Colloidal systems for the delivery of cyclosporin A to the anterior segment of the eye.

Due to the eye's specific anatomical and physiological conformation, the treatment of eye diseases is a real challenge for pharmaceutical therapy. The presence of efficient protective barriers (i.e., the conjunctival and corneal membranes) and protective mechanisms (i.e., blinking and nasolachrymal drainage) makes this organ particularly impervious to local drug therapy. To overcome these issues, numerous strategies have been envisioned using pharmaceutical technology. Many formulations currently on the market or still under development are emulsions or colloidal systems intended to enhance precorneal residence time and corneal penetration, causing a consequent increase in drug bioavailability after instillation. After a review of some recent developments in the field of cyclosporin A formulations for the eye, a novel micellar formulation of cyclosporine A based on a diblock methoxy-poly(ethylene glycol)-hexysubstituted poly(lactides) (MPEG-hexPLA) is described.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Highly inducible synthesis of heterologous proteins in epithelial cells carrying a glucocorticoid-responsive vector.

A glucocorticoid-responsive vector is described which allows for the highly inducible expression of complementary DNAs (cDNAs) in stably transfected mammalian cell lines. This vector, pLK-neo, composed of a variant mouse mammary tumor virus long terminal repeat promoter, containing a hormone regulatory element, a Geneticin resistance-encoding gene in a simian virus 40 transcription unit, and a polylinker insertion site for heterologous cDNAs, was used to express the polymeric immunoglobulin (poly-Ig) receptor and the thymocyte marker, Thy-1, in Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells and in murine fibroblast L cells. A high level of poly-Ig receptor or Thy-1 mRNA accumulation was observed in MDCK cells in response to dexamethasone with a parallel ten- to 200-fold increase in protein synthesis depending on the recombinant protein and the transfected cell clone.

Análisis del ciclo de vida de sistemas de tratamiento de aguas residuales: influencia de los materiales utilizados

En este proyecto se tiene como objetivo comparar una EDAR específica con otras tres, desde el punto de vista ambiental, y establecer diferentes alternativas. En particular, se ha evaluado la mejor alternativa en la obtención de energía eléctrica para la propia utilización de la planta de tratamiento de aguas residuales, a partir del biogás generado en el digestor en la línea de lodos. En este tipo de instalaciones, entre las alternativas tanto en su uso actual como en fase de desarrollo, el motor de cogeneración de electricidad y el calor es el más utilizado para obtener simultáneamente la electricidad necesaria para las instalaciones y el calor necesario para mantener el digestor de lodos a la temperatura de trabajo (36ºC aproximadamente). Las otras alternativas evaluadas en este estudio son las pilas de biogás de membrana electrolítica polimérica (en inglés Polymeric Electrolyte Membrane, PEM) y las pilas de óxidos sólidos (en inglés Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) con una turbina de gas (sistema híbrido SOFC-GT). Por otro lado, se estudian las características de los materiales que componen los dispositivos MEC (microbial electrolysis cell) y las pilas PEM y SOFC, así como las ventajas e inconvenientes de usar estas nuevas tecnologías en el tratamiento de aguas residuales, así como la evaluación del impacto ambiental de la EDAR objeto de estudio, que se ha llevado a cabo utilizando el análisis de ciclo de vida (ACV). El ACV es una herramienta que permite comparar diferentes procesos o productos que tengan la misma función, y así evaluar la alternativa que conlleve una mejora en el medio ambiental. La metodología de ACV pretende evaluar en detalle el ciclo de vida completo de un producto o proceso. Un ACV se suele definir de tipo "cradle to grave" o "desde la cuna hasta la tumba" o bien de tipo "gate to gate", o "de puerta a puerta". En el primer caso el estudio analiza el ciclo de vida completo del sistema, dese el origen hasta el final, mientras que en el segundo caso el ACV no tiene en cuenta su disposición final (vertedero, reciclaje, etc.). Un estudio de ACV del primer tipo conlleva hacer un estudio muy detallado, que en la práctica puede resultar muy largo y laborioso por la dificultad de encontrar todos los datos necesarios. Por ello, muchos estudios de ACV que se encuentran en la literatura suelen ser del tipo "gate to gate". Además, hay que esablecer las fronteras del sistema a estudiar, ya que hay procesos que tienen muy poca contribución a las categorías de impacto ambiental. En una EDAR los principales procesos considerados en el ACV llevado a cabo son el consumo de productos químicos, de electricidad, la producción de lodos y su utilización como composta, el biogás y su utilización para producir electricidad, los residuos sólidos y las distintas emisiones al medio producidas por el propio funcionamiento de la EDAR. Las operaciones relacionadas indirectamente como el transporte de los lodos, de productos químicos, de los residuos sólidos y la infraestructura con una vida media de 30 años no influyen significativamente en los resultados, por ejemplo el transporte de los lodos con un camión a 30km contribuyen en menos de 1% en todas las categorías de impacto. De acuerdo con las normativas ISO series 14040 que regulan las pautas de un ACV, se establece una unidad funcional apropiada, o sea habitante equivalente, ya que es la más apropiada por tener en cuenta la carga contaminante en el agua a tratar, parámetro imprescindible para comparar EDARs. Redefiniendo las fronteras, se realiza un ACV del depósito del biogás sin tener en cuenta el resto de la instalación y se toma como unidad funcional m3 de biogás, en el caso concreto de obtener biogás mediante un dispositivo MEC, que maximiza la cantidad de hidrógeno en detrimento de la cantidad de metano contenido en el biogás, observándose que la contribución de un biogás con un alto contenido en hidrógeno y, por tanto bajo en metano, produce una mejora ambiental. Las categorías de impacto ambiental que tienen contribución son el calentamiento global y la oxidación fotoquímica; el dispositivo MEC hace quela contribución a estas categorías de impacto sea de un orden de magnitud inferior con respecto al biogás generado en un digestor. Además, si se produce la combustión del biogás, la única categoría de impacto que tiene contribución es la de calentamiento global; para una dispositivo MEC la contribución sigue siendo un orden de magnitud inferior con respecto al biogás de un digestor de lodos.

