Surface and subsurface decomposition of a desiccated grass pasture biomass related to erosion and its prediction with RUSLE

Erosion is deleterious because it reduces the soil's productivity capacity for growing crops and causes sedimentation and water pollution problems. Surface and buried crop residue, as well as live and dead plant roots, play an important role in erosion control. An efficient way to assess the effectiveness of such materials in erosion reduction is by means of decomposition constants as used within the Revised Universal Soil Loss Equation - RUSLE's prior-land-use subfactor - PLU. This was investigated using simulated rainfall on a 0.12 m m-1 slope, sandy loam Paleudult soil, at the Agriculture Experimental Station of the Federal University of Rio Grande do Sul, in Eldorado do Sul, State of Rio Grande do Sul, Brazil. The study area had been covered by native grass pasture for about fifteen years. By the middle of March 1996, the sod was mechanically mowed and the crop residue removed from the field. Late in April 1996, the sod was chemically desiccated with herbicide and, about one month later, the following treatments were established and evaluated for sod biomass decomposition and soil erosion, from June 1996 to May 1998, on duplicated 3.5 x 11.0 m erosion plots: (a) and (b) soil without tillage, with surface residue and dead roots; (c) soil without tillage, with dead roots only; (d) soil tilled conventionally every two-and-half months, with dead roots plus incorporated residue; and (e) soil tilled conventionally every six months, with dead roots plus incorporated residue. Simulated rainfall was applied with a rotating-boom rainfall simulator, at an intensity of 63.5 mm h-1 for 90 min, eight to nine times during the experimental period (about every two-and-half months). Surface and subsurface sod biomass amounts were measured before each rainfall test along with the erosion measurements of runoff rate, sediment concentration in runoff, soil loss rate, and total soil loss. Non-linear regression analysis was performed using an exponential and a power model. Surface sod biomass decomposition was better depicted by the exponential model, while subsurface sod biomass was by the power model. Subsurface sod biomass decomposed faster and more than surface sod biomass, with dead roots in untilled soil without residue on the surface decomposing more than dead roots in untilled soil with surface residue. Tillage type and frequency did not appreciably influence subsurface sod biomass decomposition. Soil loss rates increased greatly with both surface sod biomass decomposition and decomposition of subsurface sod biomass in the conventionally tilled soil, but they were minimally affected by subsurface sod biomass decomposition in the untilled soil. Runoff rates were little affected by the studied treatments. Dead roots plus incorporated residues were effective in reducing erosion in the conventionally tilled soil, while consolidation of the soil surface was important in no-till. The residual effect of the turned soil on erosion diminished gradually with time and ceased after two years.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

Innovació empresarial en el procés de transmissió de dades mitjançant una aplicació mòbil

Disposar d’informació de qualitat, en el moment oportú i en el volum adequat és el que actualment necessiten les empreses per poder prendre decisions òptimes. L’empresa JCM Technologies no és una excepció i és en la obtenció d’informació del procés productiu de l’empresa on aquest projecte pren part. L’objectiu d’aquest projecte de final de màster ha consistit en desenvolupar un sistema capaç d’aportar a l’empresa informació sobre els resultats obtinguts durant el control de qualitat dels productes, informació de la qual no disposava. Les dades existien però no es podien convertir en informació valuosa perquè no es disposava d’un mecanisme capaç tractar-les. Per complir els objectius marcats s’ha creat un sistema format pels següents elements: una aplicació per dispositius mòbils Android, una base de dades, un nou programa pel control de la qualitat i aplicatiu servidor. L’aplicació permet obtenir i visualitzar la informació. La base de dades és on es guarda la informació que envia el programa del control de qualitat i finalment, l’aplicatiu servidor habilita la comunicació entre els diferents elements descrits. El fet que dóna valor al sistema és que tots els elements que el formen tenen la capacitat de comunicar-se entre ells mitjançant Internet. Gràcies a això, és possible obtenir informació a temps real de la producció que s’està portant a terme a qualsevol punt del món. En conclusió, cal dir que els objectius s’han complert ja que s’ha aconseguit un sistema ràpid i segur. D’aquesta manera JCM Technologies pot disposar d’una informació molt valuosa que li permet que certes decisions no siguin preses a l’atzar.

