Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Análise bioclimática como ferramenta para implementação do plano diretor do campus central da UFRN

This research investigates the microclimate and the morphology features of the central campus of the UFRN, in Natal-RN, through the use of bioclimatic tools of analysis in order to assist the implementation of the campus´ Master Plan. It develops a diagnosis of the evolution and growth of the urban space surveyed by analyzing its initial plan and the basic urban conception behind it, as well as the morphology and typologies utilized. The study makes a qualitative analysis of the local microclimate by using Katzschner (1997) methodology, with land-use and topography maps, building heights, vegetation and soil covering. It also makes use of the methodology proposed by Oliveira (1993), which examines, from the bioclimatic standpoint, the human environment as related to the urban form (site and built mass). It identifies zones whose climatic characteristics are representative of the local microclimate and classifies them into areas to be strictly preserved, areas to be protected and areas to be improved. By means of the methodology for spatial and environmental assessment developed by Bustos Romero (2001), the survey selects characteristic points of each area in order to register the environmental data relative to the two basic seasons found in the region where the campus is located, that is, the dry and the rainy season, so that it can evaluate changes in the environment which might have been caused by urban density growth, by arborization or by the influence of the urban form. It then proceeds to a quantitative and statistical survey of the collected data with the purpose of evaluating the degree of influence of the identified features over the environmental variables along the different scales of approach. The study shows the existence of different microclimates and emphasizes the relevance of the bioclimatic analysis of the built environment as a tool for the decision-making process along the development of the Master Plan for UFRN Central Campus

Fisheries co-management : ecological and social impacts. A case study of Northern Mozambique

Co-management, or participative management of fisheries, consists of returning or opening to the community the management of fisheries. This work, carried out in northern Mozambique, analyzed the ecological and social impacts of the implementation of co-management of fisheries. Firstly 198 species of fish were found and photographed and a guide to identification of species - essential to who works in the marine environment – was produced. Following, the spill-over effect was identified in a marine sanctuary. It occurred after 6 years and only for herbivore fishes and not to the carnivores. In order to evaluate co–management of fisheries effects, the captures of the entire province were analyzed. No differences were found in the diversity of the species caught, but an increase of the fish size was detected: this size was smaller in the fishing centers with no CCP (Community Fishing Councils), slightly bigger in the fishing centers with CCP and even bigger in the fishing centers with a more efficient management. At the same time it was observed that the size of the fish caught is bigger in the fishing centers further away from the markets. In addition to the ecological effects and the effects on fisheries, it was also analyzed the point of view of those who live the co-management. The socioeconomic factors that have a stronger influence in their perceptions are the age and the wealth. Finally and according to the CCP members, their main achievements are in the fisheries inspection and in the creation of conservation areas. Their main difficulties are the lack of means of transportation and the lack of recognition of the CCP's authority; both among the population and in the coordination with local authorities. This thesis pioneered in Mozambique in assessing the effects of Community sanctuaries and the effects of CCP on fisheries as well as by revealing the profile of the supporters of co-management and marine sanctuaries. Finally, an assessment of the matter of fact problems that the communities have to face when implementing co-management was also made.

Conversion of sub-tropical native vegetation to introduced conifer forest: Impacts on below-ground and above-ground carbon pools

Land-use change can have a major influence on soil organic carbon (SOC) and above-ground C pools. We assessed a change from native vegetation to introduced Pinus species plantations on C pools using eight paired sites. At each site we determined the impacts on 0–50 cm below-ground (SOC, charcoal C, organic matter C, particulate organic C, humic organic C, resistant organic C) and above-ground (litter, coarse woody debris, standing trees and woody understorey plants) C pools. In an analysis across the different study sites there was no significant difference (P > 0.05) in SOC or above-ground tree C stocks between paired native vegetation and pine plantations, although significant differences did exist at specific sites. SOC (calculated based on an equivalent soil mass basis) was higher in the pine plantations at two sites, higher in the native vegetation at two sites and did not differ for the other four sites. The site to site variation in SOC across the landscape was far greater than the variation observed with a change from native vegetation to introduced Pinus plantation. Differences between sites were not explained by soil type, although tree basal area was positively correlated with 0–50 cm SOC. In fact, in the native vegetation there was a significant linear relationship between above-ground biomass and SOC that explained 88.8% of the variation in the data. Fine litter C (0–25 mm diameter) tended to be higher in the pine forest than in the adjacent native vegetation and was significantly higher in the pine forest at five of the eight paired sites. Total litter C (0–100 mm diameter) increased significantly with plantation age (R2 = 0.64). Carbon stored in understorey woody plants (2.5–10 cm DBH) was higher in the native vegetation than in the adjacent pine forest. Total site C varied greatly across the study area from 58.8 Mg ha−1 at a native heathland site to 497.8 Mg ha−1 at a native eucalypt forest site. Our findings suggest that the effects of change from native vegetation to introduced Pinus sp. forest are highly site-specific and may be positive, negative, or have no influence on various C pools, depending on local site characteristics (e.g. plantation age and type of native vegetation).

