Inhibition of glutathione efflux in the perfused rat liver and isolated hepatocytes by organic anions and bilirubin. Kinetics, sidedness, and molecular forms.

Using isolated, in situ, single-pass perfused rat livers, incubations of freshly isolated hepatocytes, and sinusoidal membrane-enriched vesicles, we and others have shown the saturability of transport (efflux) of hepatic glutathione (GSH). These observations have implicated a carrier mechanism. Our present studies were designed to provide further evidence in support of a carrier mechanism for hepatic GSH efflux by demonstrating competition by liver-specific ligands which are taken up by hepatocytes. Perfusing livers with different substances, we found that: (a) sulfobromophthalein-GSH (BSP-GSH) had a dose-dependent and fully reversible inhibitory effect on GSH efflux, while GSH alone did not have any effect; (b) taurocholate had no inhibitory effect; (c) all of the organic anions studied, i.e., BSP, rose bengal, indocyanine green, and unconjugated bilirubin (UCB), manifested potent, dose-dependent inhibitory effects, with absence of toxic effects and complete reversibility of inhibition in the case of UCB. The inhibitory effects of UCB could be overcome partially by raising (CoCl2-induced) hepatic GSH concentration. Because of the physiological importance of UCB, we conducted a detailed study of its inhibitory kinetics in the isolated hepatocyte model in the range of circulating concentrations of UCB. Studies with Cl- -free media, to inhibit the uptake of UCB by hepatocytes, showed that the inhibition of GSH efflux by UCB is apparently from inside the cell. This point was confirmed by showing that the inhibition is overcome only when bilirubin-loaded cells are cleared of bilirubin (incubation with 5% bovine serum albumin). Using Gunn rat hepatocytes and purified bilirubin mono- and diglucuronides, we found that both UCB and glucuronide forms of bilirubin inhibit GSH efflux in a dose-dependent manner. We conclude that the organic anions, although taken up by a mechanism independent of GSH, may competitively inhibit the carrier for GSH efflux from inside the hepatocyte.

A simple bypass technique for superior vena cava reconstruction.

Superior vena cava (SVC) clamping can be required during thoracic surgery for SVC replacement or repair. In such cases, bypass techniques can be necessary to avoid hemodynamic instability, cerebral venous hypertension and hypoperfusion. Here, we report a novel and simple SVC bypass technique which does not require full systemic heparinization, specialized cannulation techniques or pumping devices and which can be applied percutaneously in the preoperative phase or intraoperatively. The preoperative shunt consisted in two Swan-Ganz catheters inserted in the jugular and femoral veins and connected by perfusion tubing with a three way stopcock. The intraoperative shunt consisted of a Pruitt(®)-catheter inserted in the left innominate vein and connected to a femoral Swan-Ganz catheter by perfusion tubing. We validated our system in seven patients undergoing SVC reconstruction. We monitored the systemic arterial blood pressures, the heart rate and vasoactive peptide requirements throughout the procedure. We also determined the neurological status and the in-hospital morbidity and mortality for each patient. Using this bypass, SVC clamping caused no hemodynamic instability, no neurological impairments and no in-hospital complications or deaths. This simple temporary SVC bypass procedure is safe and avoids hemodynamic instability and cerebral venous hypertension.

Rapid fluidic exchange microsystem for recording of fast ion channel kinetics in Xenopus oocytes.

We present a new lab-on-a-chip system for electrophysiological measurements on Xenopus oocytes. Xenopus oocytes are widely used host cells in the field of pharmacological studies and drug development. We developed a novel non-invasive technique using immobilized non-devitellinized cells that replaces the traditional "two-electrode voltage-clamp" (TEVC) method. In particular, rapid fluidic exchange was implemented on-chip to allow recording of fast kinetic events of exogenous ion channels expressed in the cell membrane. Reducing fluidic exchange times of extracellular reagent solutions is a great challenge with these large millimetre-sized cells. Fluidic switching is obtained by shifting the laminar flow interface in a perfusion channel under the cell by means of integrated poly-dimethylsiloxane (PDMS) microvalves. Reagent solution exchange times down to 20 ms have been achieved. An on-chip purging system allows to perform complex pharmacological protocols, making the system suitable for screening of ion channel ligand libraries. The performance of the integrated rapid fluidic exchange system was demonstrated by investigating the self-inhibition of human epithelial sodium channels (ENaC). Our results show that the response time of this ion channel to a specific reactant is about an order of magnitude faster than could be estimated with the traditional TEVC technique.

