Synthetic Polymer and Microbubble Systems for Gene Delivery to the Brain

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Multiple endocrine neoplasia, the old and the new: a mini review

Multiple endocrine neoplasia syndromes have since been classified as types 1 and 2, each with specific phenotypic patterns. MEN1 is usually associated with pituitary, parathyroid and paraneoplastic neuroendocrine tumours. The hallmark of MEN2 is a very high lifetime risk of developing medullary thyroid carcinoma (MTC) more than 95% in untreated patients. Three clinical subtypesdMEN2A, MEN2B, and familial MTC (FMTC) have been defined based on the risk of pheochromocytoma, hyperparathyroidism, and the presence or absence of characteristic physical features). MEN2 occurs as a result of germline activating missense mutations of the RET (REarranged during Transfection) proto-oncogene. MEN2-associated mutations are almost always located in exons 10, 11, or 13 through 16. Strong genotype-phenotype correlations exist with respect to clinical subtype, age at onset, and aggressiveness of MTC in MEN2. These are used to determine the age at which prophylactic thyroidectomy should occur and whether screening for pheochromocytoma or hyperparathyroidism is necessary. Specific RET mutations can also impact management in patients presenting with apparently sporadic MTC. Therefore, genetic testing should be performed before surgical intervention in all patients diagnosed with MTC. Recently, Pellegata et al. have reported that germline mutations in CDKN1B can predispose to the development of multiple endocrine tumours in both rats and humans and this new MEN syndrome is named MENX and MEN4, respectively. CDKN1B. A recent report showed that in sporadic MTC, CDKN1B V109G polymorphism correlates with a more favorable disease progression than the wild-type allele and might be considered a new promising prognostic marker. New insights on MEN syndrome pathogenesis and related inherited endocrine disorders are of particular interest for an adequate surgical and therapeutic approach.

Projet de développement de services de réadaptation, de logement, de soutien à domicile aux adultes handicapés de la région administrative 05

Depuis dix ans, plusieurs organismes de la région se sont préoccupés du problème des adultes handicapés. Caritas Sherbrooke, dès 1966, met sur pied un comité d'étude pour analyser la situation des handicapés physiques et mentaux. Le rapport de ce comité propose comme solution aux problèmes existants la mise sur pied d'un Centre industriel thérapeutique, d'un atelier protégé et d'une résidence d'hébergement transitoire. Repris sous différentes formes, ce projet finit par s'actualiser en 1970 avec le projet de démonstration "Poly-tek" présenté par la Corporation du Service d'assistance aux handicapés de Sherbrooke et financé par le Ministère de la famille et du Bien-être social du Québec. Poly-tek s'adressant surtout à des adultes légèrement handicapés en vue d'une réadaptation sociale et d'une préparation au marché du travail, une ressource complémentaire est alors développée par la Villa Dufresne (centre d'accueil pour jeunes déficients mentaux): il s'agit d'un atelier tour déficients mentaux moyens et profonds de 18 ans et plus. L'atelier Daisy offre un milieu d'activités occupationnelles à 50 stagiaires ainsi que de l'information et du soutien aux familles de ces handicapés. Financé dans les premières années par un projet de Perspectives-Jeunesse et quatre d'Initiatives locales, Daisy est maintenant soutenu par le Ministère des affaires sociales, depuis 1974 à même le budget global de la Villa Dufresne Inc. et l'Association pour les déficients mentaux. [...]

Exploration d’un modèle d’étude simplifié de la spermiogenèse par l’utilisation de la levure à fission

Résumé: Les cellules germinales mâles remodèlent leur chromatine pour compacter leur noyau afin de protéger leur matériel génétique et assurer un transit optimal vers le gamète femelle. Il a été démontré que tous les spermatides de plusieurs mammifères, incluant l’homme et la souris, présentaient ce mécanisme de remodelage de la chromatine. Celui-ci est caractérisé par une augmentation transitoire de cassures d’ADN dont une quantité importante sont bicaténaires. Ce remodelage chromatinien a été étudié et semble être conservé chez plusieurs espèces, allant de l’algue à l’humain. Dans le contexte de la recherche fondamentale sur le phénomène de la spermiogenèse, il devient parfois très difficile d’investiguer certains aspects importants en vertu de l’impossibilité de réaliser des manipulations génétiques simples. Il est donc impératif de développer un nouveau modèle d’étude plus permissif afin de palier à ces difficultés encourues. Comme le processus de maturation des spores chez la levure à fission présente de grandes similitudes avec la spermiogenèse des mammifères, l’utilisation d’un modèle d’étude basé sur la sporulation de la levure à fission Schizosaccharomyces pombe a été proposée comme modèle comparatif de la spermatogenèse murine. À la suite de la synchronisation de la méiose de la souche S. pombe pat1-114, des analyses d’électrophorèse en champ pulsé (PFGE) et de qTUNEL ont permis de déterminer la présence de cassures bicaténaires transitoires de l’ADN lors de la maturation post-méiotique des ascospores nouvellement formés (t>7h). Des analyses par immunobuvardages dirigés contre le variant d’histones H2AS129p suggère la présence d’un remodelage chromatinien postméiotique dix heures suivant l’induction de la méiose, corroborant le modèle murin. Enfin, des analyses protéomiques couplées à l’analyse par spectrométrie de masse ont permis de proposer l’endonucléase Pnu1 comme candidat potentiellement responsable des cassures bicaténaires transitoires dans l’ADN des ascospores en maturation. En somme, bien que le processus de maturation des spores soit encore bien méconnu, quelques parallèles peuvent être tracés entre la maturation des ascospores de la levure à fission et la spermiogenèse des eucaryotes supérieurs. En identifiant un modèle simple du remodelage chromatinien au niveau de la spermiogenèse animale, on s’assurerait ainsi d’un outil beaucoup plus malléable et versatile pour l’étude fondamentale des événements survenant lors de la spermiogenèse humaine.