Diagnóstico de qualidade ambiental em unidades de conservação: o caso do Parque Estadual Vitório Piassa

Over time, humanity began to realize the negative impact that the modern world has caused to the environment. The Atlantic Forest is one of the richest biomes in biodiversity, covering more than 60% of all species on the planet. This biome covered about 15% of the Brazilian territory, leaving currently only 7% of its fully fragmented forest remnants. This was the biome that suffered most from modernization and strong anthropogenic pressures in Brazil. For the account of environmental degradation, in the second half of the nineteenth century there was a shift in thinking, giving greater emphasis on conservation of some natural landscapes, with the intention of removing the man still preserved nature. Based on American models of conservation there were created the Nature Conservation Units. This study aimed to analyze the environmental quality of the State Park Vitório Piassa, a Conservation Unit located in the city of Pato Branco - PR. The environmental quality was measured by use of bio-indicators and some environmental pressures that the Park has suffered over the years also were identified. Beetles of the familiy Scarabaeinae (Coleoptera: Scarabaeidae) were used as the bioindicators. To compare the most conserved areas and the most degraded areas of the Park, three specific sites were defined within the Atlantic Forest fragment, these insects were captured with pitfall traps and identified as to their species and genera. There were two collections in February and March 2015, which resulted in 945 individuals in 22 species and nine different genus. Then the population of beetles in each area were classified based on ecological measures such as species richness, abundance of individuals of each species through diversity index (Shannon and Simpson) to identify the differences between the sampled groups and equitability (Pielou) to measure the distribution of the total abundance of the species in each area. To meet the objective of identifying the environmental pressures that occur in PEVP, evidence were collected through photographs, watching the field, aerial images and conversations with the resident population in the park. Similarly, if made relevant to build on the project running by the municipality for the construction of infrastructure for public viewing. These data served as subsidies to confront the current situation of the park and the current Brazilian legislation for UC's of full protection, highlighting the existing socio-environmental conflicts in the park, involving political issues and the proximity of the Conservation Unit with the urban area of the city.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Global interactions between fire and vegetation, human activities and climate

Doutoramento em Engenharia Florestal - Instituto Superior de Agronomia - UL

Estabelecimento de prioridades para a conservação dos vertebrados terrestres do Parque Natural da Ria Formosa e selecção de áreas para a sua protecção

Dissertação de mest. em Gestão e Conservação da Natureza, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2004

Contribuição para a valorização, geoconservação e gestão da jazida fossilífera de Cacela (Parque Natural da Ria Formosa, Algarve, Portugal)

Dissertação de mest. em Gestão e Conservação da Natureza, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2004

Análise bioclimática como ferramenta para implementação do plano diretor do campus central da UFRN

This research investigates the microclimate and the morphology features of the central campus of the UFRN, in Natal-RN, through the use of bioclimatic tools of analysis in order to assist the implementation of the campus´ Master Plan. It develops a diagnosis of the evolution and growth of the urban space surveyed by analyzing its initial plan and the basic urban conception behind it, as well as the morphology and typologies utilized. The study makes a qualitative analysis of the local microclimate by using Katzschner (1997) methodology, with land-use and topography maps, building heights, vegetation and soil covering. It also makes use of the methodology proposed by Oliveira (1993), which examines, from the bioclimatic standpoint, the human environment as related to the urban form (site and built mass). It identifies zones whose climatic characteristics are representative of the local microclimate and classifies them into areas to be strictly preserved, areas to be protected and areas to be improved. By means of the methodology for spatial and environmental assessment developed by Bustos Romero (2001), the survey selects characteristic points of each area in order to register the environmental data relative to the two basic seasons found in the region where the campus is located, that is, the dry and the rainy season, so that it can evaluate changes in the environment which might have been caused by urban density growth, by arborization or by the influence of the urban form. It then proceeds to a quantitative and statistical survey of the collected data with the purpose of evaluating the degree of influence of the identified features over the environmental variables along the different scales of approach. The study shows the existence of different microclimates and emphasizes the relevance of the bioclimatic analysis of the built environment as a tool for the decision-making process along the development of the Master Plan for UFRN Central Campus

Review on the impact of urban geometry and pedestrian level greening on outdoor thermal comfort

The number of hot days is increasing in many parts of the world because of the heat island phenomenon and global climate change. High air temperature greatly affects human thermal comfort and public health, particularly in urban areas. Therefore, the challenging task of, urban designers and urban planners in accommodating the increasing population is to make cities with the least level of vulnerability to future climate change. Interest in transferring urban climatic knowledge into urban planning practices, and developing mitigation strategies to adapt to climate change, has been increased in recent years. The use of vegetation and appropriate urban geometry are shown very promising in mitigating the adverse effects of heat island and providing a better pedestrian thermal comfort. This article reviews studies on pedestrian level urban greening and geometry in improving thermal comfort in cities. Such strategies can be applied at the preliminary stages of urban planning and thus directly affect the microclimate. The analyzed data include simulation and field measurement studies. The discussion of this research clearly reflects how urban design guidelines can be applied to enhance outdoor thermal comfort and minimize the heat island effect. This study is helpful in controlling the consequences of city design from the early design stage.

