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.

Rôle du microenvironnement apoptotique tissulaire et du MFG-E8 dans la modulation de la réponse inflammatoire

L’inflammation fait partie des processus réactionnels de défense dont dispose l’organisme en réponse aux agressions, assurant l’intégrité de l’hôte. En réponse au dommage tissulaire, plusieurs médiateurs inflammatoires interviennent dans le processus de l’inflammation. Lors de ces dommages, des signaux de dangers provenant de cellules endommagées sont relâchés dans l’environnement tissulaire, pouvant causer des dommages cellulaires et tissulaires. Les macrophages, tout comme d’autres cellules, peuvent être activés par ces signaux de danger, menant à la sécrétion de molécules telles que des cytokines et des chimiokines pouvant modifier le microenvironnement tissulaire. Les insultes au tissu sain peuvent entrainer la mort cellulaire telle que l’apoptose. Les molécules pouvant être relâchées lors de celle-ci contribuent au microenvironnement, notamment de par l’influence de celles-ci sur le macrophage. Parmi ces médiateurs, nous avons identifié le Milk Fat Globule-Epidermal growth factor 8 (MFG-E8), un acteur important dans la résolution de l’inflammation, comme étant relâché spécifiquement par les cellules apoptotiques. Nous avons émis l’hypothèse que le microenvironnement apoptotique tissulaire, via la relâche de MFG-E8, module le phénotype du macrophage, modifiant le microenvironnement, la réponse inflammatoire ainsi que le devenir de l’insulte tissulaire. Nos objectifs sont 1) de caractériser ce microenvironnement apoptotique tissulaire et la cinétique de relâche du MFG-E8 par les cellules apoptotiques, 2) d’en évaluer son rôle dans la modulation du phénotype du macrophage ainsi que 3) d’en étudier, in vivo, son influence sur l’environnement inflammatoire et le devenir tissulaire. Dans le premier article présenté, nous avons démontré que les cellules endothéliales apoptotiques relâchent le MFG-E8 de façon Caspase-3 dépendante. La stimulation des macrophages par l’environnement conditionné par les cellules endothéliales apoptotiques mène à l’adoption d’un profil macrophagien davantage anti-inflammatoire et moindrement pro-inflammatoire. Ce phénotype est réduit par l’inhibition de la Caspase-3 et il dépend de la présence de MFG-E8. De plus, le potentiel du MFG-E8 à la reprogrammation du macrophage pro-inflammatoire a été démontré via un modèle expérimental de péritonite. Ce changement phénotypique médié par MFG-E8 implique une signalisation STAT3. Ayant démontré que les cellules épithéliales apoptotiques, à l’instar des cellules endothéliales apoptotiques, relâchent elles aussi de façon apoptose-dépendante le MFG-E8, nous avons étudié plus exhaustivement un modèle in vivo riche en apoptose épithéliale, l’obstruction urétérale unilatérale. Dans ce deuxième article présenté, nous rapportons l’implication bénéfique de MFG-E8 dans ce modèle de pathologie rénale obstructive. Nous avons constaté que la présence ou l’administration de MFG-E8 réduit le dommage tissulaire et la fibrose. La protection conférée par MFG-E8 est médiée via la modulation de l’activation de l’inflammasome. De plus, nos résultats illustrent l’importance du phénotype anti-inflammatoire du macrophage médié par le MFG-E8 dans la régulation négative de l’activation de l’inflammasome rénal et du dommage tissulaire. Cette thèse présente la première description de la relâche Caspase-3-dépendante de MFG-E8 par les cellules apoptotiques. Elle démontre également l’importance du MFG-E8 dans le microenvironnement apoptotique inflammatoire dans l’atténuation du phénotype pro-inflammatoire du macrophage. De plus, nous avons démontré son rôle protecteur dans des modèles in vivo de transplantation aortique et de réparation tissulaire, de même que dans un modèle de maladie rénale chronique où nous avons montré que cette protection conférée par MFG-E8 est médiée par la régulation négative de l’inflammasome tissulaire. Nos résultats suggèrent ainsi que le MFG-E8 pourrait être considéré comme un interrupteur inflammatoire et ainsi comme une cible potentielle dans la modulation de maladies inflammatoires.

