A combined approach for the assessment of cell viability and cell functionality of human fibrochondrocytes for use in tissue engineering.

Temporo-mandibular joint disc disorders are highly prevalent in adult populations. Autologous chondrocyte implantation is a well-established method for the treatment of several chondral defects. However, very few studies have been carried out using human fibrous chondrocytes from the temporo-mandibular joint (TMJ). One of the main drawbacks associated to chondrocyte cell culture is the possibility that chondrocyte cells kept in culture tend to de-differentiate and to lose cell viability under in in-vitro conditions. In this work, we have isolated human temporo-mandibular joint fibrochondrocytes (TMJF) from human disc and we have used a highly-sensitive technique to determine cell viability, cell proliferation and gene expression of nine consecutive cell passages to determine the most appropriate cell passage for use in tissue engineering and future clinical use. Our results revealed that the most potentially viable and functional cell passages were P5-P6, in which an adequate equilibrium between cell viability and the capability to synthesize all major extracellular matrix components exists. The combined action of pro-apoptotic (TRAF5, PHLDA1) and anti-apoptotic genes (SON, HTT, FAIM2) may explain the differential cell viability levels that we found in this study. These results suggest that TMJF should be used at P5-P6 for cell therapy protocols.

Bone tissue engineering using foetal cell therapy.

Different cell sources for bone tissue engineering are reviewed. In particular, adult cell source strategies have been based on the implantation of unfractionated fresh bone marrow; purified, culture expanded mesenchymal stem cells, differentiated osteoblasts, or cells that have been modified genetically to express rhBMP. Several limiting factors are mentioned for these strategies such as low number of available cells or possible immunological reaction of the host. Foetal bone cells are presented as an alternative solution and review of actual treatments using these cells is presented. Finally, foetal cells used specifically for bone tissue engineering are characterised and potentially interesting therapeutic options are proposed.

Mechanical Properties of a Photopolymerizable Hydrogel for Intervertebral Disc Replacement.

We report on the modelling and experimental validation of a photopolymerizable hydrogel for a Nucleus Pulposus replacement.

DFM/DFMA(A) – analysis and aspects of applying systematic engineering for a microwave testfixture design

In this paper, manufacturability analysis and collection of design aspects is made for a microwave test-fixture. Aspects of applying systematic design for a microwave test-fixture design and manufacturing are also analysed. Special questionnaires for the component and machining are made in order to enable necessary information to ensure DFM(A) – aspects of the component. The aspects of easy manufacturing for machining the microwave test-fixture are collected. Material selection is discussed and manufacturing stages of prototype manufacturing are presented.

Structural studies on enzymes of biotechnological and biomedical interest

Structural studies of proteins aim at elucidating the atomic details of molecular interactions in biological processes of living organisms. These studies are particularly important in understanding structure, function and evolution of proteins and in defining their roles in complex biological settings. Furthermore, structural studies can be used for the development of novel properties in biomolecules of environmental, industrial and medical importance. X-ray crystallography is an invaluable tool to obtain accurate and precise information about the structure of proteins at the atomic level. Glutathione transferases (GSTs) are amongst the most versatile enzymes in nature. They are able to catalyze a wide variety of conjugation reactions between glutathione (GSH) and non-polar components containing an electrophilic carbon, nitrogen or sulphur atom. Plant GSTs from the Tau class (a poorly characterized class) play an important role in the detoxification of xenobiotics and stress tolerance. Structural studies were performed on a Tau class fluorodifen-inducible glutathione transferase from Glycine max (GmGSTU4-4) complexed with GSH (2.7 Å) and a product analogue Nb-GSH (1.7 Å). The three-dimensional structure of the GmGSTU4-4-GSH complex revealed that GSH binds in different conformations in the two subunits of the dimer: in an ionized form in one subunit and a non-ionized form in the second subunit. Only the ionized form of the substrate may lead to the formation of a catalytically competent complex. Structural comparison between the GSH and Nb-GSH bound complexes revealed significant differences with respect to the hydrogen-bonding, electrostatic interaction pattern, the upper part of -helix H4 and the C-terminus of the enzyme. These differences indicate an intrasubunit modulation between the G-and Hsites suggesting an induced-fit mechanism of xenobiotic substrate binding. A novel binding site on the surface of the enzyme was also revealed. Bacterial type-II L-asparaginases are used in the treatment of haematopoietic diseases such as acute lymphoblastic leukaemia (ALL) and lymphomas due to their ability to catalyze the conversion of L-asparagine to L-aspartate and ammonia. Escherichia coli and Erwinia chrysanthemi asparaginases are employed for the treatment of ALL for over 30 years. However, serious side-effects affecting the liver and pancreas have been observed due to the intrinsic glutaminase activity of the administered enzymes. Structural studies on Helicobacter pylori L-asparaginase (HpA) were carried out in an effort to discover novel L-asparaginases with potential chemotherapeutic utility in ALL treatment. Detailed analysis of the active site geometry revealed structurally significant differences between HpA and other Lasparaginases that may be important for the biological activities of the enzyme and could be further exploited in protein engineering efforts.