Defecto en la homeostasis del oxido nítrico. Mecanismo común subyacente de la insulino-resistencia, la hiperactividad simpática y la morbi-mortalidad cardiovascular [Defective nitric oxide homeostasis. Common underlying mechanism between insulin resistance, sympathetic overactivity and cardiovascular morbidity and mortality]

Obesity, insulin resistance and associated cardiovascular complications are reaching epidemic proportions worldwide and represent a major public health problem. Over the past decade, evidence has accumulated indicating that insulin administration, in addition to its metabolic effects, also has important cardiovascular actions. The sympathetic nervous system and the L-arginine-nitric oxide pathway are the central players in the mediation of insulin's cardiovascular actions. Based on recent animal and human research, we demonstrate that both defective and augmented NO synthesis represent a central defect triggering many of the metabolic, vascular and sympathetic abnormalities characteristic of insulin-resistant states. These observations provide the rationale for the use of pharmaceutical drugs releasing small and physiological amounts of NO and/or inhibitors of NO overproduction as a future treatment for insulin resistance and associated comorbidities.

Metsitettyjen turvepeltojen ja viereisten suometsien ravinnemäärät

Summary: Nutrient amounts of afforested peat fields and neighbouring peatland forests

Gross to Net Calculator, November 2009

Gross-to-Net is a payroll calculator modeled after the actual payroll calculation program used for state employees’ pay warrants. This calculator can be used to project changes in deduction amounts and net pay when there are changes in pay amounts, hours worked, mandatory and voluntary deductions, including all pre-tax deductions such as retirement, insurances, deferred compensation or flexible spending plans. Federal and state tax withholding, retirement rates, OASDI and Medicare (FICA), and insurance deductions are calculated using current rates on HRIS Production. The Gross-to-Net Calculator is accessed through the employee’s timesheet. For instructions on accessing the timesheet, please refer to the HRIS Time Reporting System Manual. When viewing the timesheet, enter “GN” in the header action field to go to the calculator.

Autoinduction of 2,4-diacetylphloroglucinol biosynthesis in the biocontrol agent Pseudomonas fluorescens CHA0 and repression by the bacterial metabolites salicylate and pyoluteorin.

The antimicrobial metabolite 2,4-diacetylphloroglucinol (2,4-DAPG) contributes to the capacity of Pseudomonas fluorescens strain CHA0 to control plant diseases caused by soilborne pathogens. A 2, 4-DAPG-negative Tn5 insertion mutant of strain CHA0 was isolated, and the nucleotide sequence of the 4-kb genomic DNA region adjacent to the Tn5 insertion site was determined. Four open reading frames were identified, two of which were homologous to phlA, the first gene of the 2,4-DAPG biosynthetic operon, and to the phlF gene encoding a pathway-specific transcriptional repressor. The Tn5 insertion was located in an open reading frame, tentatively named phlH, which is not related to known phl genes. In wild-type CHA0, 2, 4-DAPG production paralleled expression of a phlA'-'lacZ translational fusion, reaching a maximum in the late exponential growth phase. Thereafter, the compound appeared to be degraded to monoacetylphloroglucinol by the bacterium. 2,4-DAPG was identified as the active compound in extracts from culture supernatants of strain CHA0 specifically inducing phlA'-'lacZ expression about sixfold during exponential growth. Induction by exogenous 2,4-DAPG was most conspicuous in a phlA mutant, which was unable to produce 2, 4-DAPG. In a phlF mutant, 2,4-DAPG production was enhanced severalfold and phlA'-'lacZ was expressed at a level corresponding to that in the wild type with 2,4-DAPG added. The phlF mutant was insensitive to 2,4-DAPG addition. A transcriptional phlA-lacZ fusion was used to demonstrate that the repressor PhlF acts at the level of transcription. Expression of phlA'-'lacZ and 2,4-DAPG synthesis in strain CHA0 was strongly repressed by the bacterial extracellular metabolites salicylate and pyoluteorin as well as by fusaric acid, a toxin produced by the pythopathogenic fungus Fusarium. In the phlF mutant, these compounds did not affect phlA'-'lacZ expression and 2, 4-DAPG production. PhlF-mediated induction by 2,4-DAPG and repression by salicylate of phlA'-'lacZ expression was confirmed by using Escherichia coli as a heterologous host. In conclusion, our results show that autoinduction of 2,4-DAPG biosynthesis can be countered by certain bacterial (and fungal) metabolites. This mechanism, which depends on phlF function, may help P. fluorescens to produce homeostatically balanced amounts of extracellular metabolites.