Gene transfection of HEK cells on supermacroporous polyacrylamide monoliths: a comparison of transient and stable recombinant protein expression in perfusion culture

Transient and continuous recombinant protein expression by HEK cells was evaluated in a perfused monolithic bioreactor. Highly porous synthetic cryogel scaffolds (10ml bed volume) were characterised by scanning electron microscopy and tested as cell substrates. Efficient seeding was achieved (94% inoculum retained, with 91-95% viability). Metabolite monitoring indicated continuous cell growth, and endpoint cell density was estimated by genomic DNA quantification to be 5.2x108, 1.1x109 and 3.5x1010 at day 10, 14 and 18. Culture of stably transfected cells allowed continuous production of the Drosophila cytokine Spätzle by the bioreactor at the same rate as in monolayer culture (total 1.2 mg at d18) and this protein was active. In transient transfection experiments more protein was produced per cell compared with monolayer culture. Confocal microscopy confirmed homogenous GFP expression after transient transfection within the bioreactor. Monolithic bioreactors are thus shown to be a flexible and powerful tool for manufacturing recombinant proteins.

The effect of flavanol-rich cocoa on cerebral perfusion in healthy older adults during conscious resting state: a placebo controlled, crossover, acute trial

Rationale: There has recently been increasing interest in the potential of flavanols, plant derived compounds found in foods such as fruit and vegetables, to ameliorate age-related cognitive decline. Research suggests that cocoa flavanols improve memory and learning, possibly as a result of their anti-inflammatory and neuroprotective effects. These effects may be mediated by increased cerebral blood flow (CBF), thus stimulating neuronal function. Objectives: The present study employed arterial spin labelling (ASL) functional magnetic resonance imaging (FMRI) to explore the effect of a single acute dose of cocoa flavanols on regional CBF. Methods: CBF was measured pre and post consumption of low (23mg) or high (494mg) 330ml equicaloric flavanol drinks matched for caffeine, theobromine, taste and appearance according to a randomised counterbalanced crossover double-blind design in eight males and ten females, aged 50-65 years. Changes in perfusion from pre to post consumption were calculated as a function of each drink. Results: Significant increases in regional perfusion across the brain were observed following consumption of the high flavanol drink relative to the low flavanol drink, particularly in the anterior cingulate cortex (ACC) and the central opercular cortex of the parietal lobe. Conclusions: Consumption of cocoa flavanol improves regional cerebral perfusion in older adults. This provides evidence for a possible acute mechanism by which cocoa flavanols are associated with benefits for cognitive performance.

Arterial spin labeling of cerebral perfusion territories using a seperate labeling coil

Purpose: To obtain cerebral perfusion territories of the left, the right. and the posterior circulation in humans with high signal-to-noise ratio (SNR) and robust delineation. Materials and Methods: Continuous arterial spin labeling (CASL) was implemented using a dedicated radio frequency (RF) coil. positioned over the neck, to label the major cerebral feeding arteries in humans. Selective labeling was achieved by flow-driven adiabatic fast passage and by tilting the longitudinal labeling gradient about the Y-axis by theta = +/- 60 degrees. Results: Mean cerebral blood flow (CBF) values in gray matter (GM) and white matter (WM) were 74 +/- 13 mL center dot 100 g(-1) center dot minute(-1) and 14 +/- 13 mL center dot 100 g(-1) center dot minute(-1), respectively (N = 14). There were no signal differences between left and right hemispheres when theta = 0 degrees (P > 0.19), indicating efficient labeling of both hemispheres. When theta = +60 degrees, the signal in GM on the left hemisphere, 0.07 +/- 0.06%, was 92% lower than on the right hemisphere. 0.85 +/- 0.30% (P < 1 x 10(-9)). while for theta = -60 degrees, the signal in the right hemisphere. 0.16 +/- 0.13%, was 82% lower than on the contralateral side. 0.89 +/- 0.22% (P < 1 x 10(-10)). Similar attenuations were obtained in WM. Conclusion: Clear delineation of the left and right cerebral perfusion territories was obtained, allowing discrimination of the anterior and posterior circulation in each hemisphere.