Genetic engineering of baker's and wine yeasts using formaldehyde hyperresistance-mediating plasmids

Yeast multi-copy vectors carrying the formaldehyde-resistance marker gene SFA have proved to be a valuable tool for research on industrially used strains of Saccharomyces cerevisiae. The genetics of these strains is often poorly understood, and for various reasons it is not possible to simply subject these strains to protocols of genetic engineering that have been established for laboratory strains of S. cerevisiae. We tested our vectors and protocols using 10 randomly picked baker's and wine yeasts all of which could be transformed by a simple protocol with vectors conferring hyperresistance to formaldehyde. The application of formaldehyde as a selecting agent also offers the advantage of its biodegradation to CO2 during fermentation, i.e., the selecting agent will be consumed and therefore its removal during down-stream processing is not necessary. Thus, this vector provides an expression system which is simple to apply and inexpensive to use

Microencapsulation and tissue engineering as an alternative treatment of diabetes

In the 70's, pancreatic islet transplantation arose as an attractive alternative to restore normoglycemia; however, the scarcity of donors and difficulties with allotransplants, even under immunosuppressive treatment, greatly hampered the use of this alternative. Several materials and devices have been developed to circumvent the problem of islet rejection by the recipient, but, so far, none has proved to be totally effective. A major barrier to transpose is the highly organized islet architecture and its physical and chemical setting in the pancreatic parenchyma. In order to tackle this problem, we assembled a multidisciplinary team that has been working towards setting up the Human Pancreatic Islets Unit at the Chemistry Institute of the University of São Paulo, to collect and process pancreas from human donors, upon consent, in order to produce purified, viable and functional islets to be used in transplants. Collaboration with the private enterprise has allowed access to the latest developed biomaterials for islet encapsulation and immunoisolation. Reasoning that the natural islet microenvironment should be mimicked for optimum viability and function, we set out to isolate extracellular matrix components from human pancreas, not only for analytical purposes, but also to be used as supplementary components of encapsulating materials. A protocol was designed to routinely culture different pancreatic tissues (islets, parenchyma and ducts) in the presence of several pancreatic extracellular matrix components and peptide growth factors to enrich the beta cell population in vitro before transplantation into patients. In addition to representing a therapeutic promise, this initiative is an example of productive partnership between the medical and scientific sectors of the university and private enterprises.

Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate)-based scaffolds for tissue engineering

Development and selection of an ideal scaffold is of importance for tissue engineering. Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (PHBHHx) is a biocompatible bioresorbable copolymer that belongs to the polyhydroxyalkanoate family. Because of its good biocompatibility, PHBHHx has been widely used as a cell scaffold for tissue engineering. This review focuses on the utilization of PHBHHx-based scaffolds in tissue engineering. Advances in the preparation, modification, and application of PHBHHx scaffolds are discussed.

Paramétrisation de la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire haute fréquence et pertinence comme facteur de risque de la thrombose veineuse

