Katrina consequences assessment and projection report

(PDF contains 50 pages)

Single cell proteomics microchip to profile immune function, with applications in stem cell biology, translational disease mechanism study and clinical therapeutics monitoring

In response to infection or tissue dysfunction, immune cells develop into highly heterogeneous repertoires with diverse functions. Capturing the full spectrum of these functions requires analysis of large numbers of effector molecules from single cells. However, currently only 3-5 functional proteins can be measured from single cells. We developed a single cell functional proteomics approach that integrates a microchip platform with multiplex cell purification. This approach can quantitate 20 proteins from >5,000 phenotypically pure single cells simultaneously. With a 1-million fold miniaturization, the system can detect down to ~100 molecules and requires only ~104 cells. Single cell functional proteomic analysis finds broad applications in basic, translational and clinical studies. In the three studies conducted, it yielded critical insights for understanding clinical cancer immunotherapy, inflammatory bowel disease (IBD) mechanism and hematopoietic stem cell (HSC) biology.

To study phenotypically defined cell populations, single cell barcode microchips were coupled with upstream multiplex cell purification based on up to 11 parameters. Statistical algorithms were developed to process and model the high dimensional readouts. This analysis evaluates rare cells and is versatile for various cells and proteins. (1) We conducted an immune monitoring study of a phase 2 cancer cellular immunotherapy clinical trial that used T-cell receptor (TCR) transgenic T cells as major therapeutics to treat metastatic melanoma. We evaluated the functional proteome of 4 antigen-specific, phenotypically defined T cell populations from peripheral blood of 3 patients across 8 time points. (2) Natural killer (NK) cells can play a protective role in chronic inflammation and their surface receptor – killer immunoglobulin-like receptor (KIR) – has been identified as a risk factor of IBD. We compared the functional behavior of NK cells that had differential KIR expressions. These NK cells were retrieved from the blood of 12 patients with different genetic backgrounds. (3) HSCs are the progenitors of immune cells and are thought to have no immediate functional capacity against pathogen. However, recent studies identified expression of Toll-like receptors (TLRs) on HSCs. We studied the functional capacity of HSCs upon TLR activation. The comparison of HSCs from wild-type mice against those from genetics knock-out mouse models elucidates the responding signaling pathway.

In all three cases, we observed profound functional heterogeneity within phenotypically defined cells. Polyfunctional cells that conduct multiple functions also produce those proteins in large amounts. They dominate the immune response. In the cancer immunotherapy, the strong cytotoxic and antitumor functions from transgenic TCR T cells contributed to a ~30% tumor reduction immediately after the therapy. However, this infused immune response disappeared within 2-3 weeks. Later on, some patients gained a second antitumor response, consisted of the emergence of endogenous antitumor cytotoxic T cells and their production of multiple antitumor functions. These patients showed more effective long-term tumor control. In the IBD mechanism study, we noticed that, compared with others, NK cells expressing KIR2DL3 receptor secreted a large array of effector proteins, such as TNF-α, CCLs and CXCLs. The functions from these cells regulated disease-contributing cells and protected host tissues. Their existence correlated with IBD disease susceptibility. In the HSC study, the HSCs exhibited functional capacity by producing TNF-α, IL-6 and GM-CSF. TLR stimulation activated the NF-κB signaling in HSCs. Single cell functional proteome contains rich information that is independent from the genome and transcriptome. In all three cases, functional proteomic evaluation uncovered critical biological insights that would not be resolved otherwise. The integrated single cell functional proteomic analysis constructed a detail kinetic picture of the immune response that took place during the clinical cancer immunotherapy. It revealed concrete functional evidence that connected genetics to IBD disease susceptibility. Further, it provided predictors that correlated with clinical responses and pathogenic outcomes.

