Long-term efficacy of ciliary muscle gene transfer of three sFlt-1 variants in a rat model of laser-induced choroidal neovascularization.

Inhibition of vascular endothelial growth factor (VEGF) has become the standard of care for patients presenting with wet age-related macular degeneration. However, monthly intravitreal injections are required for optimal efficacy. We have previously shown that electroporation enabled ciliary muscle gene transfer results in sustained protein secretion into the vitreous for up to 9 months. Here, we evaluated the long-term efficacy of ciliary muscle gene transfer of three soluble VEGF receptor-1 (sFlt-1) variants in a rat model of laser-induced choroidal neovascularization (CNV). All three sFlt-1 variants significantly diminished vascular leakage and neovascularization as measured by fluorescein angiography (FA) and flatmount choroid at 3 weeks. FA and infracyanine angiography demonstrated that inhibition of CNV was maintained for up to 6 months after gene transfer of the two shortest sFlt-1 variants. Throughout, clinical efficacy was correlated with sustained VEGF neutralization in the ocular media. Interestingly, treatment with sFlt-1 induced a 50% downregulation of VEGF messenger RNA levels in the retinal pigment epithelium and the choroid. We demonstrate for the first time that non-viral gene transfer can achieve a long-term reduction of VEGF levels and efficacy in the treatment of CNV.Gene Therapy advance online publication, 27 June 2013; doi:10.1038/gt.2013.36.

Establishment of a reliable laser-Induced Choroidal Neovascularization Animal Model

Purpose: Pathologic choroidal neovascularizations (CNV) are implicated in the wet form of age-related macular degeneration (ARMD). Abnormal vessel growth is also observed in disease when hypoxia and/or inflammation occur. Our goal is to establish a standard protocol of laser-induced CNV in mice that have different levels of pigmentation to identify the most reliable animal model.Methods: CNV was induced by 4 burns around the optic disk, using a green argon laser (100μm diameter spot size; 0,05 sec. duration) in C57/Bl6, DBA/1 and Balb/c to ascertain the efficacy of the method in function of retina pigmentation. Five different intensities were tested and Bruch's membrane disruption was identified by the appearance of a bubble at the site of photocoagulation. Fluorescein angiographies (FA) were undertaken 14 days post lesion and CNV area was quantified by immunohistochemistry on cryosections.Results: CNV retina area was related to spot intensity after laser injury. While 180mW and 200mW do not induce reliable CNV (respectively 27.85±0.35% and 29±1.67% of the retina surface), 260mW is required to induce 51,07±8.52% of CNV in C57/Bl6 mice. For the DBA/1 strain, less pigmented, 200mW was sufficient to induce 49.35±3.9% of CNV, indicating that lower intensity are required to induce CNV. Furthermore, an intensity of 180mW induced greater CNV (35.55±6.01%) than in C57/Bl6 mice. Nevertheless, laser did not induce reproducible 50% CNV in Balb/c albino mice for all intensities tested. Isolectin-B4 and GFAP stainings revealed neovessel formation and photoreceptor (PR) degeneration at the impact site. The presence of glia was observed throughout all the retinal layers and angiograms showed fluorescein leakage in pigmented mice.Conclusions: The establishment of a standard protocol to induce CNV and subsequent PR degeneration is of prime importance for the use of the laser-induced CNV model and will allow to evaluate the therapeutic potency of agents to prevent CNV and retinal degeneration.

Laser-induced forward transfer of liquids: Study of the droplet ejection process

Laser-induced forward transfer (LIFT) is a laser direct-write technique that offers the possibility of printing patterns with a high spatial resolution from a wide range of materials in a solid or liquid state, such as conductors, dielectrics, and biomolecules in solution. This versatility has made LIFT a very promising alternative to lithography-based processes for the rapid prototyping of biomolecule microarrays. Here, we study the transfer process through the LIFT of droplets of a solution suitable for microarray preparation. The laser pulse energy and beam size were systematically varied, and the effect on the transferred droplets was evaluated. Controlled transfers in which the deposited droplets displayed optimal features could be obtained by varying these parameters. In addition, the transferred droplet volume displayed a linear dependence on the laser pulse energy. This dependence allowed determining a threshold energy density value, independent of the laser focusing conditions, which acted as necessary conditions for the transfer to occur. The corresponding sufficient condition was given by a different total energy threshold for each laser beam dimension. The threshold energy density was found to be the dimensional parameter that determined the amount of the transferred liquid per laser pulse, and there was no substantial loss of material due to liquid vaporization during the transfer.