Neuromonitoring after major neurosurgical procedures.

Postoperative care of major neurosurgical procedures is aimed at the prevention, detection and treatment of secondary brain injury. This consists of a series of pathological events (i.e. brain edema and intracranial hypertension, cerebral hypoxia/ischemia, brain energy dysfunction, non-convulsive seizures) that occur early after the initial insult and surgical intervention and may add further burden to primary brain injury and thus impact functional recovery. Management of secondary brain injury requires specialized neuroscience intensive care units (ICU) and continuous advanced monitoring of brain physiology. Monitoring of intracranial pressure (ICP) is a mainstay of care and is recommended by international guidelines. However, ICP monitoring alone may be insufficient to detect all episodes of secondary brain insults. Additional invasive (i.e. brain tissue PO2, cerebral microdialysis, regional cerebral blood flow) and non-invasive (i.e. transcranial doppler, near-infrared spectroscopy, EEG) brain monitoring devices might complement ICP monitoring and help clinicians to target therapeutic interventions (e.g. management of cerebral perfusion pressure, blood transfusion, glucose control) to patient-specific pathophysiology. Several independent studies demonstrate such multimodal approach may optimize patient care after major neurosurgical procedures. The aim of this review is to evaluate some of the available monitoring systems and summarize recent important data showing the clinical utility of multimodal neuromonitoring for the management of main acute neurosurgical conditions, including traumatic brain injury, subarachnoid hemorrhage and stroke.

Pericardial fat volume correlates with coronary vasomotion

Purpose: Recent studies showed that pericardial fat was independently correlated with the development of coronary artery disease (CAD). The mechanism remains unclear. We aimed at assessing a possible relationship between pericardial fat volume and endothelium-dependent coronary vasomotion, a surrogate of future cardiovascular events.Methods: Fifty healthy volunteers without known CAD or cardiovascular risk factors (CRF) were enrolled. They all underwent a dynamic Rb- 82 cardiac PET/CT to quantify myocardial blood flow (MBF) at rest, during MBF response to cold pressure test (CPT-MBF) and adenosine stress. Pericardial fat volume (PFV) was measured using a 3D volumetric CT method and common biological CRF (glucose and insulin levels, HOMA-IR, cholesterol, triglyceride, hs-CRP). Relationships between MBF response to CPT, PFV and other CRF were assessed using non-parametric Spearman correlation and multivariate regression analysis of variables with significant correlation on univariate analysis (Stata 11.0).Results: All of the 50 participants had normal MBF response to adenosine (2.7±0.6 mL/min/g; 95%CI: 2.6−2.9) and myocardial flow reserve (2.8±0.8; 95%CI: 2.6−3.0) excluding underlying CAD. Simple regression analysis revealed a significant correlation between absolute CPTMBF and triglyceride level (rho = −0.32, p = 0.024) fasting blood insulin (rho = −0.43, p = 0.0024), HOMA-IR (rho = −0.39, p = 0.007) and PFV (rho = −0.52, p = 0.0001). MBF response to adenosine was only correlated with PFV (rho = −0.32, p = 0.026). On multivariate regression analysis PFV emerged as the only significant predictor of MBF response to CPT (p = 0.002).Conclusion: PFV is significantly correlated with endothelium-dependent coronary vasomotion. High PF burden might negatively influence MBF response to CPT, as well as to adenosine stress, even in persons with normal hyperemic myocardial perfusion imaging, suggesting a link between PF and future cardiovascular events. While outside-to-inside adipokines secretion through the arterial wall has been described, our results might suggest an effect upon NO-dependent and -independent vasodilatation. Further studies are needed to elucidate this mechanism.