Disseny i optimització de membranes compòsit amb xarxes metal•loorgàniques per a nanofiltració i separacions de gasos

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, entre 2007 i 2009. Aquest projecte descriu la síntesi i aplicació de nous tipus de membranes compòsit basades en xarxes metal•loorgàniques (MOFs). Aquestes es van seleccionar tenint en compte les seves propietats estructurals per tal de discriminar les espècies a separar en funció de la seva mida molecular. Les membranes obtingudes s'han aplicat satisfactòriament tant en separacions líquides, concretament en nanofiltració resistent a dissolvents (SRNF), i en separació de parells de gasos com CO2/CH4, CO2/N2 i H2/CO2. Els resultats obtinguts posen de manifest l'obtenció de membranes sense defectes i amb rendiments prometedors, en la majoria dels casos, amb permeabilitats i selectivitats superiors a membranes purament polimèriques. Tanmateix s'ha desenvolupat un nou equipament d'alt rendiment (HT) per a separacions de gasos que inclou un mòdul que permet realitzar 16 experiments simultàniament. Els resultats obtinguts amb el nou equip són comparables amb els obtinguts amb mòduls convencionals, i alhora presenten una millor reproduïbilitat. Finalment, s'ha establert un nou mètode per a obtenir membranes per a SRNF, que han estat aplicades en processos de separació de catalitzadors homogenis en dissolvents polars apròtics i s'han caracteritzat emprant la tècnica d'espectroscòpia d'annihilació de positrons, que ha permès establir per primer cop una relació entre les propietats estructurals de les membranes a nivell molecular i el seu rendiment en les aplicacions anteriors.

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

A viscous bioerodible poly(ortho ester) as a new biomaterial for intraocular application.

The biocompatibility of a viscous, hydrophobic, bioerodible poly(ortho ester) (POE) intended for intraocular application was investigated. POE was evaluated as a blank carrier and as containing modulators of degradation. Each formulation was injected intracamerally and intravitreally in rabbit eyes, and clinical and histological examinations were performed postoperatively for 2 weeks. In the case of intracameral injections, polymer biocompatibility appeared to depend on the amount injected in the anterior chamber. When 50 microL was administered, the polymer degraded within 2 weeks, and clinical observations showed good biocompatibility of POE with no toxicity to the ocular tissues or increase in intraocular pressure. The injection of a larger volume, 100 microL, of POE, appeared inappropriate because of direct contact of polymeric material with the corneal endothelium, and triggered reversible edema and inflammation in the anterior chamber of the eye that regressed after a few days. After intravitreal administration, POE was well tolerated and no inflammatory reaction developed during the observation period. The polymer degraded slowly, appearing as a round whitish bubble in the vitreous cavity. The presence of modulators of degradation both improved POE biocompatibility and prolonged polymer lifetime in the eye. POE appears to be a promising biomaterial for clinical intraocular application.