Carcinoembryonic antigen expression, antibody localisation and immunophotodetection of human colon cancer liver metastases in nude mice: a model for radioimmunotherapy.

Colorectal cancer frequently disseminates through the portal vein into the liver. In this study, outbred Swiss nude mice were adapted to facilitate the induction of liver metastases by a pre-grafting treatment with 6 Gy total body irradiation and i.v. injection of anti-asialo GM1 antibody. One day later, cultured LS 174T human colon cancer cells were injected into the surgically exposed spleen, which was resected 3 min later. In 48 of 65 mice, a few to several hundred liver metastases were macroscopically observed at dissection 3 to 4 weeks after transplantation. Ten of 10 mice, followed-up for survival, died with multiple large confluent liver metastases. By reducing the radiation dose to 4 or 0 Gy, or omitting the anti-asialo GM1 antibody injection, only 60%, 37% or 50% of mice, respectively, had visible metastases 3 weeks after transplantation. Carcinoembryonic antigen (CEA) measured in tumour extracts was in the mean 25.6 micrograms/g in liver metastases compared with 9.2 micrograms/g in s.c. tumours. Uptake of radiolabelled anti-CEA monoclonal antibody (MAb) in the metastases 12, 24 and 48 hr after injection gave a mean value of 39% of the injected dose per gram of tissue (ID/g). In comparison, MAb uptake in s.c. and intrasplenic tumours or lung metastases gave a mean percentage ID/g of 20, 18 and 15, respectively. Laser-induced fluorescence after injection of indocyanin-MAb conjugate allowed direct visual detection of small liver metastases, including some that were not visible under normal light. Preliminary results showed that mice, pre-treated with 4 Gy irradiation and the anti-asialo GM1 injection, were tolerant to radioimmunotherapy with a total dose of 500 muCi 131I labeled anti-CEA intact MAbs given in 3 injections.

Deposition and characterization of lines printed through laser-induced forward transfer

The possibility of printing two-dimensional micropatterns of biomolecule solutions is of great interest in many fields of research in biomedicine, from cell-growth and development studies to the investigation of the mechanisms of communication between cells. Although laser-induced forward transfer (LIFT) has been extensively used to print micrometric droplets of biological solutions, the fabrication of complex patterns depends on the feasibility of the technique to print micron-sized lines of aqueous solutions. In this study we investigate such a possibility through the analysis of the influence of droplet spacing of a water and glycerol solution on the morphology of the features printed by LIFT. We prove that it is indeed possible to print long and uniform continuous lines by controlling the overlap between adjacent droplets. We show how, depending on droplet spacing, several printed morphologies are generated, and we offer, in addition, a simple explanation of the observed behavior based on the jetting dynamics characteristic of the LIFT of liquids.

Determination of ochratoxin A in coriander (Coriandrum sativum L.) by HPCL/fluorescence detection

An analytical study based on extraction with acetonitrile-water, immunoaffinity column cleanup, and HPLC/fluorescence detection for separation and identification of ochratoxin A in coriander was carried out. Validation of the applied methodology was done through accuracy and precision studies. Homogenized samples of coriander were spiked in triplicate with ochratoxin A at 0.5, 1.0, 2.0, and 5.0 µg/kg levels. Recovery values were in the range of 98% for a fortification level at 0.5 µg/kg to 109.1% at 1.0 µg/kg. Application to coriander samples available in Portuguese markes showed no contamination with ochratoxin A.