Apports de la médecine nucléaire en cardiologie préventive: l'exemple du syndrome métabolique [Value of nuclear medicine in preventive cardiology: the metabolic syndrome example]

Metabolic syndrome represents a grouping of risk factors closely linked to cardiovascular diseases and diabetes. At first, nuclear medicine has no direct application in cardiology at the level of primary prevention, but positron emission tomography is a non invasive imaging technique that can assess myocardial perfusion as well as the endothelium-dependent coronary vasomotion--a surrogate marker of cardiovascular event rate--thus finding an application in studying coronary physiopathology. As the prevalence of the metabolic syndrome is still unknown in Switzerland, we will estimate it from data available in the frame of a health promotion program. Based on the deleterious effect on the endothelium already observed with two components, we will estimate the number of persons at risk in Switzerland.

Genomic copy number aberrations in glioblastoma, response to therapy and molecular machanisms

Résumé : Le glioblastome (GBM, WHO grade IV) est la tumeur cérébrale primaire la plus fréquente et la plus maligne, son pronostic reste très réservé et sa réponse aux différents traitements limitée. Récemment, une étude clinique randomisée (EORTC 26981/NCIC CE.3) a démontré que le traitement combiné de temozolomide et radiothérapie (RT/TMZ) est le meilleur dans les cas de GBM nouvellement diagnostiqués [1]. Cependant, seul un sous-groupe de patients bénéficie du traitement RT/TMZ et même parmi eux, leur survie reste très limitée. Pour tenter de mieux comprendre les réponses au traitement RT/TMZ, la biologie du GBM, identifier d'autres facteurs de résistance et découvrir de nouvelles cibles aux traitements, nous avons conduit une analyse moléculaire étendue à 73 patients inclus dans cette étude clinique. Nous avons complété les résultats moléculaires déjà obtenus par un profil génomique du nombre de copies par Array Comparative Genomic Hybridization. Afin d'atteindre nos objectifs, nous avons analysé en parallèle les données cliniques des patients et leurs profils moléculaires. Nos résultats confirment des analyses connues dans le domaine des aberrations du nombre de copies (CNA) et de profils du glioblastome. Nous avons observé une bonne corrélation entre le CNA génomique et l'expression de l'ARN messager dans le glioblastome et identifié un nouveau modèle de CNA du chromosome 7 pouvant présenter un intérêt clinique. Nous avons aussi observé par l'analyse du CNA que moins de 10% des glioblastomes conservent leurs mécanismes de suppression de tumeurs p53 et Rb1. Nous avons aussi observé que l'amplification du CDK4 peut constituer un facteur supplémentaire de résistance au traitement RT/TMZ, cette observation nécessite confirmation sur un plus grand nombre d'analyses. Nous avons montré que dans notre analyse des profils moléculaires et cliniques, il n'est pas possible de différencier le GBM à composante oligodendrogliale (GBM-O) du glioblastome. En superposant les profils moléculaires et les modèles expérimentaux in vitro, nous avons identifié WIF-1 comme un gène suppresseur de tumeur probable et une activation du signal WNT dans la pathologie du glioblastome. Ces observations pourraient servir à une meilleure compréhension de cette maladie dans le futur. Abstract : Glioblastoma, (GBM, WHO grade IV) is the most malignant and most frequent primary brain tumor with a very poor prognosis and response to therapy. A recent randomized clinical trial (EORTC26981/NCIC CE.3) established RT/TMZ as the 1St effective chemo-radiation therapy in newly diagnosed GBM [1]. However only a genetic subgroup of patients benefit from RT/TMZ and even in this subgroup overall survival remains very dismal. To explain the observed response to RT/TMZ, have a better understanding of GBM biology, identify other resistance factors and discover new drugable targets a comprehensive molecular analysis was performed in 73 of these GBM trial cohort. We complemented the available molecular data with a genomic copy number profiling by Array Comparative Genomic Hybridization. We proceeded to align the molecular profiles and the Clinical data, to meet our project objectives. Our data confirm known GBM Copy Number Aberrations and profiles. We observed a good correlation of genomic CN and mRNA expression in GBM, and identified new interesting CNA pattern for chromosome 7 with a potential clinical value. We also observed that by copy number aberration data alone, less than 10% of GBM have an intact p53 and Rb1 tumor .suppressor pathways. We equally observed that CDK4 amplification might constitute an additional RT/TMZ resistant factor, an observation that will need confirmation in a larger data set. We show that the molecular and clinical profiles in our data set, does not support the identification of GBM-O as a new entity in GBM. By combining the molecular profiles and in vitro model experiments we identify WIF1 as a potential GBM TSG and an activated WNT signaling as a pathologic event in GBM worth incorporation in attempts to better understand and impact outcome in this disease.