Maintaining Tissue Perfusion in High-Risk Surgical Patients: A Systematic Review of Randomized Clinical Trials

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Gastric mucosal perfusion in dogs: Effects of halogenated anesthetics and of hemorrhage

The gastrointestinal tract is one of the first organs affected by hypoperfusion during hemorrhagic shock. The hemodynamics and oxygen transport variables during hemorrhagic shock and resuscitation can be affected by the anesthetics used. In a model of pressure-guided hemorrhagic shock in dogs, we studied the effects of three halogenated anesthetics - halothane, sevoflurane, and isoflurane - at equipotent concentrations on gastric oxygenation. Thirty dogs were anesthetized with 1.0 minimum alveolar anesthetic concentration (MAC) of either halothane, sevoflurane, or isoflurane. A gastric tonometer was placed in the stomach to determine mucosal gastric CO2 (PgCO(2)) and for the calculation of gastric-arterial PCO2 gradient (PCO2 gap). The dogs were splenectomized and hemorrhaged to hold mean arterial pressure at 40-50 mm Hg over 45 min and then resuscitated with the shed blood volume. Hemodynamics, systemic oxygenation, and PCO2 gap were measured at baseline, after 45 min of hemorrhage, and at 15 and 60 min after blood resuscitation. Hemorrhage induced reductions of mean arterial pressure and cardiac index, while systemic oxygen extraction increased (p < .05), without significant differences among groups (p > .05). Halothane group showed significant lower PCO2 gap values than the other groups (p < .05). After 60 min of shed blood replacement, all groups restored hemodynamics, systemic oxygenation, and PCO2 gap to the prehemorrhage levels (p > .05), without significant differences among groups (p > .05). We conclude that halothane is superior to preserve the gastric mucosal perfusion in comparison to isoflurane and sevoflurane, in dogs submitted to pressure-guided hemorrhagic shock at equipotent doses of halogenated anesthetics.

FUNCTIONAL AND ULTRASTRUCTURAL EVALUATION OF MYOCARDIAL PROTECTION PROVIDED BY INTERMITTENT CORONARY SINUS PERFUSION IN THE ISOLATED DOG HEART

1. The protection offered by intermittent perfusion of of cardioplegic solution through the coronary sinus was investigated in isovolumic blood-perfused dog heart preparations submitted to 60 min of ischemia and 45 min of reperfusion.2. The preparations were divided into three treatment groups: a) coronary sinus, consisting of preparations (N = 10) perfused through the coronary sinus under 40 cm water pressure; b) aortic, consisting of preparations (N = 10) perfused through the aortic stump under 100 mmHg pressure; c) control, consisting of hearts (N = 9) that were not perfused with cardioplegic solution.3. Properties of contractile capacity and relaxation were markedly impaired in the control group but were preserved to a comparable extent in the groups perfused with cardioplegic solution through the aorta and coronary sinus. Developed pressure decreased in the control group (before ischemia: 70 +/- 5.5 mmHg; after reperfusion: 35 +/- 12 mmHg; P < 0.05) and didn't vary in the aortic group (from 69 +/- 4 mmHg to 65 +/- 13 mmHg; P > 0.05) and coronary sinus group (from 69 +/- 4.6 mmHg to 60 +/- 10 mmHg; P > 0.05). Myocardial relaxation was evaluated by the +/- dp/dt ratio. In the control group there was impairment of myocardial relaxation as indicated by an increase of this index after reperfusion (from 1.05 +/- 0.05 to 1.46 +/- 0.23; P < 0.05), whereas in the aortic (from 1.10 +/- 0.13 to 1.15 +/- 0.20; P > 0.05) and the coronary sinus (from 1.03 +/- 0.14 to 1.08 +/- 0.16; P > 0.05) groups there was no variation. Ultrastructural changes in the myocardium were negligible in all three groups at the end of reperfusion.4. We conclude that intermittent perfusion of a hypothermic cardioplegic solution through the coronary sinus is effective for the protection of the myocardium during total ischemia.