Photomultiplier nonlinear response in time-domain laser-induced luminescence spectroscopy

A new procedure to find the limiting range of the photomultiplier linear response of a low-cost, digital oscilloscope-based time-resolved laser-induced luminescence spectrometer (TRLS), is presented. A systematic investigation on the instrument response function with different signal input terminations, and the relationship between the luminescence intensity reaching the photomultiplier and the measured decay time are described. These investigations establish that setting the maximum intensity of the luminescence signal below 0.3V guarantees, for signal input terminations equal or higher than 99.7 ohm, a linear photomultiplier response.

Two-Photon Excited Fluorescence Detection Technology in Screening for Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus

Control of the world-wide spread of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) has been unsuccessful in most developed countries. A few countries have been able to maintain a low MRSA prevalence, plausibly due to their strict MRSA control policies. Such policies require wide-scale screening of patients with suspected MRSA colonization, in order to nurse the MRSA-positive patients in contact isolation. The aim of this study was to develop and introduce a 2-photon excited fluorescence detection (TPX) technique for screening of MRSA directly from clinical samples. The assay principle involves specific online immunometric monitoring of S. aureus growth under selective antibiotic pressure. After the novel TPX approach had been set up, its applicability for the detection of MRSA was evaluated using a large MRSA collection including practically all epidemic MRSA strains identified in Finland between 1991 and 2009. The TPX assay was found both sensitive (97.9%) and specific (94.1%) in this epidemiological setting, illustrating that the method is tolerant to wide biological variation as well as to environments with rapidly emerging MRSA strains. When MRSA was screened directly from colonization samples, all patients positive for MRSA by conventional methods were positive also by the TPX assay. The assay capacity was 48 samples per a test run, and the median time required for confirmation of a true-positive screening test result was 3 h 26 min. Collectively, the findings presented in this thesis suggest that the TPX MRSA screening assay could be applicable for direct screening of MRSA colonization samples without any prior steps of isolation. This can potentially mean that contact isolation of suspected carriers testing negative could be discontinued earlier, thereby reducing the costs and burden associated with the containment of MRSA. In case of infection, a positive test result would ensure an early onset of effective therapy.

Développement de méthodes analytiques de séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose

La cellulose et ses dérivés sont utilisés dans un vaste nombre d’applications incluant le domaine pharmaceutique pour la fabrication de médicaments en tant qu’excipient. Différents dérivés cellulosiques tels que le carboxyméthylcellulose (CMC) et l’hydroxyéthylcellulose (HEC) sont disponibles sur le commerce. Le degré de polymérisation et de modification diffèrent énormément d’un fournisseur à l’autre tout dépendamment de l’origine de la cellulose et de leur procédé de dérivation, leur conférant ainsi différentes propriétés physico-chimiques qui leurs sont propres, telles que la viscosité et la solubilité. Notre intérêt est de développer une méthode analytique permettant de distinguer la différence entre deux sources d’un produit CMC ou HEC. L’objectif spécifique de cette étude de maitrise était l’obtention d’un profil cartographique de ces biopolymères complexes et ce, par le développement d’une méthode de digestion enzymatique donnant les oligosaccharides de plus petites tailles et par la séparation de ces oligosaccharides par les méthodes chromatographiques simples. La digestion fut étudiée avec différents paramètres, tel que le milieu de l’hydrolyse, le pH, la température, le temps de digestion et le ratio substrat/enzyme. Une cellulase de Trichoderma reesei ATCC 26921 fut utilisée pour la digestion partielle de nos échantillons de cellulose. Les oligosaccharides ne possédant pas de groupements chromophores ou fluorophores, ils ne peuvent donc être détectés ni par absorbance UV-Vis, ni par fluorescence. Il a donc été question d’élaborer une méthode de marquage des oligosaccharides avec différents agents, tels que l’acide 8-aminopyrène-1,3,6-trisulfonique (APTS), le 3-acétylamino-6-aminoacridine (AA-Ac) et la phénylhydrazine (PHN). Enfin, l’utilisation de l’électrophorèse capillaire et la chromatographie liquide à haute performance a permis la séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose. Pour chacune de ces méthodes analytiques, plusieurs paramètres de séparation ont été étudiés.