Cosmological consequences of dark matter interactions and vacuum fluctuations

This thesis is divided into two parts: interacting dark matter and fluctuations in cosmology. There is an incongruence between the properties that dark matter is expected to possess between the early universe and the late universe. Weakly-interacting dark matter yields the observed dark matter relic density and is consistent with large-scale structure formation; however, there is strong astrophysical evidence in favor of the idea that dark matter has large self-interactions. The first part of this thesis presents two models in which the nature of dark matter fundamentally changes as the universe evolves. In the first model, the dark matter mass and couplings depend on the value of a chameleonic scalar field that changes as the universe expands. In the second model, dark matter is charged under a hidden SU(N) gauge group and eventually undergoes confinement. These models introduce very different mechanisms to explain the separation between the physics relevant for freezeout and for small-scale dynamics.

As the universe continues to evolve, it will asymptote to a de Sitter vacuum phase. Since there is a finite temperature associated with de Sitter space, the universe is typically treated as a thermal system, subject to rare thermal fluctuations, such as Boltzmann brains. The second part of this thesis begins by attempting to escape this unacceptable situation within the context of known physics: vacuum instability induced by the Higgs field. The vacuum decay rate competes with the production rate of Boltzmann brains, and the cosmological measures that have a sufficiently low occurrence of Boltzmann brains are given more credence. Upon further investigation, however, there are certain situations in which de Sitter space settles into a quiescent vacuum with no fluctuations. This reasoning not only provides an escape from the Boltzmann brain problem, but it also implies that vacuum states do not uptunnel to higher-energy vacua and that perturbations do not decohere during slow-roll inflation, suggesting that eternal inflation is much less common than often supposed. Instead, decoherence occurs during reheating, so this analysis does not alter the conventional understanding of the origin of density fluctuations from primordial inflation.

Molecular biomarkers and toxic consequences of impact by organic pollution in aquatic organisms

Organic contaminants are readily bioaccumulated by aquatic organisms. Exposure to and toxic effects of contaminants can be measured in terms of the biochemical responses of the organisms (i.e. molecular biomarkers). The hepatic biotransformation enzyme cytochrome P4501A (CYP1A) in vertebrates is specifically induced by organic contaminants such as aromatic hydrocarbons, PCBs and dioxins, and is involved in chemical carcinogenesis via catalysis of the covalent binding of organic contaminants to DNA (DNA-adducts). Hepatic CYP1A induction has been used extensively and successfully as a biomarker of organic contaminant exposure in fish. Fewer but equally encouraging studies in fish have used hepatic bulky, hydrophobic DNA-adducts as biomarkers of organic contaminant damage. Much less is known of the situation in marine invertebrates, but a CYPlA-like enzyme with limited inducibility and some potential for biomarker application is indicated. Stimulation of reactive oxygen species (ROS) production is another potential mechanism of organic contaminant-mediated DNA and other damage in aquatic organisms. A combination of antioxidant (enzymes, scavengers) and pro-oxidant (oxidised DNA bases, lipid peroxidation) measurements may have potential as a biomarker of organic contaminant exposure (particularly those chemicals which do not induce CYP1A) and/or oxidative stress, but more studies are required. Both CYP1A- and ROS-mediated toxicity are indicated to result in higher order deleterious effects, including cancer and other aspects of animal fitness.

Alteração do ciclo menstrual na adolescência: manifestação precoce da Síndrome Metabólica?

