)M(B)(+). The imidazole moiety of the ligand is found to act as a bridging bidentate ligand in the dinuclear M-2(L)(2+), M-2(H-1L)(+) and (B)M(H-1L)M(B)(+) complexes, using its N-3 atom and N1-H deprotonated moiety. Stability constants of the complexes provide evidence of discrimination of Cu(II) from the other M(II) ions by this ligand. Solid complexes: [Ni(L)(H2O)(2)] (1), [Cu(L)(H2O)] (2), and [Ni(L)(bipy)] (.) H2O (3) have been isolated and characterized by various physicochemical studies. Single crystal X-ray diffraction of the ternary complex, 3, shows an octahedral [(O-,N,N,O-)(N,N)] geometry with extensive pi-pi stacking of the aromatic rings and H-bonding with imidazole (N1-H), secondary amino N-atom, the lattice H2O molecule, and the carboxylate and phenolate O-atoms. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Microfabrication of high-performance aromatic polymers as nanotubes or fibrils by in situ ring-opening polymerisation of macrocyclic precursors

Melt-phase nucleophilic ring-opening polymerisation of macrocyclic aromatic ethers and thioethers at high temperatures within the cylindrical pores of an anodic-alumina membrane, followed by dissolution of the template, enables replication of the membrane's internal pore structure and so affords high-performance aromatic polymers with well-defined fibrillar or tubular morphologies.

A new oxidation catalyst system using fluorous cobalt(II) species in water-supercritical carbon dioxide (C-H free environment)

Stabilized water droplet dispersed in supercritical carbon dioxide fluid is demonstrated to be an excellent alternative solvent system to acetic acid for air oxidation of a number of alkyl aromatic hydrocarbons using Co(II) species at mild conditions.

Selective catalytic oxidation of alkylaromatic molecules by nanosize water droplets containing Co2+ species in supercritical carbon dioxide fluid

Stabilized nano-sized water droplet carrying water-soluble Co2+ species is employed as a new catalyst system for the oxidation of the alkyl aromatics in the presence of a fluorinated surfactant. This stable system contains no labile C-H structure and can facilitate excellent mixing of catalytic Co(II)/NaBr species, hydrocarbon substrates and oxygen in supercritical carbon dioxide fluid, which is demonstrated to be an excellent alternative solvent system to acetic acid or nitric acid for air oxidation of a number of alkyl aromatic hydrocarbons using Co(II) species at mild conditions. As a result, potential advantages of this 'greener' catalytic method including safer operation, easier separation and purification, higher catalytic activity with selectivity and without using corrosive or oxidation unstable solvent are therefore envisaged.

Volatile compounds produced by the probiotic strain Lactobacillus plantarum NCIMB 8826 in cereal-based substrates

The production of volatile compounds by the probiotic strain, Lactobacillus plantarum NCIMB 8826, in cereal-based media (oat, wheat. barley and malt) was investigated. Sixty compounds, including fatty acids and their esters, amides, alcohols, aldehydes, aromatic hydrocarbons, furans, ketones, peroxides and pyrans, were identified. L. plantarum significantly changed the aroma profile of the four cereal broths. and each substrate showed a specific volatiles profile. Oat and barley media were the substrates more influenced by the fermentation process. The most abundant volatiles detected in oat, wheat, barley and malt were oleic acid, linoleic acid. acetic acid, and 5-hydroxymethylfurfural, respectively. Analysis of these products confirmed the heterofermentative pathway of L plantarum. Maillard compounds were not detected during sterilisation and fermentation. This study is the first to report the volatile composition of probiotic drinks produce with non-supplemented cereal-based media and the results obtained could contribute to the development of new non-dairy probiotic formulations. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Alignment of a model amyloid peptide fragment in bulk and at a solid surface

The alignment of model amyloid peptide YYKLVFFC is investigated in bulk and at a solid surface using a range of spectroscopic methods employing polarized radiation. The peptide is based on a core sequence of the amyloid beta (A beta) peptide, KLVFF. The attached tyrosine and cysteine units are exploited to yield information on alignment and possible formation of disulfide or dityrosine links. Polarized Raman spectroscopy on aligned stalks provides information on tyrosine orientation, which complements data from linear dichroism (LD) on aqueous solutions subjected to shear in a Couette cell. LD provides a detailed picture of alignment of peptide strands and aromatic residues and was also used to probe the kinetics of self-assembly. This suggests initial association of phenylalanine residues, followed by subsequent registry of strands and orientation of tyrosine residues. X-ray diffraction (XRD) data from aligned stalks is used to extract orientational order parameters from the 0.48 nm reflection in the cross-beta pattern, from which an orientational distribution function is obtained. X-ray diffraction on solutions subject to capillary flow confirmed orientation in situ at the level of the cross-beta pattern. The information on fibril and tyrosine orientation from polarized Raman spectroscopy is compared with results from NEXAFS experiments on samples prepared as films on silicon. This indicates fibrils are aligned parallel to the surface, with phenyl ring normals perpendicular to the surface. Possible disulfide bridging leading to peptide dimer formation was excluded by Raman spectroscopy, whereas dityrosine formation was probed by fluorescence experiments and was found not to occur except under alkaline conditions. Congo red binding was found not to influence the cross-beta XRD pattern.