Marquage fluorescent des protéines pour étudier les enzymes protéolytiques solubles et immobilisées par la cartographie peptidique électrophorétique

La cartographie peptidique est une méthode qui permet entre autre d’identifier les modifications post-traductionnelles des protéines. Elle comprend trois étapes : 1) la protéolyse enzymatique, 2) la séparation par électrophorèse capillaire (CE) ou chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) des fragments peptidiques et 3) l’identification de ces derniers. Cette dernière étape peut se faire par des méthodes photométriques ou par spectrométrie de masse (MS). Au cours de la dernière décennie, les enzymes protéolytiques immobilisées ont acquis une grande popularité parce qu’elles peuvent être réutilisées et permettent une digestion rapide des protéines due à un rapport élevé d’enzyme/substrat. Pour étudier les nouvelles techniques d’immobilisation qui ont été développées dans le laboratoire du Professeur Waldron, la cartographie peptidique par CE est souvent utilisée pour déterminer le nombre total de peptides détectés et leurs abondances. La CE nous permet d’avoir des séparations très efficaces et lorsque couplée à la fluorescence induite par laser (LIF), elle donne des limites de détection qui sont 1000 fois plus basses que celles obtenues avec l’absorbance UV-Vis. Dans la méthode typique, les peptides venant de l’étape 1) sont marqués avec un fluorophore avant l’analyse par CE-LIF. Bien que la sensibilité de détection LIF puisse approcher 10-12 M pour un fluorophore, la réaction de marquage nécessite un analyte dont la concentration est d’au moins 10-7 M, ce qui représente son principal désavantage. Donc, il n’est pas facile d’étudier les enzymes des peptides dérivés après la protéolyse en utilisant la technique CE-LIF si la concentration du substrat protéique initial est inférieure à 10-7 M. Ceci est attribué à la dilution supplémentaire lors de la protéolyse. Alors, afin d’utiliser le CE-LIF pour évaluer l’efficacité de la digestion par enzyme immobilisée à faible concentration de substrat,nous proposons d’utiliser des substrats protéiques marqués de fluorophores pouvant être purifiés et dilués. Trois méthodes de marquage fluorescent de protéine sont décrites dans ce mémoire pour étudier les enzymes solubles et immobilisées. Les fluorophores étudiés pour le marquage de protéine standard incluent le naphtalène-2,3-dicarboxaldéhyde (NDA), la fluorescéine-5-isothiocyanate (FITC) et l’ester de 6-carboxyfluorescéine N-succinimidyl (FAMSE). Le FAMSE est un excellent réactif puisqu’il se conjugue rapidement avec les amines primaires des peptides. Aussi, le substrat marqué est stable dans le temps. Les protéines étudiées étaient l’-lactalbumine (LACT), l’anhydrase carbonique (CA) et l’insuline chaîne B (INB). Les protéines sont digérées à l’aide de la trypsine (T), la chymotrypsine (CT) ou la pepsine (PEP) dans leurs formes solubles ou insolubles. La forme soluble est plus active que celle immobilisée. Cela nous a permis de vérifier que les protéines marquées sont encore reconnues par chaque enzyme. Nous avons comparé les digestions des protéines par différentes enzymes telles la chymotrypsine libre (i.e., soluble), la chymotrypsine immobilisée (i.e., insoluble) par réticulation avec le glutaraldéhyde (GACT) et la chymotrypsine immobilisée sur billes d’agarose en gel (GELCT). Cette dernière était disponible sur le marché. Selon la chymotrypsine utilisée, nos études ont démontré que les cartes peptidiques avaient des différences significatives selon le nombre de pics et leurs intensités correspondantes. De plus, ces études nous ont permis de constater que les digestions effectuées avec l’enzyme immobilisée avaient une bonne reproductibilité. Plusieurs paramètres quantitatifs ont été étudiés afin d’évaluer l’efficacité des méthodes développées. La limite de détection par CE-LIF obtenue était de 3,010-10 M (S/N = 2,7) pour la CA-FAM digérée par GACT et de 2,010-10 M (S/N = 4,3) pour la CA-FAM digérée par la chymotrypsine libre. Nos études ont aussi démontrées que la courbe d’étalonnage était linéaire dans la région de travail (1,0×10-9-1,0×10-6 M) avec un coefficient de corrélation (R2) de 0,9991.