Na última década, surgiram evidências de que a Síndrome Metabólica (SM), relatada de forma crescente entre adolescentes, tem início na vida intrauterina e seus sinais e sintomas já estão presentes na adolescência, porém, ainda faltam critérios diagnósticos específicos para essa faixa etária. O ciclo menstrual representa o resultado do funcionamento normal não apenas do eixo Hipotálamo-Hipófise-Ovário (HHO), do útero e do aparelho genital, mas também, do equilíbrio metabólico do organismo. Alterações no ciclo menstrual podem representar sinais de desequilíbrio e anormalidade. A SM está também relacionada à Síndrome dos Ovários Policísticos (SOP), disfunção ovariana caracterizada por oligoanovulação, hiperandrogenismo e/ou ovários policísticos. A resistência à insulina (RI) tem um papel central na fisiopatologia e na inter-relação dos componentes tanto da SM como também da SOP. A RI é compensada pelo aumento da produção de insulina pelas células beta pancreáticas, e essa hiperinsulinemia compensatória tem conseqüências no endotélio, nos fatores inflamatórios, no metabolismo glicídico e lipídico, além de afetar o ciclo menstrual pelo estímulo da androgênese ovariana, suprimindo a SHBG e possivelmente alterando o padrão da secreção pulsátil do GnRH. Estas alterações menstruais podem apresentar-se de forma precoce, antes das alterações metabólicas da RI, portanto, a avaliação atenta do padrão menstrual de adolescentes pode representar um valioso sinal que alerta para o risco metabólico e cardiovascular. Avaliamos o comportamento de parâmetros da Síndrome Metabólica e sua relação com o ciclo menstrual em adolescentes através de um estudo observacional transversal com 59 adolescentes do sexo feminino entre 12 e 19 anos e presença de pelo menos um dos seguintes fatores de risco para SM: Sobrepeso - Obesidade - Acantose Nigricans. Todas as adolescentes foram submetidas a uma avaliação clínica com levantamento de dados antropométricos, e laboratoriais composta de: Glicose de Jejum, Colesterol Total, HDL-Colesterol, Triglicerídeos, Teste Oral de Tolerância a Glicose (Glicose 120), Insulina pré (insulina jejum), pós TOTG (insulina 120), Folículo-Estimulante (FSH), Hormônio Luteinizante (LH), Testosterona Total (TT), Androstenediona, Foram criados 2 grupos:G-1- adolescentes com ciclos irregulares, e G-2- adolescentes com ciclos regulares. Das 59 adolescentes avaliadas, 36 formaram o G-1, e 23 o G-2. A média da idade ginecológica foi de 4,5 anos e da menarca 11,3 anos. Na análise estatística das diferenças nas variáveis clínicas e laboratoriais entre os grupos, observou-se que o G-1 apresentou: Cintura (p=0,026), Insulina de jejum (p=0,001), Glicose 120 (p=0,002), insulina 120 (p=0,0001), HOMA-IR (p=0,0008), Triglicerídeos (p=0,013), SM (p<0,0001) e SOP (p<0,0001) significativamente maiores e QUICK (p=0,008), G/I (p=0,002), HDL (p=0,001) significativamente menores que o G-2. (88,8% das adolescentes com ciclos irregulares no ultimo ano apresentavam irregularidade desde a menarca. Estes resultados demonstram uma associação significativa entre a irregularidade menstrual, RI, SM e SOP na população estudada. Todas as adolescentes com diagnóstico de SM apresentavam irregularidade desde a menarca e destas, 93,5% tiveram o diagnóstico de SOP. O nosso estudo chama a atenção para o comportamento do ciclo menstrual na adolescência em relação aos riscos cardiovasculares e metabólicos, sinalizando assim que outros estudos precisam ser desenvolvidos nesta população.

Coincidence point theorems in quasi-metric spaces without assuming the mixed monotone property and consequences in G-metric spaces

In this paper, we present some coincidence point theorems in the setting of quasi-metric spaces that can be applied to operators which not necessarily have the mixed monotone property. As a consequence, we particularize our results to the field of metric spaces, partially ordered metric spaces and G-metric spaces, obtaining some very recent results. Finally, we show how to use our main theorems to obtain coupled, tripled, quadrupled and multidimensional coincidence point results.

New neuroimaging methods for clinical neuroscience and neurological disorders

236 p.