Approaches to urban heritage, development and sustainability

More than half of the world’s population now live in urban areas, and cities provide the setting for contemporary challenges such as population growth, mass tourism and unequal access to socio-economic opportunities. Urban Heritage, Development and Sustainability examines the impact of these issues on urban heritage, considering innovative approaches to managing developmental pressures and focusing on how taking an ethical, inclusive and holistic approach to urban planning and heritage conservation may create a stronger basis for the sustainable growth of cities in the future.This volume is a timely analysis of current theories and practises in urban heritage, with particular reference to the conflict between, and potential reconciliation of, conservation and development goals.

What is the best measure for assessing diabetes distress? A comparison of the Problem Areas in Diabetes and Diabetes Distress Scale: results from Diabetes MILES-Australia

This study used Rasch analysis to examine the psychometric validity of the Diabetes Distress Scale and the Problem Areas in Diabetes scale to assess diabetes distress in 3338 adults with diabetes (1609 completed the Problem Areas in Diabetes scale (n = 675 type 1 diabetes; n = 934 type 2 diabetes) and 1705 completed the Diabetes Distress Scale (n = 693 type 1 diabetes; n = 1012 type 2 diabetes)). While criterion and convergent validity were good, Rasch analysis revealed suboptimal precision and targeting, and item misfit. Unresolvable multidimensionality within the Diabetes Distress Scale suggests a total score should be avoided, while suboptimal precision suggests that the Physician-related and Interpersonal distress subscales should be used cautiously.

MIGRATION PATTERNS AMONG YOUNG ADULTS IN THE UNITED STATES: ENVIRONMENTAL, SOCIAL, AND ECONOMIC EXPLANATIONS

Young adult migration is a key factor in community development. The goal of this paper is to study what kinds of places attract young adults and what kinds are losing them. Linear regression is conducted to analyze what place-specific factors explain migration patterns among young adults. These factors include economic, social, and environmental variables. This study finds that social and environmental factors are just as important as economic ones. Specifically, employment in the arts increases young adult net migration. Environmental variables, for example, natural amenities and protected federal lands are particularly important in rural settings in attracting young adults. These findings suggest that policy makers interested in attracting and retaining young adults should pay closer attention to social and environmental factors and consider creating more opportunities for arts employment in general. For rural areas, improving the attractiveness of natural amenities and better protection of federal lands is also recommended.

Factors driving the abundance of ixodes ricinus ticks and the prevalence of zoonotic I. ricinus-borne pathogens in natural foci

Environmental factors may drive tick ecology and therefore tick-borne pathogen (TBP) epidemiology, which determines the risk to animals and humans of becoming infected by TBPs. For this reason, the aim of this study was to analyze the influence of environmental factors on the abundance of immature-stage Ixodes ricinus ticks and on the prevalence of two zoonotic I. ricinus-borne pathogens in natural foci of endemicity. I. ricinus abundance was measured at nine sites in the northern Iberian Peninsula by dragging the vegetation with a cotton flannelette, and ungulate abundance was measured by means of dung counts. In addition to ungulate abundance, data on variables related to spatial location, climate, and soil were gathered from the study sites. I. ricinus adults, nymphs, and larvae were collected from the vegetation, and a representative subsample of I. ricinus nymphs from each study site was analyzed by PCR for the detection of Borrelia burgdorferi sensu lato and Anaplasma phagocytophilum DNA. Mean prevalences of these pathogens were 4.0% ± 1.8% and 20.5% ± 3.7%, respectively. Statistical analyses confirmed the influence of spatial factors, climate, and ungulate abundance on I. ricinus larva abundance, while nymph abundance was related only to climate. Interestingly, cattle abundance rather than deer abundance was the main driver of B. burgdorferi sensu lato and A. phagocytophilum prevalence in I. ricinus nymphs in the study sites, where both domestic and wild ungulates coexist. The increasing abundance of cattle seems to increase the risk of other hosts becoming infected by A. phagocytophilum, while reducing the risk of being infected by B. burgdorferi sensu lato. Controlling ticks in cattle in areas where they coexist with wild ungulates would be more effective for TBP control than reducing ungulate abundance.