The effects of PVP(FE(III)) catalyst and polymer molecular weight on gene delivery via biodegradable crosslinked polyethylenimine

Human gene therapy has faced many setbacks due to the immunogenicity and oncogenity of viruses. Safe and efficient alternative gene delivery vehicles are needed to implement gene therapy in clinical practice. Polymeric vectors are an attractive option due to their availability, simple chemistry, and low toxicity and immunogenicity. Our group has previously reported biodegradable polyethylenimines (PEI) that show high transfection efficiency and low toxicity by cross-linking 800 Da PEI with diacrylate cross-linkers using Michael addition. However, the synthesis was difficult to control, inconsistent, and resulted in polymers with a narrow range of molecular weights. In the present work, we utilized a heterogenous PVP(Fe(III)) catalyst to provide a more controllable PEI crosslinking reaction and wider range of biodegradable PEIs. The biodegradable PEIs reported here have molecular weights ranging from 1.2 kDa to 48 kDa, are nontoxic in MDA-MB-231 cells, and show low toxicity in HeLa cells. At their respective optimal polymer:DNA ratios, these biodegradable PEIs demonstrated about 2-5-fold higher transfection efficiency and 2-7-fold higher cellular uptake, compared unmodified 25 kDa PEI. The biodegradable PEIs show similar DNA condensation properties as unmodified PEI but more readily unpackage DNA, based on ethidium bromide exclusion and heparan sulfate competitive displacement assays, which could contribute to their improved transfection efficiency. Overall, the synthesis reported here provides a more robust, controlled reaction to produce cross-linked biodegradable PEIs that show enhanced gene delivery, low toxicity, and high cellular uptake and can potentially be used for future in vivo studies.

Impact perceptuel d'une mise à zéro des segments plosifs de parole

En traitement du signal audio, les plosives sont des sons de parole très importants au regard de l’intelligibilité et de la qualité. Les plosives sont cependant difficiles à modéliser à l’aide des techniques usuelles (prédiction linéaire et codage par transformée), à cause de leur dynamique propre importante et à cause de leur nature non prédictible. Cette étude présente un exemple de système complet capable de détecter, segmenter, et altérer les plosives dans un flux de parole. Ce système est utilisé afin de vérifier la validité de l’hypothèse suivante : La phase d’éclatement (de burst) des plosives peut être mise à zéro, de façon perceptuellement équivalente. L’impact sur la qualité subjective de cette transformation est évalué sur une banque de phrases enregistrées. Les résultats de cette altération hautement destructive des signaux tendent à montrer que l’impact perceptuel est mineur. Les implications de ces résultats pour le codage de la parole sont abordées.

Nitric oxide synthase and NAD(P)H oxidase modulate coronary endothelial cell growth