Atteinte des voies aériennes au cours des bronchopneumopathies chroniques obstructives (BPCO).

Messages à retenir: Les signes scanographiques d'atteinte des voies aériennes proximales chez les patients BPCO sont l'épaississement pariétal bronchique , les dilatationsbronchiques, les diverticules bronchiques, la trachée en fourreau de sabre et la trachéobronchomalacie.Les signes scanographiques d'atteinte des petites voies aériennes sont soit de type inflammatoire (micronodules centrolobulaires et/ou verre dépoli), soit dessignes indirects d'obstruction bronchiolaire (perfusion en mosaïque et piégeage expiratoire).L'analyse visuelle des examens scanographiques des patients BPCO permet de différencier ceux ayant un emphysème prédominant de ceux ayant une maladiedes voies aériennes prédominante.Des bronchectasies variqueuses et kystiques, associées à de l'emphysème panlobulaire, doivent faire rechercher un déficit en alpha-1-antitrypsine. Résumé: La BPCO est une maladie inflammatoire lentement progressive obstruant les voies aériennes, qui à terme entraîne une destruction du parenchyme pulmonaire(emphysème) et une réduction irréversible du calibre des petites voies aériennes . Les deux phénomènes, emphysème et bronchiolite obstructive, sontresponsables d'un syndrome obstructif fonctionnel. L'usage de la scanographie pour l'évaluation des patients BPCO a permis de mettre en évidence desdifférences morphologiques importantes pour un même degré d'insuffisance respiratoire obstructive (emphysème prédominant ou atteinte des voies aériennesprédominante). Chez les patients BPCO, l'épaississement pariétal bronchique est le reflet indirect d'un remodelage obstructif des petites voies aériennes . L'épaississement pariétal bronchique et l'étendue de l'emphysème sont tous deux corrélés au degré d'obstruction fonctionnelle. Ces différences morphologiquessous-tendent des différences dans les mécanismes physiopathologiques sous-jacents et dans les profils génomiques des patients. La mise en évidence parscanographie de ces différences morphologiques (phénotypes) permet une meilleure stratification des patients à inclure dans les essais cliniques , et à terme,permettra une prise en charge thérapeutique plus personnalisée.

Ontogeny of Sleeping in Color - Linking melanism to sleep architecture and rhythmicity variation in wild barn owl nestlings