In vivo mechanisms leading to transplantation tolerance induced by regulatory T cells

Purpose: The mechanisms by which CD4+CD25+Foxp3+ T cells (Tregs) regulate effector T cells in a transplantation setting and their in vivo homeostasis still remain to be clarified. Using a mouse adoptive transfer and skin transplantation model, we analyzed the in vivo expansion, effector function and trafficking of effector T cells and donor-specific Tregs, in response to an allograft. Methods and materials: Antigen-specific Tregs were generated and expanded in vitro by culturing freshly isolated Tregs from BALB/c mice (H2d) with syngeneic dendritic cells pulsed with an allopeptide (here the Kb peptide derived from the MHC class I molecule of allogeneic H2b mice). Fluorescent-labelled CD4+CD25- naive T cells and donor-antigen-specific Tregs were transferred alone or coinjected into syngeneic BALB/c-Nude recipients transplanted with allogeneic C57BL/6xBALB/c donor skin. Results: As opposed to their in vitro hyporesponsiveness, Tregs divided in vivo, migrated and accumulated in the allograft draining lymph nodes (drLN) and within the graft. The co-transfer of Tregs did not modify the early proliferation and homing of CD4+CD25- T cells to secondary lymphoid organs. But, in the presence of Tregs, effector T cells produced significantly less IFN- and IL-2 effector cytokines, while higher amounts of IL-10 were detected in the spleen and drLN of these mice. Furthermore, time-course studies showed that Tregs were recruited into the allograft at a very early stage posttransplantation and prevented infiltration by effector T cells. Conclusion: Overall, our results suggest that suppression of graft rejection involves the early recruitment of donor-specific Tregs at the sites of antigenic challenge and that Tregs mainly regulate the effector arm of T cell alloresponses.

Peach palm growth and heart-of-palm yield responses to liming

The effects of liming rates on growth and heart-of-palm yield of peach palm plants (Bactris gasipaes Kunth) were studied in a two-year field experiment conducted in Pariquera-Açu, State of Sao Paulo, Brazil. Soils in this region are allic (sub group Ultic Haplorthox), with base saturation ranging from 15 to 26 % of the cation exchange capacity (CEC). A randomized complete block design, with five rates of dolomitic limestone (0, 0.7, 4.7, 8.7, and 14.6 Mg ha-1) and five replications was utilized. Individual plots were composed of 80 plants but only the inner rows (24 plants) were used for data recording. Planting spacing was 2 x 1 m. There was a cubic effect of liming rates on growth and yield. Maximum heart-of-palm yield was estimated to be achieved at 4.3 Mg ha-1 of limestone application, corresponding to 51.4 % soil base saturation. A significant decrease in growth and yield was observed when large amounts of limestone were applied (8.7 and 14.6 Mg ha-1), probably due to a decreased micronutrient availability.

Research Activities Credit Annual Report for the Period July 1, 2009 – December 31, 2009

Annual report on individuals and companies that claim the Iowa Research Activities Tax Credit. The report includes the total amount of Regular Research Activities Tax Credit claims, the total amount of Supplemental Research Activities Tax Credit claims, the total amount of Research Activities Tax Credit claims paid as refunds, the amounts of Research Activities Tax Credits claimed against corporate income tax and against individual income tax, and the names of taxpayers and the amounts claimed for taxpayers that claimed in excess of $500,000 of Research Activities Tax Credits.

Human Resource Information System; Gross-to-Net Calculator, November 2009

Gross-to-Net is a payroll calculator modeled after the actual payroll calculation program used for state employees’ pay warrants. This calculator can be used to project changes in deduction amounts and net pay when there are changes in pay amounts, hours worked, mandatory and voluntary deductions, including all pre-tax deductions such as retirement, insurances, deferred compensation or flexible spending plans. Federal and state tax withholding, retirement rates, OASDI and Medicare (FICA), and insurance deductions are calculated using current rates on HRIS Production.