Reactive oxygen species (ROS) including nitric oxide (NO) and superoxide anion (O2-) are associated with cell migration, proliferation and many growth-related diseases. The objective of this study was to determine whether there was a reciprocal relationship between rat coronary microvascular endothelial cell (CMEC) growth and activity/expressions (mRNA and protein) of endothelial NO synthase (eNOS) and NAD(P)H oxidase enzymes. Proliferating namely, 50% confluent CMEC possessed approximately three-fold increased activity and expression of both enzymes compared to 100% confluent cells. Treatment of CMEC with an inhibitor of eNOS (L-NAME, 100M) increased cell proliferation as assessed via three independent methods i.e. cell counting, determination of total cellular protein levels and [3H]thymidine incorporation. Similarly, treatment of CMEC with pyrogallol (0.3-3 mM), a superoxide anion (O2-)- generator, also increased CMEC growth while spermine NONOate (SpNO), a NO donor, significantly reduced cell growth. Co-incubation of CMEC with a cell permeable superoxide dismutase mimetic (Mn-III-tetrakis-4-benzoic acid-porphyrin; MnTBAP) plus either pyrogallol or NO did not alter cell number and DNA synthesis thereby dismissing the involvement of peroxynitrite (OONO-) in CMEC proliferation. Specific inhibitors of NAD(P)H oxidase but not other ROS-generating enzymes including cyclooxygenase and xanthine oxidase, attenuated cell growth. Transfection of CMEC with antisense p22-phox cDNA, a membrane-bound component of NAD(P)H oxidase, resulted in substantial reduction in [3H]thymidine incorporation, total cellular protein levels and expression of p22-phox protein. These data demonstrate a cross-talk between CMEC growth and eNOS and NAD(P)H oxidase enzyme activity and expression, thus suggesting that the regulation of these enzymes may be critical in preventing the initiation and/or progression of coronary atherosclerosis.

Nucleic-Acid Delivery Using Lipid Nanocapsules

International audience

Combined anti-Galectin-1 and anti-EGFR siRNA-loaded chitosan-lipid nanocapsules decrease temozolomide resistance in glioblastoma: In vivo evaluation

International audience

Wood-derived biomaterials for biomedical applications

Driven by the global trend in the sustainable economy development and environmental concerns, the exploring of plant-derived biomaterials or biocomposites for potential biomedical and/or pharmaceutical applications has received tremendous attention. Therefore, the work of this thesis is dedicated to high-value and high-efficiency utilization of plant-derived materials, with the focus on cellulose and hemicelluloses in the field of biomedical applications in a novel biorefinery concept. The residual cellulose of wood processing waste, sawdust, was converted into cellulose nanofibrils (CNFs) with tunable surface charge density and geometric size through 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy (TEMPO)-mediated oxidation and mechanical defibrillation. The sawdust-based CNFs and its resultant free-standing films showed comparable or even better mechanical properties than those from a commercial bleached kraft pulp at the same condition, demonstrating the feasibility of producing CNFs and films thereof with outstanding mechanical properties from birch sawdust by a process incorporated into a novel biorefinery platform recovering also polymeric hemicelluloses for other applications. Thus, it is providing an efficient route to upgrade sawdust waste to valuable products. The surface charge density and geometric size of the CNFs were found to play key roles in the stability of the CNF suspension, as well as the gelling properties, swelling behavior, mechanical stiffness, morphology and microscopic structural properties, and biocompatibility of CNF-based materials (i.e. films, hydrogels, and aerogels). The CNFs with tunable surface chemistry and geometric size was found promising applications as transparent and tough barrier materials or as reinforcing additive for production of biocomposites. The CNFs was also applied as structural matrices for the preparation of biocomposites possessing electrical conductivity and antimicrobial activity by in situ polymerization and coating of polypyrrole, and incorporation of silver nanoparticles, which make the material possible for potential wound healing application. The CNF-based matrices (films, hydrogels, and aerogels) with tunable structural and mechanical properties and biocompatibility were further prepared towards an application as 3D scaffolds in tissue engineering. The structural and mechanical strength of the CNF matrices could be tuned by controlling the charge density of the nanocellulose, as well as the pH and temperature values of the hydrogel formation conditions. Biological tests revealed that the CNF scaffolds could promote the survival and proliferation of tumor cells, and enhance the transfection of exogenous DNA into the cells, suggesting the usefulness of the CNF-based 3D matrices in supporting crucial cellular processes during cell growth and proliferation. The CNFs was applied as host materials to incorporate biomolecules for further biomedical application. For example, to investigate how the biocompatibility of a scaffold is influenced by its mechanical and structural properties, these properties of CNF-based composite matrices were controlled by incorporation of different hemicelluloses (O-acetyl galactoglucomanan (GGM), xyloglucan (XG), and xylan) into CNF hydrogel networks in different ratios and using two different approaches. The charge density of the CNFs, the incorporated hemicellulose type and amount, and the swelling time of the hydrogels were found to affect the pore structure, the mechanical strength, and thus the cells growth in the composite hydrogel scaffolds. The mechanical properties of the composite hydrogels were found to have an influence on the cell viability during the wound healing relevant 3T3 fibroblast cell culture. The thusprepared CNF composite hydrogels may work as promising scaffolds in wound healing application to provide supporting networks and to promote cells adhesion, growth, and proliferation.