The function of sleep remains unknown. To gain insight into the function of sleep in natural conditions, I assessed variation in sleep architecture and its link with fitness-related phenotypic traits. I considered melanin-based coloration because its underlying genetic basis is very well known giving an opportunity to examine whether some genes pleiotropically regulate both coloration and sleep. The melanocortin system is known to generate covariation between melanin-based coloration and other phenotypes like behaviour, physiology and life history traits. I investigated whether this system of genes could participate in the co-expression of coloration and sleep. I carried out a study with nestling barn owls (Tyto alba) in order to tackle the potential link between variation in color traits and the ontogeny of sleep under natural conditions. For this I established a suitable method for recording the brain activity (electroencephalogram) of owls in nature. Birds are especially interesting, because they convergently evolved sleep states similar to those exhibited by mammals. As in mammals, I found that in owlets time spent in rapid eye movement (REM) sleep declines with age, a relationship thought to eflect developmental changes in the brain. Thus this developmental trajectory appears to reflect a fundamental feature of sleep. Additionally, I discovered an association between a gene involved in melanism expressed in the feather follicles (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2) and the age-related changes in sleep in the brain. Nestlings with higher expression levels of PCSK2 showed a more precocial pattern of sleep development and a higher degree of melanin-based coloration compared to nestlings with lower PCSK2 expression. Also sleep architecture and the development of rhythmicity in brain and physical activity was related to plumage traits of the nestlings and their biological parents. This pattern during ontogeny might reflect differences in life l history strategies, antipredator behaviour and developmental pace. Therefore, differently colored individuals may differentially deal with trade-offs between the costs and benefits of sleep which in turn lead to differences in brain organization and ultimately fitness. These results should stimulate evolutionary biologists to consider sleep as a major life history trait. Résumé La fonction du sommeil reste inconnue. Afin d'acquérir une meilleur compréhension de la fonction du sommeil dans les conditions naturelles, j'ai analysé la variation dans l'architecture du sommeil et son lien avec d'autres traits phénotypiques liés au succès reproducteur (fitness). J'ai choisi et examiné la coloration mélanique, car ses bases génétiques sont bien connues et il est ainsi possible d'étudier si certains gènes, de façon pléiotropique régulent à la fois la coloration et le sommeil. J'ai exploré si ce système génétique était impliqué dans la co-expression de la coloration et du sommeil. J'ai effectué mon étude sur des poussins de chouette effraie (Tyto alba) en condition naturelle, pour rechercher ce lien potentiel entre la variation de la coloration et l'ontogenèse du sommeil. Dans ce but, j'ai établi une méthodologie permettant d'enregistrer l'activité cérébrale (électroencéphalogramme) des chouettes dans la nature. Les oiseaux sont particulièrement intéressants car ils ont développé, par évolution convergente, des phases de sommeil similaires à celles des mammifères. De manière semblable à ce qui a été montré chez les mammifères, j'ai découvert que le temps passé dans le sommeil paradoxal diminue avec l'âge des poussins. On pense que ceci est dû aux changements développementaux au niveau du cerveau. Cette trajectoire développementale semble refléter une caractéristique fondamentale du sommeil. J'ai également découvert une association entre l'un des gènes impliqué dans le mélanisme, exprimé dans les follicules plumeux (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), et les changements dans la structure du sommeil avec l'âge. Les poussins ayant un niveau d'expression génétique élevé de la PCSK2 présentent une structure du sommeil plus précoce et un taux de coloration dû à la mélanine plus élevé que des poussins avec un niveau d'expression moindre de la PCSK2. L'architecture du sommeil et le développement de la rythmicité dans le cerveau ainsi que l'activité physique sont également liés à la coloration des plumes des poussins et pourraient ainsi refléter des différences de stratégies d'histoire de vie, de comportements anti-prédateur et de vitesses développementales. Ainsi, des individus de coloration différente sembleraient traiter différemment les coûts et les bénéfices du sommeil, ce qui aurait des conséquences sur l'organisation cérébrale et pour finir, sur le succès reproducteur. Ces résultats devraient encourager les biologistes évolutionnistes à considérer le sommeil comme un important trait d'histoire de vie. Zusammenfassung Die Funktion von Schlaf ist noch unbekannt. Um mehr Einsicht in diese unter natürlichen Bedingungen zu bekommen, habe ich die Variation in der Schlafarchitektur und die Verknüpfung mit phänotypischen Merkmalen, die mit der Fitness zusammenhängen, studiert. Ich habe mir melanin-basierte Färbung angesehen, da die zugrunde liegende genetische Basis bekannt ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, zu untersuchen, ob einige Gene beides regulieren, Färbung und Schlaf. Das melanocortin System generiert eine Kovariation zwischen melanin-basierter Färbung und anderen phänotypischer Merkmale wie Verhalten, Physiologie und Überlebensstrategien. Ich habe untersucht, ob dieses Gensystem an einer gleichzeitigen Steuerung von Färbung und Schlaf beteiligt ist. Dazu habe ich Schleiereulen (Tyto alba) studiert um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variation in der Pigmentierung und der Entwicklung des Schlafs unter natürlichen Bedingungen zu entdecken. Für diese Studie entwickelte ich eine Methode um die Gehirnaktivität (Elektroenzephalogramm) bei Eulen in der Natur aufzunehmen. Vögel sind besonders interessant, da sie die gleichen Schlafstadien aufweisen wie Säugetiere und diese unabhängig konvergent entwickelt haben. Genauso wie bei Säugetieren nahm die Dauer des sogenannten ,,rapid eye movement" (REM) - Schlafes mit zunehmendem Alter ab. Es wird angenommen, dass dieser Zusammenhang die Entwicklung des Gehirns widerspiegelt. Daher scheint dieses Entwicklungsmuster ein fundamentaler Aspekt von Schlaf zu sein. Zusätzlich entdeckte ich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität eines Gens in den Federfollikeln (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), das für die Ausprägung schwarzer Punkte auf den Federn der Eulen verantwortlich ist, und den altersabhängigen Änderungen im Schlafmuster im Gehirn. Küken mit höherer Aktivität von PCSK2 zeigten eine frühreifere Schlafentwicklung und eine dunklere Färbung als Küken mit niedriger PCSK2 Aktivität. Die Architekture des Schlafes und die Entwicklung der Rhythmik im Gehirn und die der physischen Aktivität ist mit der Färbung des Gefieders von den Küken und ihren Eltern verknüpft. Dieses Muster während der Entwicklung kann Unterschiede in Überlebensstrategien, Feindabwehrverhalten und in der Entwicklungsgeschwindigkeit reflektieren. Unterschiedlich gefärbte Individuen könnten unterschiedliche Strategien haben um zwischen den Kosten und Nutzen von Schlaf zu entscheiden, was zu Unterschieden in der Gehirnstruktur führen kann und letztendlich zur Fitness. Diese Ergebnisse sollten Evolutionsbiologen stimulieren Schlaf als einen wichtigen Bestandteil des Lebens zu behandeln.