Modelling the risk of nitrate leaching from two soils amended with five different biosolids

High N concentrations in biosolids are one of the strongest reasons for their agricultural use. However, it is essential to understand the fate of N in soils treated with biosolids for both plant nutrition and managing the environmental risk of NO3--N leaching. This work aimed at evaluating the risk of NO3--N leaching from a Spodosol and an Oxisol, each one treated with 0.5-8.0 dry Mg ha-1 of fresh tertiary sewage sludge, composted biosolids, limed biosolids, heat-dried biosolids and solar-irradiated biosolids. Results indicated that under similar application rates NO3--N accumulated up to three times more in the 20 cm topsoil of the Oxisol than the Spodosol. However, a higher water content held at field capacity in the Oxisol compensated for the greater nitrate concentrations. A 20 % NO3--N loss from the root zone in the amended Oxisol could be expected. Depending on the biosolids type, 42 to 76 % of the NO3--N accumulated in the Spodosol could be expected to leach down from the amended 20 cm topsoil. NO3--N expected to leach from the Spodosol ranged from 0.8 (composted sludge) to 3.5 times (limed sludge) the amounts leaching from the Oxisol treated alike. Nevertheless, the risk of NO3--N groundwater contamination as a result of a single biosolids land application at 0.5-8.0 dry Mg ha-1 could be considered low.

Construction and electrophoretic migration of single-stranded DNA knots and catenanes.

In recent years there has been growing interest in the question of how the particular topology of polymeric chains affects their overall dimensions and physical behavior. The majority of relevant studies are based on numerical simulation methods or analytical treatment; however, both these approaches depend on various assumptions and simplifications. Experimental verification is clearly needed but was hampered by practical difficulties in obtaining preparative amounts of knotted or catenated polymers with predefined topology and precisely set chain length. We introduce here an efficient method of production of various single-stranded DNA knots and catenanes that have the same global chain length. We also characterize electrophoretic migration of the produced single-stranded DNA knots and catenanes with increasing complexity.

Activity of phosphorus of synthetic Fe-K-P compounds in superphosphate fertilizers as affected by pH and ionic strength

The concentration of orthophosphate ions released from Fe-K-P compounds (Fe3KH8(PO4)6 .6H2O and Fe3KH14(PO4)8 .4H2O) present in superphosphates increases with pH, which initially suggests that the agronomic effectiveness of P fertilizers containing high amounts of these compounds would also increase with soil pH but studies considering activity, instead of concentration, are necessary. With this purpose, both compounds were synthesized under laboratory conditions, characterized by elemental chemical analysis, optical microscopy, X ray diffractometry, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS), and used in a solubility study. Solutions of 0.01, 0.05 and 0.1 mol L-1 NaCl with pH adjusted to 3.0, 4.0, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0 and 7.5 were prepared for the solubility study of H8-syn, H14-syn and a phosphate rock (PR) from Brazil. The orthophosphate activity as H2PO4- and HPO4(2-) was calculated in each situation as related to pH and ionic strength using software MINTEQ. The remaining precipitates after equilibrium were chemically analyzed and subjected to X ray, SEM and EDS. Results of chemical analysis and instrumental techniques confirmed the preparation method. The activity of orthophosphate ions of both compounds tended to decrease under increasing pH and/or ionic strength of the solution, which in turn suggests that an increase in the solution pH does not necessarily promote an increase in the P bioavailability for plant uptake. This can be important when evaluating agronomic data of P fertilizers with high contents of these two Fe-K-P compounds.

A cell therapy approach for erythropoietin delivery using encapsulated human primary fibroblasts