Space and time characterization of laser-induced plasmas for applications in chemical analysis and thin film deposition

Après des décennies de développement, l'ablation laser est devenue une technique importante pour un grand nombre d'applications telles que le dépôt de couches minces, la synthèse de nanoparticules, le micro-usinage, l’analyse chimique, etc. Des études expérimentales ainsi que théoriques ont été menées pour comprendre les mécanismes physiques fondamentaux mis en jeu pendant l'ablation et pour déterminer l’effet de la longueur d'onde, de la durée d'impulsion, de la nature de gaz ambiant et du matériau de la cible. La présente thèse décrit et examine l'importance relative des mécanismes physiques qui influencent les caractéristiques des plasmas d’aluminium induits par laser. Le cadre général de cette recherche forme une étude approfondie de l'interaction entre la dynamique de la plume-plasma et l’atmosphère gazeuse dans laquelle elle se développe. Ceci a été réalisé par imagerie résolue temporellement et spatialement de la plume du plasma en termes d'intensité spectrale, de densité électronique et de température d'excitation dans différentes atmosphères de gaz inertes tel que l’Ar et l’He et réactifs tel que le N2 et ce à des pressions s’étendant de 10‾7 Torr (vide) jusqu’à 760 Torr (pression atmosphérique). Nos résultats montrent que l'intensité d'émission de plasma dépend généralement de la nature de gaz et qu’elle est fortement affectée par sa pression. En outre, pour un délai temporel donné par rapport à l'impulsion laser, la densité électronique ainsi que la température augmentent avec la pression de gaz, ce qui peut être attribué au confinement inertiel du plasma. De plus, on observe que la densité électronique est maximale à proximité de la surface de la cible où le laser est focalisé et qu’elle diminue en s’éloignant (axialement et radialement) de cette position. Malgré la variation axiale importante de la température le long du plasma, on trouve que sa variation radiale est négligeable. La densité électronique et la température ont été trouvées maximales lorsque le gaz est de l’argon et minimales pour l’hélium, tandis que les valeurs sont intermédiaires dans le cas de l’azote. Ceci tient surtout aux propriétés physiques et chimiques du gaz telles que la masse des espèces, leur énergie d'excitation et d'ionisation, la conductivité thermique et la réactivité chimique. L'expansion de la plume du plasma a été étudiée par imagerie résolue spatio-temporellement. Les résultats montrent que la nature de gaz n’affecte pas la dynamique de la plume pour des pressions inférieures à 20 Torr et pour un délai temporel inférieur à 200 ns. Cependant, pour des pressions supérieures à 20 Torr, l'effet de la nature du gaz devient important et la plume la plus courte est obtenue lorsque la masse des espèces du gaz est élevée et lorsque sa conductivité thermique est relativement faible. Ces résultats sont confirmés par la mesure de temps de vol de l’ion Al+ émettant à 281,6 nm. D’autre part, on trouve que la vitesse de propagation des ions d’aluminium est bien définie juste après l’ablation et près de la surface de la cible. Toutefois, pour un délai temporel important, les ions, en traversant la plume, se thermalisent grâce aux collisions avec les espèces du plasma et du gaz.

Characterization of glutaraldehyde-immobilized chymotrypsin and an in-situ immobilized enzyme reactor using capillary electrophoresis-based peptide mapping