L’agrégation érythrocytaire est le principal facteur responsable des propriétés non newtoniennes sanguines pour des conditions d’écoulement à faible cisaillement. Lorsque les globules rouges s’agrègent, ils forment des rouleaux et des structures tridimensionnelles enchevêtrées qui font passer la viscosité sanguine de quelques mPa.s à une centaine de mPa.s. Cette organisation microstructurale érythrocytaire est maintenue par des liens inter-globulaires de faible énergie, lesquels sont brisés par une augmentation du cisaillement. Ces propriétés macroscopiques sont bien connues. Toutefois, les liens étiologiques entre ces propriétés rhéologiques générales et leurs effets pathophysiologiques demeurent difficiles à évaluer in vivo puisque les propriétés sanguines sont dynamiques et fortement tributaires des conditions d’écoulement. Ainsi, à partir de propriétés rhéologiques mesurées in vitro dans des conditions contrôlées, il devient difficile d’extrapoler leurs valeurs dans un environnement physiologique. Or, les thrombophlébites se développent systématiquement en des loci particuliers du système cardiovasculaire. D’autre part, plusieurs études cliniques ont établi que des conditions hémorhéologiques perturbées constituent des facteurs de risque de thrombose veineuse mais leurs contributions étiologiques demeurent hypothétiques ou corrélatives. En conséquence, un outil de caractérisation hémorhéologique applicable in vivo et in situ devrait permettre de mieux cerner et comprendre ces implications. Les ultrasons, qui se propagent dans les tissus biologiques, sont sensibles à l’agrégation érythrocytaire. De nature non invasive, l’imagerie ultrasonore permet de caractériser in vivo et in situ la microstructure sanguine dans des conditions d’écoulements physiologiques. Les signaux ultrasonores rétrodiffusés portent une information sur la microstructure sanguine reflétant directement les perturbations hémorhéologiques locales. Une cartographie in vivo de l’agrégation érythrocytaire, unique aux ultrasons, devrait permettre d’investiguer les implications étiologiques de l’hémorhéologie dans la maladie thrombotique vasculaire. Cette thèse complète une série de travaux effectués au Laboratoire de Biorhéologie et d’Ultrasonographie Médicale (LBUM) du centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal portant sur la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire et menant à une application in vivo de la méthode. Elle se situe à la suite de travaux de modélisation qui ont mis en évidence la pertinence d’un modèle particulaire tenant compte de la densité des globules rouges, de la section de rétrodiffusion unitaire d’un globule et du facteur de structure. Ce modèle permet d’établir le lien entre la microstructure sanguine et le spectre fréquentiel du coefficient de rétrodiffusion ultrasonore. Une approximation au second ordre en fréquence du facteur de structure est proposée dans ces travaux pour décrire la microstructure sanguine. Cette approche est tout d’abord présentée et validée dans un champ d’écoulement cisaillé homogène. Une extension de la méthode en 2D permet ensuite la cartographie des propriétés structurelles sanguines en écoulement tubulaire par des images paramétriques qui mettent en évidence le caractère temporel de l’agrégation et la sensibilité ultrasonore à ces phénomènes. Une extrapolation menant à une relation entre la taille des agrégats érythrocytaires et la viscosité sanguine permet l’établissement de cartes de viscosité locales. Enfin, il est démontré, à l’aide d’un modèle animal, qu’une augmentation subite de l’agrégation érythrocytaire provoque la formation d’un thrombus veineux. Le niveau d’agrégation, la présence du thrombus et les variations du débit ont été caractérisés, dans cette étude, par imagerie ultrasonore. Nos résultats suggèrent que des paramètres hémorhéologiques, préférablement mesurés in vivo et in situ, devraient faire partie du profil de risque thrombotique.

Mechanical simulation of the endovascular repair of abdominal aortic aneurysms

Ce travail de thèse porte sur la simulation du déploiement des prothèses vasculaires de type stent-graft (SG) lors de la réparation endovasculaire (EVAR) des anévrismes de l’aorte abdominale (AAA). Cette étude se présente en trois parties: (i) tests mécaniques en flexion et compression de SG couramment utilisés (corps et jambage de marque Cook) ainsi que la simulation numérique desdits tests, (ii) développement d’un modèle numérique d’anévrisme, (iii) stratégie de simulation du déploiement des SG. La méthode numérique employée est celle des éléments finis. Dans un premier temps, une vérification du modèle éléments finis (MEF) des SG est realisée par comparaison des différents cas de charge avec leur pendant expérimental. Ensuite, le MEF vasculaire (AAA) est lui aussi vérifié lors d’une comparaison des niveaux de contraintes maximales principales dans la paroi avec des valeurs de la littérature. Enfin, le déploiement est abordé tout en intégrant les cathéters. Les tests mécaniques menés sur les SG ont été simulés avec une différence maximale de 5,93%, tout en tenant compte de la pré-charge des stents. Le MEF de la structure vasculaire a montré des contraintes maximales principales éloignées de 4,41% par rapport à un modèle similaire précédemment publié. Quant à la simulation du déploiement, un jeu complet de SG a pu être déployé avec un bon contrôle de la position relative et globale, dans un AAA spécifique pré-déformé, sans toutefois inclure de thrombus intra-luminal (TIL). La paroi du AAA a été modélisée avec une loi de comportement isotropique hyperélastique. Étant donné que la différence maximale tolérée en milieu clinique entre réalité et simulation est de 5%, notre approche semble acceptable et pourrait donner suite à de futurs développements. Cela dit, le petit nombre de SG testés justifie pleinement une vaste campagne de tests mécaniques et simulations supplémentaires à des fins de validation.