Coronary artery disease screening in diabetic patients: how good is guideline adherence?

INTRODUCTION: Diabetic patients are at high risk for coronary artery disease (CAD), which is the leading cause of death in this population. The Swiss Society of Endocrinology-Diabetology (SSED) recommends CAD screening for diabetic patients with > or = 2 additional cardiovascular risk factors (CVRF), by stress echocardiography (SE) or myocardial perfusion imaging (MPI). The aim of this study was to assess the application of these guidelines and the treatment of CVRF in the diabetes outpatient clinics of the five Swiss University Hospitals. METHODS: The study was initiated in Lausanne and the study questionnaires were circulated to the endocrinologists of the five Swiss University Hospitals. Practitioners were asked to include consecutive patients attending the diabetes outpatient clinics over one month. Prevalence of CAD, screening methods for CAD, prevalence of CVRF, biological analyses over the last 6 months and medical therapy were recorded. RESULTS: A total of 302 subjects were included. The mean age was 53 +/- 14 years, 68% had type 2 diabetes, 27% type 1 and 5% other types. Among T2DM with > or = 2 CVRF, 45% were screened for CAD according to SSED guidelines. In T2DM 25% had blood pressure < or = 130/80 mm Hg, 15% a lipid profile within target, 23% HbA1c < or = 7.0%. Overall, 2% achieved all 3 targets. CONCLUSIONS: Only 45% of T2DM with > or = 2 CVRF were screened for CAD according to SSED guidelines and 2% of T2DM had proper control over all CVRF. Efforts are still necessary to improve CAD prevention and screening of diabetic patients in Swiss University Hospitals.

Bridge to life: the Lifebridge B2T extracorporeal life support system in an in vitro trial.