Summary Cell therapy has emerged as a strategy for the treatment of various human diseases. Cells can be transplanted considering their morphological and functional properties to restore a tissue damage, as represented by blood transfusion, bone marrow or pancreatic islet cells transplantation. With the advent of the gene therapy, cells also were used as biological supports for the production of therapeutic molecules that can act either locally or at distance. This strategy represents the basis of ex vivo gene therapy characterized by the removal of cells from an organism, their genetic modification and their implantation into the same or another individual in a physiologically suitable location. The tissue or biological function damage dictates the type of cells chosen for implantation and the required function of the implanted cells. The general aim of this work was to develop an ex vivo gene therapy approach for the secretion of erythropoietin (Epo) in patients suffering from Epo-responsive anemia, thus extending to humans, studies previously performed with mouse cells transplanted in mice and rats. Considering the potential clinical application, allogeneic primary human cells were chosen for practical and safety reasons. In contrast to autologous cells, the use of allogeneic cells allows to characterize a cell lineage that can be further transplanted in many individuals. Furthermore allogeneic cells avoid the potential risk of zoonosis encountered with xenogeneic cells. Accordingly, the immune reaction against this allogeneic source was prevented by cell macro- encapsulation that prevents cell-to-cell contact with the host immune system and allows to easy retrieve the implanted device. The first step consisted in testing the survival of various human primary cells that were encapsulated and implanted for one month in the subcutaneous tissue of immunocompetent and naturally or therapeutically immunodepressed mice, assuming that xenogeneic applications constitute a stringent and representative screening before human transplantation. A fibroblast lineage from the foreskin of a young donor, DARC 3.1 cells, showed the highest mean survival score. We have then performed studies to optimize the manufacturing procedures of the encapsulation device for successful engraftment. The development of calcifications on the polyvinyl alcohol (PVA) matrix serving as a scaffold for enclosed cells into the hollow fiber devices was reported after one month in vivo. Various parameters, including matrix rinsing solutions, batches of PVA and cell lineages were assessed for their respective role in the development of the phenomenon. We observed that the calcifications could be totally prevented by using ultra-pure sterile water instead of phosphate buffer saline solution in the rinsing procedure of the PVA matrix. Moreover, a higher lactate dehydrogenase activity of the cells was found to decrease calcium depositions due to more acidic microenvironment, inhibiting the calcium precipitation. After the selection of the appropriate cell lineage and the optimization of encapsulation conditions, a retroviral-based approach was applied to DARC 3.1 fibroblasts for the transduction of the human Epo cDNA. Various modifications of the retroviral vector and the infection conditions were performed to obtain clinically relevant levels of human Epo. The insertion of a post-transcriptional regulatory element from the woodchuck hepatitis virus as well as of a Kozak consensus sequence led to a 7.5-fold increase in transgene expression. Human Epo production was further optimized by increasing the multiplicity of infection and by selecting high producer cells allowing to reach 200 IU hEpo/10E6 cells /day. These modified cells were encapsulated and implanted in vivo in the same conditions as previously described. All the mouse strains showed a sustained increase in their hematocrit and a high proportion of viable cells were observed after retrieval of the capsules. Finally, in the perspective of human application, a syngeneic model using encapsulated murine myoblasts transplanted in mice was realized to investigate the roles of both the host immune response and the cells metabolic requirements. Various loading densities and anti-inflammatory as well as immunosuppressive drugs were studied. The results showed that an immune process is responsible of cell death in capsules loaded at high cell density. A supporting matrix of PVA was shown to limit the cell density and to avoid early metabolic cell death, preventing therefore the immune reaction. This study has led to the development of encapsulated cells of human origin producing clinically relevant amounts of human EPO. This work resulted also to the optimization of cell encapsulation technical parameters allowing to begin a clinical application in end-stage renal failure patients. Résumé La thérapie cellulaire s'est imposée comme une stratégie de traitement potentiel pour diverses maladies. Si l'on considère leur morphologie et leur fonction, les cellules peuvent être transplantées dans le but de remplacer une perte tissulaire comme c'est le cas pour les transfusions sanguines ou les greffes de moelle osseuse ou de cellules pancréatiques. Avec le développement de la thérapie génique, les cellules sont également devenues des supports biologiques pour la production de molécules thérapeutiques. Cette stratégie représente le fondement de la