INTERACTION AMONG ZINC, GLUCOSE, AND INSULIN IN NORMAL INDIVIDUALS DURING GLUCOSE AND TOLBUTAMIDE PERFUSION

Reports in the literature have shown that acute or chronic zinc administration may cause hyperglycemia, with a fall in serum or insular insulin occurring in experimental animals. on the other hand, under conditions of both acute and chronic hyperglycemia, an increase, a decrease, or a normal level of blood zinc has been observed in studies conducted on humans. Thus, the objective of the investigation described here was to determine the relationship existing among zinc, glucose, and insulin under acute conditions. Thirty-six subjects of both sexes (mean age, 23 yr) were tested at 7:00 A.M. after a 12-h fast. Two antecubital veins of both forearms were punctured and maintained with physiological saline. Three experiments were performed in which zinc was administered orally, and hypertonic glucose and tolbutamid were administered intravenously. Blood samples were then collected over a period ranging from 93 to 240 min after the basal times of - 30 and 0 min. Hyperzincemia did not cause changes in plasma glucose or insulin either in the absence of or during perfusion of glucose. Hyperglycemia, hypoglycemia, and hyperinsulinemia did not modify serum zinc levels. These results demonstrate that acute zinc administration did not change carbohydrate metabolism and that sudden variations in glucose and insulin levels did not modify the serum profile of zinc.

Effect of intraluminal distention on microvascular perfusion in the equine small colon

Objective-To determine the effect of experimental intraluminal distention on microvascular perfusion of the small colon in horses.Animals-6 mixed-breed healthy horses (mean age [+/- SD], 9.1 +/- 2 years).Procedure-Under general anesthesia, the small colon was exposed by celiotomy and 3 segments were demarcated. In 1 of these segments, intraluminal obstruction was created by placement of a latex balloon inflated to a pressure of 40 mm Hg (obstructed segment). The other segments were the sham-operated segment and the control segment. Microvascular perfusion was evaluated in the mucosal, submucosal, muscular, and serosal layers by injection of 15-mum-diameter colored microspheres into branches of the caudal mesenteric artery. Recovery of microspheres was performed by tissue digestion, washing, and centrifugation. Distribution of microspheres in the intestinal layers was evaluated by direct observation of stained frozen sections by light microscopy.Results-A significant reduction was observed in total microvascular perfusion of obstructed segments, which was 26.4% of that of control segments. This reduction was not evident in the mucosal layer.Conclusions and Clinical Relevance-Intraluminal distention of the equine small colon wall can promote ischemia by a reduction in microvascular perfusion in the intestinal wall. Intestinal layers do not seem to be affected to the same extent, because the absolute value for mucosal perfusion did not decrease in the obstructed segment.

Treatment of Pythiosis in Equine Limbs Using Intravenous Regional Perfusion of Amphotericin B

Objective To evaluate the effects of intravenous regional limb perfusion (IRLP) administration of amphotericin B in horses to treat pythiosis after surgical excision and thermocautery. Study Design Case series. Animals Horses (n = 12) with Pythium insidiosum infection of the distal aspect of the thoracic or pelvic limbs. Methods After surgical excision of granulation tissue and thermocautery, 50 mg amphotericin B was administered by IRLP through a catheter placed in a superficial vein of the affected limb next to the lesion after placing a tourniquet above the injection site. The lesions and locomotor system were evaluated before treatment and at 7, 14, 21, 28, 35, and 60 days. Results Ninety-two percent of horses treated with amphotericin B had complete lesion resolution 35 or 60 days after 1 or 2 IRLP treatments, respectively. IRLP induced limb edema and pain during regional palpation in 42%, and inflammation of the injection site in 33% of horses; however these signs resolved after 14 days. Conclusions IRLP administration of amphotericin B was effective for treating pythiosis in equine limbs, resolving infection with manageable side effects.

Coronary perfusion pressure as a determinant of ventricular performance

The results observed in this work support the view that coronary perfusion pressure affects ventricular performance independently of metabolic effects; a mechanism operating in beat-to-beat regulation is proposed.