Desenvolvimento de nanosistemas farmacêuticos para terapia gênica

Gene therapy is one of the major challenges of the post-genomic research and it is based on the transfer of genetic material into a cell, tissue or organ in order to cure or improve the patient s clinical status. In general, gene therapy consists in the insertion of functional genes aiming substitute, complement or inhibit defective genes. The achievement of a foreigner DNA expression into a population of cells requires its transfer to the target. Therefore, a key issue is to create systems, vectors, able to transfer and protect the DNA until it reaches the target. The disadvantages related to the use of viral vectors have encouraged efforts to develop emulsions as non-viral vectors. In fact, they are easy to produce, present suitable stability and enable transfection. The aim of this work was to evaluate two different non-viral vectors, cationic liposomes and nanoemulsions, and the possibility of their use in gene therapy. For the two systems, cationic lipids and helper lipids were used. Nanoemulsions were prepared using sonication method and were composed of Captex® 355; Tween® 80; Spam® 80; cationic lipid, Stearylamine (SA) or 1,2-dioleoyl-3-trimethylammoniumpropane (DOTAP) and water (Milli-Q®). These systems were characterized by average droplet size, Polidispersion Index (PI) and Zeta Potential. The stability of the systems; as well as the DNA compaction capacity; their cytotoxicity and the cytotoxicity of the isolated components; and their transfection capacity; were also evaluated. Liposomes were made by hydration film method and were composed of DOTAP; 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), containing or not Rhodaminephosphatidylethanolamine (PE- Rhodamine) and the conjugate Hyaluronic Acid DOPE (HA-DOPE). These systems were also characterized as nanoemulsions. Stability of the systems and the influence of time, size of plasmid and presence or absence of endotoxin in the formation of lipoplexes were also analyzed. Besides, the ophthalmic biodistribution of PE-Rhodamine containing liposomes was studied after intravitreal injection. The obtained results show that these systems are promising non-viral vector for further utilization in gene therapy and that this field seems to be very important in the clinical practice in this century. However, from the possibility to the practice, there is still a long way

Análise do efeito de polimorfismos não-sinônimos em genes de reparo de DNA da via BER na resposta inflamatória da meningite

In vitro and in animal models, APE1, OGG1, and PARP-1 have been proposed as being involved with inflammatory response. In this work, we have investigated if the SNPs APE1 Asn148Glu, OGG1 Ser326Cys, and PARP-1 Val762Ala are associated to meningitis and also developed a system to enable the functional analysis of polymorphic proteins. Patients with bacterial meningitis (BM), aseptic meningitis (AM) and controls (non-infected) genotypes were investigated by PIRA-PCR or PCR-RFLP. DNA damages were detected in genomic DNA by Fpg treatment. IgG and IgA were measured from plasma and the cytokines and chemokines were measured from cerebrospinal fluid samples using Bio-Plex assays. The levels of NF-κB and c-Jun were measured in CSF by dot blot assays. A significant (P<0.05) increase in the frequency of APE1 148Glu allele in BM and AM patients was observed. A significant increase in the genotypes Asn/Asn in control group and Asn/Glu in BM group was also found. For the SNP OGG1 Ser326Cys, the genotype Cys/Cys was more frequent (P<0.05) in BM group. The frequency of PARP-1 Val/Val genotype was higher in control group (P<0.05). The occurrence of combined SNPs increased significantly in BM patients, indicating that these SNPs may be associated to the disease. Increasing in sensitive sites to Fpg was observed in carriers of APE1 148Glu allele or OGG1 326Cys allele, suggesting that SNPs affect DNA repair activity. Alterations in IgG production were observed in the presence of SNPs APE1Asn148Glu, OGG1Ser326Cys or PARP-1Val762Ala. Reductions in the levels ofIL-6, IL-1Ra, MCP-1/CCL2and IL-8/CXCL8 were observed in the presence of APE1148Glu allele in BM patients, however no differences were observed in the levels of NF-κB and c-Jun considering genotypes and analyzed groups. Using APE1 as model, a system to enable the analysis of cellular effects and functional characterization of polymorphic proteins was developed using strategies of cloning APE1 cDNA in pIRES2-EGFP vector, cellular transfection of the construction obtained, siRNA for endogenous APE1 and cellular cultures genotyping. In conclusion, we obtained evidences of an effect of SNPs in DNA repair genes on the regulation of immune response. This is a pioneering work in the field that shows association of BER variant enzymes with an infectious disease in human patients, suggesting that the SNPs analyzed may affect immune response and damage by oxidative stress level during brain infection. Considering these data, new approaches of functional characterization must be developed to better analysis and interactions of polymorphic proteins in response to this context

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Produção de novos anticorpos Anti-CD20 na forma de FvFc em células de mamíferos

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2015.

siRNAs sintéticos direcionados à no sintase neuronal : efeitos sobre a expressão gênica e viabilidade celular do glioma

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Saúde Animal, 2011.