La digestion enzymatique des protéines est une méthode de base pour les études protéomiques ainsi que pour le séquençage en mode « bottom-up ». Les enzymes sont ajoutées soit en solution (phase homogène), soit directement sur le gel polyacrylamide selon la méthode déjà utilisée pour l’isolation de la protéine. Les enzymes protéolytiques immobilisées, c’est-à-dire insolubles, offrent plusieurs avantages tels que la réutilisation de l’enzyme, un rapport élevé d’enzyme-sur-substrat, et une intégration facile avec les systèmes fluidiques. Dans cette étude, la chymotrypsine (CT) a été immobilisée par réticulation avec le glutaraldehyde (GA), ce qui crée des particules insolubles. L’efficacité d’immobilisation, déterminée par spectrophotométrie d’absorbance, était de 96% de la masse totale de la CT ajouté. Plusieurs différentes conditions d’immobilisation (i.e., réticulation) tels que la composition/pH du tampon et la masse de CT durant la réticulation ainsi que les différentes conditions d’entreposage tels que la température, durée et humidité pour les particules GA-CT ont été évaluées par comparaison des cartes peptidiques en électrophorèse capillaire (CE) des protéines standards digérées par les particules. Les particules de GA-CT ont été utilisés pour digérer la BSA comme exemple d’une protéine repliée large qui requit une dénaturation préalable à la digestion, et pour digérer la caséine marquée avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) comme exemple d’un substrat dérivé afin de vérifier l’activité enzymatique du GA-CT dans la présence des groupements fluorescents liés au substrat. La cartographie peptidique des digestions par les particules GA-CT a été réalisée par CE avec la détection par absorbance ultraviolet (UV) ou fluorescence induite par laser. La caséine-FITC a été, en effet, digérée par GA-CT au même degré que par la CT libre (i.e., soluble). Un microréacteur enzymatique (IMER) a été fabriqué par immobilisation de la CT dans un capillaire de silice fondu du diamètre interne de 250 µm prétraité avec du 3-aminopropyltriéthoxysilane afin de fonctionnaliser la paroi interne avec les groupements amines. Le GA a été réagit avec les groupements amine puis la CT a été immobilisée par réticulation avec le GA. Les IMERs à base de GA-CT étaient préparé à l’aide d’un système CE automatisé puis utilisé pour digérer la BSA, la myoglobine, un peptide ayant 9 résidus et un dipeptide comme exemples des substrats ayant taille large, moyenne et petite, respectivement. La comparaison des cartes peptidiques des digestats obtenues par CE-UV ou CE-spectrométrie de masse nous permettent d’étudier les conditions d’immobilisation en fonction de la composition et le pH du tampon et le temps de réaction de la réticulation. Une étude par microscopie de fluorescence, un outil utilisé pour examiner l’étendue et les endroits d’immobilisation GA-CT dans l’IMER, ont montré que l’immobilisation a eu lieu majoritairement sur la paroi et que la réticulation ne s’est étendue pas si loin au centre du capillaire qu’anticipée.

Tunable diode Laser Absorption Spectroscopy ,Nir Overtone and Life Studies of Some Organic Compound

The present work is mainly concentrated on setting up a NIR tunable diode laser absorption (TDLA) spectrometer for high-resolution molecular spectroscopic studies. For successfully recording the high-resolution tunable diode laser spectrum, various experimental considerations are to be taken into account like the setup should be free from mechanical vibrations, sample should be kept at a low pressure, laser should be in a single mode operation etc. The present experimental set up considers all these factors. It is to be mentioned here that the setting up of a high resolution NIR TDLA spectrometer is a novel experiment requiring much effort and patience. The analysis of near infrared (NIR) vibrational overtone spectra of some substituted benzene compounds using local mode model forms another part of the present work. An attempt is made to record the pulsed laser induced fluorescence/Raman spectra of some organic compounds. A Q-switched Nd:YAG laser is used as the excitation source. A TRIAX monochromator and CCD detector is used for the spectral recording. The observed fluorescence emission for carbon disulphide is centered at 680 nm; this is assigned as due to the n, p* transition. Aniline also shows a broad fluorescence emission centered at 725 nm, which is due to the p,p* transition. The pulsed laser Raman spectra of some organic compounds are also recorded using the same experimental setup. The calibration of the set up is done using the laser Raman spectra of carbon tetrachloride and carbon disulphide. The observed laser Raman spectra for aniline, o-chloroaniline and m-chlorotoluene show peaks characteristics of the aromatic ring in common and the characteristics peaks due to the substitutuent groups. Some new peaks corresponding to low-lying vibrations of these molecules are also assigned