Tradução, adaptação cultural e validação do Nonarthritic Hip Score para o Brasil

A avaliação da qualidade de vida tem sido cada vez mais utilizada pelos profissionais da área de saúde para mensurar o impacto de doenças na vida dos pacientes, bem como para avaliar os resultados dos tratamentos realizados. O crescente interesse por protocolos de pesquisa clínica em doenças não degenerativas do quadril tem encontrado muitos obstáculos na avaliação objetiva de seus resultados, principalmente nos estudos de observação de novas intervenções terapêuticas, como a artroscopia. O Nonarthritic Hip Score (NAHS) é um instrumento de avaliação clínica, desenvolvido originalmente em inglês, cujo objetivo é avaliar a função da articulação do quadril em pacientes jovens e fisicamente ativos. O objetivo desse estudo foi traduzir esse instrumento para a língua portuguesa, adaptá-lo para a cultura brasileira e validá-lo para que possa ser utilizado na avaliação de qualidade de vida de pacientes brasileiros com dor no quadril, sem doença degenerativa. A metodologia utilizada é a sugerida por Guillemin et al. (1993) e revisado por Beaton et al. (2000), que propuseram um conjunto de instruções padronizadas para adaptação cultural de instrumentos de qualidade de vida, incluindo cinco etapas: tradução, tradução de volta, revisão pelo comitê, pré-teste e teste, com reavaliação dos pesos dos escores, se relevante. A versão de consenso foi aplicada em 30 indivíduos. As questões sobre atividades esportivas e tarefas domésticas foram modificadas, para melhor adaptação à cultura brasileira. A versão brasileira do Nonarthritic Hip Score (NAHS-Brasil) foi respondida por 64 pacientes com dor no quadril, a fim de avaliar as propriedades de medida do instrumento: reprodutibilidade, consistência interna e validade. A reprodutibilidade foi 0,9, mostrando uma forte correlação; a consistência interna mostrou correlação entre 0,8 e 0,9, considerada boa e excelente; a validade foi considerada respectivamente boa e excelente; a correlação entre NAHS-Brasil e WOMAC foi 0,9; e a correlação entre o NAHS-Brasil e Questionário Algofuncional de Lequesne foi 0,79. O Nonarthritic Hip Score foi traduzido para a língua portuguesa e adaptado à cultura brasileira, de acordo com o conjunto de instruções padronizadas para adaptação cultural de instrumentos de qualidade de vida. Sua reprodutibilidade, consistência interna e validade foram também demonstradas.

Medo, neurose e doença psicossomática

Um dos termos empregados por Freud em sua metapsicologia que mais foram adulterados foi o vocábulo Angst. Em português, este foi vertido para angústia, ansiedade, medo e temor, e seu emprego se deu de forma tal que, em alguns dos textos de Freud, não se consegue saber, pela leitura da versão brasileira, o que ele tinha em mente quando empreendeu a sua elaboração. A partir da tradução da palavra alemã Angst para o vocábulo medo, conforme a nova edição das Obras Psicológicas de Sigmund Freud, que a Imago Editora começou a publicar a partir de 2006, está sendo possível uma nova abordagem e compreensão da obra freudiana. A perspicácia clínica de Freud levou-o a constatar que o afeto do medo (Angst), que ele designou também por termos derivados ou sinônimos, assumia diferentes feições na vida de seus pacientes. As pessoas revelavam diversas formas de temor, de múltiplas coisas e em várias situações. A partir de 1926, ele definiu que seria essa emoção o sinal usado pelo ego como forma de mobilizar as defesas neuróticas. O afeto do medo, entretanto, não é um evento psíquico apenas. Ele causa profundas alterações fisiológicas e é, atualmente, reconhecido como a principal emoção desencadeadora do processo de estresse. Essas alterações orgânicas decorrentes do alerta fisiológico que caracteriza o estresse prolongado são, cada vez mais, relacionadas àquelas afecções denominadas doenças psicossomáticas. A presente pesquisa tem como objetivo descrever e catalogar as diferentes manifestações do medo e suas consequências psíquicas, conforme as elaboradas por Freud. Além disso, pretende relacionar as vivências emocionais amedrontadoras com as alterações fisiológicas corporais correspondentes e com o advento dos respectivos quadros patológicos orgânicos.

Characterisation of patients with brachydactyly type E associated or not with hormonal resistance: clinical, genetic and radiological approach

334 p.