Développement d'une nouvelle méthode de caractérisation tissulaire basée sur l'élastographie ultrasonore : application pour le dépistage précoce du cancer du sein

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme. Il demeure la cause de mortalité la plus importante chez les femmes âgées entre 35 et 55 ans. Au Canada, plus de 20 000 nouveaux cas sont diagnostiqués chaque année. Les études scientifiques démontrent que l'espérance de vie est étroitement liée à la précocité du diagnostic. Les moyens de diagnostic actuels comme la mammographie, l'échographie et la biopsie comportent certaines limitations. Par exemple, la mammographie permet de diagnostiquer la présence d’une masse suspecte dans le sein, mais ne peut en déterminer la nature (bénigne ou maligne). Les techniques d’imagerie complémentaires comme l'échographie ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont alors utilisées en complément, mais elles sont limitées quant à la sensibilité et la spécificité de leur diagnostic, principalement chez les jeunes femmes (< 50 ans) ou celles ayant un parenchyme dense. Par conséquent, nombreuses sont celles qui doivent subir une biopsie alors que leur lésions sont bénignes. Quelques voies de recherche sont privilégiées depuis peu pour réduire l`incertitude du diagnostic par imagerie ultrasonore. Dans ce contexte, l’élastographie dynamique est prometteuse. Cette technique est inspirée du geste médical de palpation et est basée sur la détermination de la rigidité des tissus, sachant que les lésions en général sont plus rigides que le tissu sain environnant. Le principe de cette technique est de générer des ondes de cisaillement et d'en étudier la propagation de ces ondes afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu via un problème inverse préétabli. Cette thèse vise le développement d'une nouvelle méthode d'élastographie dynamique pour le dépistage précoce des lésions mammaires. L'un des principaux problèmes des techniques d'élastographie dynamiques en utilisant la force de radiation est la forte atténuation des ondes de cisaillement. Après quelques longueurs d'onde de propagation, les amplitudes de déplacement diminuent considérablement et leur suivi devient difficile voir impossible. Ce problème affecte grandement la caractérisation des tissus biologiques. En outre, ces techniques ne donnent que l'information sur l'élasticité tandis que des études récentes montrent que certaines lésions bénignes ont les mêmes élasticités que des lésions malignes ce qui affecte la spécificité de ces techniques et motive la quantification de d'autres paramètres mécaniques (e.g.la viscosité). Le premier objectif de cette thèse consiste à optimiser la pression de radiation acoustique afin de rehausser l'amplitude des déplacements générés. Pour ce faire, un modèle analytique de prédiction de la fréquence de génération de la force de radiation a été développé. Une fois validé in vitro, ce modèle a servi pour la prédiction des fréquences optimales pour la génération de la force de radiation dans d'autres expérimentations in vitro et ex vivo sur des échantillons de tissu mammaire obtenus après mastectomie totale. Dans la continuité de ces travaux, un prototype de sonde ultrasonore conçu pour la génération d'un type spécifique d'ondes de cisaillement appelé ''onde de torsion'' a été développé. Le but est d'utiliser la force de radiation optimisée afin de générer des ondes de cisaillement adaptatives, et de monter leur utilité dans l'amélioration de l'amplitude des déplacements. Contrairement aux techniques élastographiques classiques, ce prototype permet la génération des ondes de cisaillement selon des parcours adaptatifs (e.g. circulaire, elliptique,…etc.) dépendamment de la forme de la lésion. L’optimisation des dépôts énergétiques induit une meilleure réponse mécanique du tissu et améliore le rapport signal sur bruit pour une meilleure quantification des paramètres viscoélastiques. Il est aussi question de consolider davantage les travaux de recherches antérieurs par un appui expérimental, et de prouver que ce type particulier d'onde de torsion peut mettre en résonance des structures. Ce phénomène de résonance des structures permet de rehausser davantage le contraste de déplacement entre les masses suspectes et le milieu environnant pour une meilleure détection. Enfin, dans le cadre de la quantification des paramètres viscoélastiques des tissus, la dernière étape consiste à développer un modèle inverse basé sur la propagation des ondes de cisaillement adaptatives pour l'estimation des paramètres viscoélastiques. L'estimation des paramètres viscoélastiques se fait via la résolution d'un problème inverse intégré dans un modèle numérique éléments finis. La robustesse de ce modèle a été étudiée afin de déterminer ces limites d'utilisation. Les résultats obtenus par ce modèle sont comparés à d'autres résultats (mêmes échantillons) obtenus par des méthodes de référence (e.g. Rheospectris) afin d'estimer la précision de la méthode développée. La quantification des paramètres mécaniques des lésions permet d'améliorer la sensibilité et la spécificité du diagnostic. La caractérisation tissulaire permet aussi une meilleure identification du type de lésion (malin ou bénin) ainsi que son évolution. Cette technique aide grandement les cliniciens dans le choix et la planification d'une prise en charge adaptée.

