Electrochemical Immunosensing of Cortisol in an Automated Microfluidic System Towards Point-of-Care Applications

This dissertation describes the development of a label-free, electrochemical immunosensing platform integrated into a low-cost microfluidic system for the sensitive, selective and accurate detection of cortisol, a steroid hormone co-related with many physiological disorders. Abnormal levels of cortisol is indicative of conditions such as Cushing’s syndrome, Addison’s disease, adrenal insufficiencies and more recently post-traumatic stress disorder (PTSD). Electrochemical detection of immuno-complex formation is utilized for the sensitive detection of Cortisol using Anti-Cortisol antibodies immobilized on sensing electrodes. Electrochemical detection techniques such as cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) have been utilized for the characterization and sensing of the label-free detection of Cortisol. The utilization of nanomaterial’s as the immobilizing matrix for Anti-cortisol antibodies that leads to improved sensor response has been explored. A hybrid nano-composite of Polyanaline-Ag/AgO film has been fabricated onto Au substrate using electrophoretic deposition for the preparation of electrochemical immunosening of cortisol. Using a conventional 3-electrode electrochemical cell, a linear sensing range of 1pM to 1µM at a sensitivity of 66µA/M and detection limit of 0.64pg/mL has been demonstrated for detection of cortisol. Alternately, a self-assembled monolayer (SAM) of dithiobis(succinimidylpropionte) (DTSP) has been fabricated for the modification of sensing electrode to immobilize with Anti-Cortisol antibodies. To increase the sensitivity at lower detection limit and to develop a point-of-care sensing platform, the DTSP-SAM has been fabricated on micromachined interdigitated microelectrodes (µIDE). Detection of cortisol is demonstrated at a sensitivity of 20.7µA/M and detection limit of 10pg/mL for a linear sensing range of 10pM to 200nM using the µIDE’s. A simple, low-cost microfluidic system is designed using low-temperature co-fired ceramics (LTCC) technology for the integration of the electrochemical cortisol immunosensor and automation of the immunoassay. For the first time, the non-specific adsorption of analyte on LTCC has been characterized for microfluidic applications. The design, fabrication technique and fluidic characterization of the immunoassay are presented. The DTSP-SAM based electrochemical immunosensor on µIDE is integrated into the LTCC microfluidic system and cortisol detection is achieved in the microfluidic system in a fully automated assay. The fully automated microfluidic immunosensor hold great promise for accurate, sensitive detection of cortisol in point-of-care applications.

Caractérisation du potentiel de champ locale dans le cortex préfrontal médian du rat durant le stress et la prise alimentaire

Le stress joue un rôle important dans le maintien de la qualité de vie quotidienne. Une exposition à une situation stressante peut causer divers désordres neuropsychiatriques du cerveau qui sont associés avec des problèmes liés au sommeil, à la dépression, à des problèmes digestifs et à des troubles de l’alimentation. Les traitements de ces troubles liés au stress sont très coûteux à travers le monde. De nos jours, des considérations importantes ont été soulevées afin de trouver des moyens appropriés pour la prévention plutôt que de dépenser ultérieurement plus de budget sur les traitements. De cette façon, l’étude et l’expérimentation sur les animaux des troubles liés au stress sont l’un des moyens les plus fiables pour atteindre une compréhension plus profonde des problèmes liés au stress. Ce projet visait à révéler la modulation des potentiels de champ locaux (LFP) lors de la consommation de sucrose dans deux conditions englobant la condition de contrôle non-stressante et celle stressante d’un choc électrique aiguë à la patte dans le cortex préfrontal médian (CPFm) du cerveau de rat. Le CPFm est une structure importante dans la réponse au stress et à l’anxiété par l’interaction avec l’axe hypothalamique-pituitaire surrénale (HPA). Les résultats de ce projet ont révélé que la plupart des coups de langue se sont produits dans les 15 premières minutes de l’accès à une solution de sucrose autant pour la condition contrôle non-stressante que pour la condition stressante. En outre, le stress aigu d’un choc à la patte affecte de manière significative la consommation horaire de sucrose en diminuant le volume de la consommation. Les résultats ont également révélé une présence importante du rythme thêta dans le CPFm pendant la condition de base et pendant l’ingestion de sucrose dans les deux conditions. De plus, les résultats ont montré une diminution de puissance des bandes delta et thêta lors des initiations de léchage du sucrose. Ce projet conduit à des informations détaillées sur les propriétés électrophysiologiques du cortex infra-limbique (IL) du CPFm en réponse à l’exposition à des conditions de stress et de l’apport d’une solution de sucrose. Ce projet permet également de mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques des neurones du CPFm en réponse à l’exposition à une condition stressante suivie d’apport de sucrose. Ce projet a également permis de confirmer les effets anorexigènes du stress et suggèrent également que la synchronisation neuronale dans le cortex IL peut jouer un rôle dans le comportement de léchage et sa désynchronisation pendant le léchage après une exposition à des conditions stressantes.

Patologie tiroidee e surrenaliche del cane e del gatto: aspetti epidemiologici, clinici e clinico-patologici

L’ipertiroidismo felino rappresenta oggi la più comune endocrinopatia della specie. I capitoli 2 e 3 costituiscono una revisione della letteratura in merito agli aspetti clinici, diagnostici e terapeutici della patologia. Il capitolo 4 indaga il ruolo della dimetilarginina simmetrica (SDMA) come marker di funzionalità renale nei gatti ipertiroidei prima e dopo terapia medica. La patologia tiroidea più comune nel cane è l’ipotiroidismo. Nello studio riportato al capitolo 5 sono state indagate le performance diagnostiche di freeT3, freeT4, rT3, 3,3-T2 e 3,5-T2, misurati tramite LC-MS/MS, nel differenziare tra cani ipotiroidei, cani con patologie non-tiroidee e cani sani. La presenza di una possibile correlazione tra la gravità della condizione clinica dei pazienti ipotiroidei, le variabili emato-chimiche e le concentrazioni sieriche di cTSH è stata valutata nel capitolo 6. Il capitolo 7 valuta l’andamento dell’SDMA in cani ipotiroidei prima e dopo supplementazione ormonale. A differenza della Sindrome di Cushing dell’uomo, che è considerata una malattia rara, nel cane l’ipercortisolismo spontaneo (HC) è una delle endocrinopatie più comuni. Gli aspetti epidemiologici dell’HC e la ricerca di un metodo di monitoraggio alternativo al test di stimolazione con ACTH nei cani trattati con Trilostano sono stati approfonditi rispettivamente nei capitoli 8 e 9. A differenza dell'HC, l'ipoadrenocorticismo primario (PH) è una patologia rara nel cane. Lo scopo dello studio riportato nel capitolo 10 consiste nel descrivere le frazioni escretorie degli elettroliti urinari nei cani con PH e di indagare se esse possano rappresentare un utile supporto alla diagnosi e al trattamento del PH canino. Il riscontro accidentale di masse surrenaliche rappresenta una criticità diagnostica. Infatti, può essere difficile distinguere morfologicamente tra lesioni corticali e midollari e tra lesioni maligne e benigne. Nel capitolo 11 vengono descritti i rilievi immunoistochimici dell'incidentaloma surrenalico nel cane e viene valutato il ruolo del Ki-67 PI come indicatore di malignità.