A pea plasma membrane protein exhibiting blue light-induced phosphorylation retains photosensitivity following triton solubilization.

Phosphorylation of a polypeptide of approximately 120 kD in pea (Pisum sativum L.) plasma membranes in response to blue light has been shown to be involved in phototropic curvature, but the relationship of this protein to the kinase and photoreceptor acting upon it is uncertain. Using two-phase aqueous partitioning to isolate right-side-out plasma membrane vesicles, we have obtained evidence suggesting that the photoreceptor, kinase, and substrate are localized to the plasma membrane fraction. Latent phosphorylation accessible through Triton X-100 or freeze/thaw treatments of purified plasma membrane vesicles indicates that at least the kinase moiety is present on the internal face of the plasma membrane. Effects of solubilization of vesicles on fluence-response characteristics and on phosphorylation levels provide evidence that the receptor, kinase, and protein substrate are present together in individual mixed detergent micelles, either as a stable complex or as domains of a single polypeptide. In vivo blue-light irradiation results in a small but significant decrease in mobility of the 120-kD phosphorylated protein on sodium dodecylsulfate gel electrophoresis. This mobility shift is evident on Coomassie-stained gels and on western blots probed with polyclonal antibodies raised against the 120-kD protein. Among the plasma membrane proteins bound to the reactive nucleotide analog fluorosulfonylbenzoyladenine (FSBA), a distinct protein band at 120 kD can be detected on blots probed with anti-FSBA antibodies. This band exhibits an in vivo light-dependent mobility shift identical to that observed for the protein band and antibodies specific for the 120-kD protein, implying that the 120-kD protein has an integral nucleotide binding site and consistent with the possibility that the substrate protein is also a kinase.

Electron cryo-microscopy reveals mechanism of action of propranolol on artificial membranes.

The pharmacological activity of several amphiphilic drugs is often related to their ability to interact with biological membranes. Propranolol is an efficient multidrug resistance (MDR) modulator; it is a nonselective beta-blocker and is thought to reduce hypertension by decreasing the cardiac frequency and thus blood pressure. It is used in drug delivery studies in order to treat systemic hypertension. We are interested in the interaction of propranolol with artificial membranes, as liposomes of controllable size are used as biocompatible and protective structures to encapsulate labile molecules, such as proteins, nucleic acids or drugs, for pharmaceutical, cosmetic or chemical applications. We present here a study of the interaction of propranolol, a cationic surfactant, with pure egg phosphatidylcholine (EPC) vesicles. The gradual transition from liposome to micelle of EPC vesicles in the presence of propranolol was monitored by time-resolved electron cryo-microscopy (cryo-EM) under different experimental conditions. The liposome-drug interaction was studied with varying drug/lipid (D/L) ratios and different stages were captured by direct thin-film vitrification. The time-series cryo-EM data clearly illustrate the mechanism of action of propranolol on the liposome structure: the drug disrupts the lipid bilayer by perturbing the local organization of the phospholipids. This is followed by the formation of thread-like micelles, also called worm-like micelles (WLM), and ends with the formation of spherical (globular) micelles. The overall reaction is slow, with the process taking almost two hours to be completed. The effect of a monovalent salt was also investigated by repeating the lipid-surfactant interaction experiments in the presence of KCl as an additive to the lipid/drug suspension. When KCl was added in the presence of propranolol the overall reaction was the same but with slower kinetics, suggesting that this monovalent salt affects the general lipid-to-micelle transition by stabilizing the membrane, presumably by binding to the carbonyl chains of the phosphatidylcholine.

Reconstituted human polyclonal plasma-derived secretory-like IgM and IgA maintain the barrier function of epithelial cells infected with an enteropathogen.