Extracorporeal life support systems (ECLS) have become common in cardiothoracic surgery, but are still "Terra Incognita" in other medical fields due to the fact that perfusion units are normally bound to cardiothoracic centres. The Lifebridge B2T is an ECLS that is meant to be used as an easy and fast-track extracorporeal cardiac support to provide short-term perfusion for the transport of a patient to a specialized centre. With the Lifebridge B2T it is now possible to provide extracorporeal bypass for patients in hospitals without a perfusion unit. The Lifebridge B2T was tested on three calves to analyze the handling, performance and security of this system. The Lifebridge B2T safely can be used clinically and can provide full extracorporeal support for patients in cardiac or pulmonary failure. Flows up to 3.9 +/- 0.2l/min were reached, with an inflow pressure of -103 +/- 13mmHg, using a 21Fr. BioMedicus (Medtronic, Minneapolis, MN, USA) venous cannula. The "Plug and Play" philosophy, with semi-automatic priming, integrated check-list, a long battery time of over two hours and instinctively designed user interface, makes this device very interesting for units with high-risk interventions, such as catheterisation labs. If a system is necessary in an emergency unit, the Lifebridge can provide a high security level, even in centres not acquainted with cardiopulmonary bypass.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

Vascular postpneumonectomy syndrome: inferior vena cava and pulmonary vein compression as unusual cause for platypnea-orthodeoxia following pneumonectomy

Background: Excessive mediastinal shift into the vacated thoracic cavity after pneumonectomy can result in dyspnea without hypoxemia by compression of the tracheobronchial tree, a phenomenon called postpneumonectomy syndrome. More rarely hypoxemia in upright position (platypnea-orthodeoxia syndrome, POS) after pneumonectomy can result from re-opening of an atrial right-to-left shunt through a patent foramen ovale (PFO) due to mediastinal distorsion. Review of literature also shows a unique report of pulmonary veins stenosis resulting in POS without intracardiac shunt after pneumonectomy. Methods: We report the case of a 32-year-old woman who presented POS 6 months after right pneumonectomy for destroyed lung post tuberculosis. Results: The patient described severe dyspnea disappearing when lying. SpO2 decreased from 94% when lying to 60% sitting. Transthoracic echocardiography (TTE) suspected a possible PFO. We first tried to highlight clinical repercussions of PFO by noninvasive exams. Hyperoxia shunt quantification was not tolerated because of increased dyspnea in sitting position. Contrast bubbles TTE was difficult because of the important mediastinal shift but identified only rare left heart bubbles with/without Valsalva both in lying and sitting position, excluding a significant right-to-left shunt. A lung perfusion scintigraphy (injection while sitting) confirmed the absence of systemic isotope uptake. Computed tomographic pulmonary angiography (angio-CT) revealed a stretched but not stenosed left main bronchus, while the shift of the heart into the right cavity was major. Pulmonary angiography did not show embolism but revealed compression of the inferior vena cava (IVC) with impaired venous return to the right heart, as well as compression of the left pulmonary veins. There was no arteriovenous shunt. Cardiac MRI showed torsion of IVC at the level of the diaphragm, and strong atrial contraction contributing to a passive filling of the RV, while the right ventricle was normal. Right catheterism showed major hemodynamic disturbances with negative diastolic pressure in right heart cavities (atrium -12 mm Hg ventricle pressure -7 mm Hg). SaO2 measured in the pulmonary artery decreased from 58% when lying to 45% sitting. Conclusion: We described here an exceedingly rare and complex mechanism explaining POS after right pneumonectomy. Mediastinal repositioning with a silicone breast implant of appropriate size has been scheduled.

Successful bilateral lung transplantation after previous pneumonectomy.

We report successful bilateral lung transplantation for end-stage suppurative lung disease after a previous right-sided pneumonectomy performed for a destroyed lung. Our results demonstrate the feasibility of the procedure even in the context of mechanical ventilation and extracorporeal artificial oxygenation. Posttransplantation follow-up revealed excellent gas exchanges, no airway complications, and well-functioning grafts with right-sided ventilation and perfusion of 37% and 22%, respectively.