Marine Engineering Training in India -A Pedagogic Introspection

Indian marine engineers are renowned for employment globally due to their knowledge, skill and reliability. This praiseworthy status has been achieved mainly due to the systematic training imparted to marine engineering cadets. However, in an era of advancing technology, marine engineering training has to remain dynamic to imbibe latest technology as well as to meet the demands of the shipping industry. New subjects of studies have to be included in the curriculum in a timely manner taking into consideration the industry requirements and best practices in shipping. Technical competence of marine engineers also has to be subjected to changes depending upon the needs of the ever growing and over regulated shipping industry. Besides. certain soft skills are to be developed and improved amongst the marine engineers in order to alter or amend the personality traits leading to their career success.If timely corrective action is taken. Indian marine engineers can be in still greater demand for employment in global maritime field. In order to enhance the employability of our mmine engineers by improving their quality, a study of marine engineers in general and class IV marine engineers in particular was conducted based on three distinct surveys, viz., survey among senior marine engineers, survey among employers of marine engineers and survey of class IV marine engineers themselves.The surveys have been planned and questionnaires have been designed to focus the study of marine engineer officer class IV from the point of view of the three distinct groups of maritime personnels. As a result of this, the strength and weakness of class IV marine engineers are identified with regard to their performance on board ships, acquisition of necessary technical skills. employability and career success. The criteria of essential qualities of a marine engineer are classified as academic, technical, social, psychological. physical, mental, emergency responsive, communicative and leadership, and have been assessed for a practicing marine engineer by statistical analysis of data collected from surveys. These are assessed for class IV marine engineers from the point of view of senior marine engineers and employers separately. The Endings are delineated and graphically depicted in this thesis.Besides. six pertinent personality traits of a marine engineer viz. self esteem. learning style. decision making. motivation. team work and listening self inventory have been subjected to study and their correlation with career success have been established wherever possible. This is carried out to develop a theoretical framework to understand what leads a marine engineer to his career attainment. This enables the author to estimate the personality strengths and weaknesses of a serving marine engineer and eventually to deduce possible corrective measures or modifications in marine engineering training in India.Maritime training is largely based on International Conventions on Standard of Training. Certification and Watch keeping for Seafarers 1995. its associated Code and Merchant Shipping (STCW for Seafarers) Rules 1998. Further, Maritime Education, Training and Assessment (META) Manual was subjected to a critical scrutiny and relevant Endings of thc surveys arc superimposed on the existing rule requirement and curriculum. Views of senior marine engineers and executives of various shipping companies are taken into account before arriving at the revision of syllabus of marine engineering courses. Modifications in the pattern of workshop and sea service for graduate mechanical engineering trainees are recommended. Desirable age brackets of junior engineers and chief engineers. use of Training and Assessment Record book (TAR Book) during training etc. have also been evaluated.As a result of the pedagogic introspection of the existing system of marine engineering training in India. in this thesis, a revised pattern of workshop training of six months duration for graduate mechanical engineers. revised pattern of sea service training of one year duration and modified now diagram incorporating the above have been arrived at. Effects of various personality traits on career success have been established along with certain findings for improvement of desirable personality traits of marine engineers.

Polymer-Plastics Technology and Engineering

Fine (approximately 18 nm) particles of nickel ferrite were synthesized by the sol-gel technique, and their structural properties were evaluated by X-ray diffraction. Neoprene-based rubber ferrite composites were prepared by incorporating these nickel ferrite powders in the rubber matrix according to a specific recipe. The cure characteristics were analyzed, and the samples were molded into particular shapes whose properties were determined according to ASTM standards. Magnetization studies were carried out using a Vibrating Sample Magnetometer. This study indicates that neoprene rubber-based flexible magnets with desired magnetic properties and appropriate mechanical properties can be prepared by incorporating an adequate amount of nanoscale nickel ferrite particles within the rubber matrix