Intravenous administration of polyclonal and monoclonal antibodies has proven to be a clinically valid approach in the treatment, or at least relief, of many acute and chronic pathologies, such as infection, immunodeficiency, and a broad range of autoimmune conditions. Plasma-derived IgG or recombinant IgG are most frequently used for intravenous or subcutaneous administration, whereas a few IgM-based products are available as well. We have established recently that secretory-like IgA and IgM can be produced upon association of plasma-derived polymeric IgA and IgM with a recombinant secretory component. As a next step toward potential future mucosal administration, we sought to unravel the mechanisms by which these secretory Igs protect epithelial cells located at the interface between the environment and the inside of the body. By using polarized epithelial Caco-2 cell monolayers and Shigella flexneri as a model enteropathogen, we found that polyspecific plasma-derived SIgA and SIgM fulfill many protective functions, including dose-dependent recognition of the antigen via formation of aggregated immune complexes, reduction of bacterial infectivity, maintenance of epithelial cell integrity, and inhibition of proinflammatory cytokine/chemokine production by epithelial cells. In this in vitro model devoid of other cellular or molecular interfering partners, IgM and secretory IgM showed stronger bacterial neutralization than secretory IgA. Together, these data suggest that mucosally delivered antibody preparations may be most effective when combining both secretory-like IgA and IgM, which, together, play a crucial role in preserving several levels of epithelial cell integrity.

In vitro attachment of glycosyl-inositolphospholipid anchor structures to mouse Thy-1 antigen and human decay-accelerating factor.

Glycosyl-inositolphospholipid (GPL) anchoring structures are incorporated into GPL-anchored proteins immediately posttranslationally in the rough endoplasmic reticulum, but the biochemical and cellular constituents involved in this "glypiation" process are unknown. To establish whether glypiation could be achieved in vitro, mRNAs generated by transcription of cDNAs encoding two GPL-anchored proteins, murine Thy-1 antigen and human decay-accelerating factor (DAF), and a conventionally anchored control protein, polymeric-immunoglobulin receptor (IgR), were translated in a rabbit reticulocyte lysate. Upon addition of dog pancreatic rough microsomes, nascent polypeptides generated from the three mRNAs translocated into vesicles. Dispersal of the vesicles with Triton X-114 detergent and incubation of the hydrophobic phase with phosphatidylinositol-specific phospholipases C and D, enzymes specific for GPL-anchor structures, released Thy-1 and DAF but not IgR protein into the aqueous phase. The selective incorporation of phospholipase-sensitive anchoring moieties into Thy-1 and DAF but not IgR translation products during in vitro translocation indicates that rough microsomes are able to support and regulate glypiation.

Guidelines for specialized nutritional and metabolic support in the critically-ill patient. Update. Consensus SEMICYUC-SENPE: Cardiac patient

Patients with cardiac disease can develop two types of malnutrition: cardiac cachexia, which appears in chronic congestive heart failure, and malnutrition due to the complications of cardiac surgery or any other type of surgery in patients with heart disease. Early enteral nutrition should be attempted if the oral route cannot be used. When cardiac function is severely compromised, enteral nutrition is feasible, but supplementation with parenteral nutrition is sometimes required. Sustained hyperglycemia in the first 24 hours in patients admitted for acute coronary syndrome, whether diabetic or not, is a poor prognostic factor for 30-day mortality. In critically-ill cardiac patients with stable hemodynamic failure, nutritional support of 20-25 kcal/kg/day is effective in maintaining adequate nutritional status. Protein intake should be 1.2-1.5 g/kg/day. Routine polymeric or high protein formulae should be used, according to the patient's prior nutritional status, with sodium and volume restriction according to the patient's clinical situation. The major energy source for myocytes is glutamine, through conversion to glutamate, which also protects the myocardial cell from ischemia in critical situations. Administration of 1 g/day of omega-3 (EPA+DHA) in the form of fish oil can prevent sudden death in the treatment of acute coronary syndrome and can also help to reduce hospital admission for cardiovascular events in patients with chronic heart failure.