thérapie génique ex vivo, caractérisée par le prélèvement de cellules d'un organisme, leur modification génétique et leur implantation dans le même individu ou dans un autre organisme. Le choix du type de cellule et la fonction qu'elle doit remplir pour un traitement spécifique dépend du tissu ou de la fonction biologique atteintes. Le but général de ce travail est de développer .une approche par thérapie génique ex vivo de sécrétion d'érythropoïétine (Epo) chez des patients souffrant d'anémie, prolongeant ainsi des travaux réalisés avec des cellules murines implantées chez des souris et des rats. Dans cette perpective, notre choix s'est porté sur des cellules humaines primaires allogéniques. En effet, contrairement aux cellules autologues, une caractérisation unique de cellules allogéniques peut déboucher sur de nombreuses applications. Par ailleurs, l'emploi de cellules allogéniques permet d'éviter les riques de zoonose que l'on peut rencontrer avec des cellules xénogéniques. Afin de protéger les cellules allogéniques soumises à une réaction immunitaire, leur confinement dans des macro-capsules cylindriques avant leur implantation permet d'éviter leur contact avec les cellules immunitaires de l'hôte, et de les retrouver sans difficulté en cas d'intolérance ou d'effet secondaire. Dans un premier temps, nous avons évalué la survie de différentes lignées cellulaires humaines primaires, une fois encapsulées et implantées dans le tissu sous-cutané de souris, soit immunocompétentes, soit immunodéprimées naturellement ou par l'intermédiaire d'un immunosuppresseur. Ce modèle in vivo correspond à des conditions xénogéniques et représente par conséquent un environnement de loin plus hostile pour les cellules qu'une transplantation allogénique. Une lignée fibroblastique issue du prépuce d'un jeune enfant, nommée DARC 3 .1, a montré une remarquable résistance avec un score de survie moyen le plus élevé parmi les lignées testées. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux paramètres intervenant dans la réalisation du système d'implantation afin d'optimaliser les conditions pour une meilleure adaptation des cellules à ce nouvel environnement. En effet, en raison de l'apparition, après un mois in vivo, de calcifications au niveau de la matrice de polyvinyl alcohol (PVA) servant de support aux cellules encapsulées, différents paramètres ont été étudiés, tels que les procédures de fabrication, les lots de PVA ou encore les lignées cellulaires encapsulées, afin de mettre en évidence leur rôle respectif dans la survenue de ce processus. Nous avons montré que l'apparition des calcifications peut être totalement prévenue par l'utilisation d'eau pure au lieu de tampon phosphaté lors du rinçage des matrices de PVA. De plus, nous avons observe qu'un taux de lactate déshydrogénase cellulaire élevé était corrélé avec une diminution des dépôts de calcium au sein de la matrice en raison d'un micro-environnement plus acide inhibant la précipitation du calcium. Après sélection de la lignée cellulaire appropriée et de l'optimisation des conditions d'encapsulation, une modification génétique des fibroblastes DARC 3.1 a été réalisée par une approche rétrovirale, permettant l'insertion de l'ADN du gène de l'Epo dans le génome cellulaire. Diverses modifications, tant au niveau génétique qu'au niveau des conditions d'infection, ont été entreprises afin d'obtenir des taux de sécrétion d'Epo cliniquement appropriés. L'insertion dans la séquence d'ADN d'un élément de régulation post¬transcriptionnelle dérivé du virus de l'hépatite du rongeur (« woodchuck ») ainsi que d'une séquence consensus appelée « Kozak » ont abouti à une augmentation de sécrétion d'Epo 7.5 fois plus importante. De même, l'optimisation de la multiplicité d'infection et la sélection plus drastique des cellules hautement productrices ont permis finalement d'obtenir une sécrétion correspondant à 200 IU d'Epo/10E6 cells/jour. Ces cellules génétiquement modifiées ont été encapsulées et implantées in vivo dans les mêmes conditions que celles décrites plus haut. Toutes les souris transplantées ont montré une augmentation significative de leur hématocrite et une proportion importante de cellules présentait une survie conservée au moment de l'explantation des capsules. Finalement, dans la perspective d'une application humaine, un modèle syngénique a été proposé, basé sur l'implantation de myoblastes murins encapsulés dans des souris, afin d'investiguer les rôles respectifs de la réponse immunitaire du receveur et des besoins métaboliques cellulaires sur leur survie à long terme. Les cellules ont été encapsulées à différentes densités et les animaux transplantés se sont vus administrer des injections de molécules anti-inflammatoires ou immunosuppressives. Les résultats ont démontré qu'une réaction immunologique péri-capsulaire était à la base du rejet cellulaire dans le cas de capsules à haute densité cellulaire. Une matrice de PVA peut limiter cette densité et éviter une mort cellulaire précoce due à une insuffisance métabolique et par conséquent prévenir la réaction immunitaire. Ce travail a permis le développement de cellules encapsulées d'origine humaine sécrétant des taux d'Epo humaine adaptés à des traitements cliniques. De pair avec l'optimalisation des paramètres d'encapsulation, ces résultats ont abouti à l'initiation d'une application clinique destinée à des patients en insuffisance rénale terminale.