Remorin, a uronide binding protein with physical properties similar to the tobacco mosaic virus movement protein

The extracellular pectic matrix is a rich source of oligogalacturonic acid (OGA), one of the most abundant polymeric regulatory molecules on the earth's surface. OGAs regulate the expression of a variety of defense genes and have also been implicated in developmental processes. Little is known about how cells perceive OGAs and we have been attempting to characterise proteins capable of interacting with these molecules. We recently succeeded in cloning a cDNA encoding a small OGA-binding protein, remorin. OGA-binding to remorin is not highly specific, the protein binds homogalacturonides, complex pectic polymers and the animal polyuronide heparin. This lack of specificity contrasts with that often observed with classical receptors and the function of remorin remains to be discovered. Remorin copurifies with the plasma membrane but is a very hydrophilic polypeptide. Its behavior during cell fractionation, as well as a number of properties including the OGA-stimulated in vitro phosphorylation and preliminary localization studies, all suggest parallels with some viral movement proteins. Some of these comparisons will be presented. Experiments to directly test for the possible role of this protein in cell-to-cell signalling are in progress. EEF is supported by FNRS grant 31-3672-92.

Nutrición, fibrosis quística y aparato digestivo

The prevalence of hyponutrition in cystic fibrosis is high although it may vary according to the different studies. Detection of hyponutrition should be done by combining different methods, depending on their availability. However, the simplest and most validated criterion is to measure at each visit the weight (and height in children) in order to calculate the body mass index and categorizing hyponutrition according to absolute criteria: in adults < 18.5 kg/m(2), and in children as percentiles of the body mass index. Worsening of the nutritional status is directly related with the decrease in lung function parameters and it has been proposed as a morbidity (and even mortality) predictive factor in people with cystic fibrosis, independently of the level of pulmonary dysfunction. Exocrine pancreatic insufficiency is present is approximately 70-90% of the patients with cystic fibrosis and the genotype-phenotype correlation is high. Most of the patients with exocrine pancreatic insufficiency tolerate a high-fat diet provided that they are treated with pancreatic enzymes at appropriate doses. The prevalence of diabetes increases with age, reaching up 40% of the cases in patients older than 30 years. Clinical liver involvement is less prevalent (it approximately affects 1/3 of the patients). Other intestinal complications such as meconial ileus, gastroesophageal reflux, obstruction of the distal intestine, or fibrosing colon disease may also condition malnourishment. In patients with cystic fibrosis, a usual high-fat diet providing 120%-150% of the recommended calories is advised. If the nutritional goals are not achieved or maintained with diet modifications, artificial supplements may be added, although the recommendation for their use has not been endorsed by solid scientific evidences. The most frequently used preparations usually are polymeric or hypercaloric. The indications for enteral (through a tube, especially gastrostomy) or parenteral nutritional support are similar to those used in other pathologies. Dietary and nutritional control should be included in a multidisciplinary program allowing the improvement of the functional capacity and the quality of life and reducing, at least from a theoretical viewpoint, the morbimortality associated to malnourishment in these patients.

Sorting mechanisms regulating membrane protein traffic in the apical transcytotic pathway of polarized MDCK cells.

The transcytotic pathway followed by the polymeric IgA receptor (pIgR) carrying its bound ligand (dIgA) from the basolateral to the apical surface of polarized MDCK cells has been mapped using morphological tracers. At 20 degreesC dIgA-pIgR internalize to interconnected groups of vacuoles and tubules that comprise the endosomal compartment and in which they codistribute with internalized transferrin receptors (TR) and epidermal growth factor receptors (EGFR). Upon transfer to 37 degreesC the endosome vacuoles develop long tubules that give rise to a distinctive population of 100-nm-diam cup-shaped vesicles containing pIgR. At the same time, the endosome gives rise to multivesicular endosomes (MVB) enriched in EGFR and to 60-nm-diam basolateral vesicles. The cup-shaped vesicles carry the dIgA/pIgR complexes to the apical surface where they exocytose. Using video microscopy and correlative electron microscopy to study cells grown thin and flat we show that endosome vacuoles tubulate in response to dIgA/pIgR but that the tubules contain TR as well as pIgR. However, we show that TR are removed from these dIgA-induced tubules via clathrin-coated buds and, as a result, the cup-shaped vesicles to which the tubules give rise become enriched in dIgA/pIgR. Taken together with the published information available on pIgR trafficking signals, our observations suggest that the steady-state concentrations of TR and unoccupied pIgR on the basolateral surface of polarized MDCK cells are maintained by a signal-dependent, clathrin-based sorting mechanism that operates along the length of the transcytotic pathway. We propose that the differential sorting of occupied receptors within the MDCK endosome is achieved by this clathrin-based mechanism continuously retrieving receptors like TR from the pathways that deliver pIgR to the apical surface and EGFR to the lysosome.