Emerging single-cell technologies in immunology.

During evolution, the immune system has diversified to protect the host from the extremely wide array of possible pathogens. Until recently, immune responses were dissected by use of global approaches and bulk tools, averaging responses across samples and potentially missing particular contributions of individual cells. This is a strongly limiting factor, considering that initial immune responses are likely to be triggered by a restricted number of cells at the vanguard of host defenses. The development of novel, single-cell technologies is a major innovation offering great promise for basic and translational immunology with the potential to overcome some of the limitations of traditional research tools, such as polychromatic flow cytometry or microscopy-based methods. At the transcriptional level, much progress has been made in the fields of microfluidics and single-cell RNA sequencing. At the protein level, mass cytometry already allows the analysis of twice as many parameters as flow cytometry. In this review, we explore the basis and outcome of immune-cell diversity, how genetically identical cells become functionally different, and the consequences for the exploration of host-immune defense responses. We will highlight the advantages, trade-offs, and potential pitfalls of emerging, single-cell-based technologies and how they provide unprecedented detail of immune responses.

Un món amb més de mil sexes

En els animals i les plantes, hi ha espècies en què la sexualitat és molt complexa, fins al punt que trenquen amb la divisió en dos sexes que regna en la biologia dels éssers humans

Readout schemes for low noise single-photon avalanche diodes fabricated in conventional HV-CMOS technologies

Three different pixels based on single-photon avalanche diodes for triggered applications, such as fluorescence lifetime measurements and high energy physics experiments, are presented. Each pixel consists of a 20µm x 100µm (width x length) single photon avalanche diode and a monolithically integrated readout circuit. The sensors are operated in the gated mode of acquisition to reduce the probability to detect noise counts interferring with real radiation events. Each pixel includes a different readout circuit that allows to use low reverse bias overvoltages. Experimental results demonstrate that the three pixels present a similar behaviour. The pixels get rid of afterpulses and present a reduced dark count probability by applying the gated operation. Noise figures are further improved by using low reverse bias overvoltages. The detectors exhibit an input dynamic range of 13.35 bits with short gated"on" periods of 10ns and a reverse bias overvoltage of 0.5V. The three pixels have been fabricated in a standard HV-CMOS process.

Progress in single junction microcrystalline silicon solar cells deposited by Hot-Wire CVD

Hot-Wire Chemical Vapor Deposition has led to microcrystalline silicon solar cell efficiencies similar to those obtained with Plasma Enhanced CVD. The light-induced degradation behavior of microcrystalline silicon solar cells critically depends on the properties of their active layer. In the regime close to the transition to amorphous growth (around 60% of amorphous volume fraction), cells incorporating an intrinsic layer with slightly higher crystalline fraction and [220] preferential orientation are stable after more than 7000 h of AM1.5 light soaking. On the contrary, solar cells whose intrinsic layer has a slightly lower crystalline fraction and random or [111] preferential orientation exhibit clear light-induced degradation effects. A revision of the efficiencies of Hot-Wire deposited microcrystalline silicon solar cells is presented and the potential efficiency of this technology is also evaluated.

Predicting the outcome of post-anoxic comatose patients based on single-trial EEG analysis

Les maladies cardio-vasculaires représentent la première cause de mortalité en Suisse. Après un arrêt cardio-respiratoire, une minorité des patients survit sans ou avec peu de séquelles fonctionnelles. L'évaluation du pronostic se fait classiquement selon des critères établis par l'Académie Américaine de Neurologie (AAN) en 2006, soit précédant l'introduction de l'hypothermie thérapeutique. Depuis, ces critères semblent insuffisants, et de nouveaux examens para-cliniques sont nécessaires afin d'identifier les patients ayant un pronostic favorable. La détection d'irrégularités auditives, et plus particulièrement l'évolution de cette détection sur plusieurs jours, pourrait être un indicateur du pronostic de patients comateux suite à une anoxie cérébrale. En effet, lors d'une violation de la régularité établie par des séries de sons identiques, deux signaux sont détectables à l'électro- encéphalographie (EEG). Le premier, dénommé «Mismatch negativity» (MMN), peut être enregistré après une violation locale d'une régularité établie au niveau de chaque son. Il reflète un processus inconscient et ne demandant pas de ressources attentionnelles. Le deuxième, dénommé « complexe P300 » survient par contre après une violation globale d'une régularité établie au niveau de groupes de sons. La littérature actuelle indique que ce deuxième phénomène requerrait la présence de capacités attentionnelles. Dans notre étude, nous avons testé l'existence de cette détection d'irrégularités auditives globales chez des patients dans une phase précoce de coma post-anoxique, sous hypothermie thérapeutique. Nous avons enregistré la réponse électro-encéphalographique lors de violations de régularités auditives globales, à l'aide d'un protocole expérimental qui intégrait en plus un paradigme de MMN classique, afin de tester la détection d'irrégularités auditives locales également. Notre analyse finale inclut 24 patients comateux ayant subi un arrêt cardio-respiratoire, et bénéficié du protocole hypothermie du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) à Lausanne. Après une analyse multivariée des réponses électro-encéphalographiques de chaque tracé individuellement (« single-trial »), nous avons trouvé que 8 patients sur 24 pouvaient discriminer une irrégularité globale, alors qu'étant définis comateux selon l'échelle de Glasgow (GCS). De plus, l'amélioration de la détection d' irrégularités auditives entre deux EEG consécutifs (en hypo- puis normothermie), était un facteur de bon pronostic. Notre test pourrait ainsi être un complément para-clinique dans l'évaluation du pronostic de patients en coma post- anoxique.

Impacte tecnològic en el nou món colonial. Aculturació en arqueologia i arqueometria ceràmica (TECNOLONIAL)

El projecte se centra en l"expansió colonial atlàntica espanyola, especialment durant el segle XVI, estudiada a partir del coneixement arqueològic i arqueomètric de la ceràmica de pisa o majòlica, de les ceràmiques vidrades i dels contenidors de transport, però també de les ceràmiques indígenes d"estil europeu. Amb això, l"objectiu bàsic del projecte és aprofundir en els aspectes d"aculturació o de transculturació, de relacions i d"influències que es generen en un procés colonitzador, entre els colonitzadors i els grups humans colonitzats, però també l"aparició de noves identitats que sorgeixen en els espais colonitzats, amb grups humans generalment mixtos i complexos. Aquest objectiu general es concreta en quatre objectius concrets: la caracterització arqueològica i arqueomètrica dels centres productors i de difusió de Barcelona, Sevilla i el País Basc; la caracterització d"aquests materials, i dels materials indígenes d"influència europea, dels centres receptors de Gran Canària, Perú, Colombia i Canadà; la interpretació d"aquests materials ceràmics tant en termes de comerç, intercanvi i difusió, com des de la perspectiva del seu consum, com a artefactes que marquen o confereixen identitat social o estatus, i la seva participació en aspectes com les tradicions culturals, l"etnicitat o la creació de noves identitats; i la derivació de models teòrics aplicables a contextos colonials, basats en els estudis arqueològics i arqueomètrics de les ceràmiques implicades.

Impacte tecnològic en el nou món colonial. Aculturació en arqueologia i arqueometria ceràmica (TECNOLONIAL)

El projecte TECNOLONIAL té com a principal objectiu aprofundir en aspectes relacionats amb la interacció, influència i aculturació durant el procés de colonització a Amèrica. En aquest sentit, cal destacar que s"utilitza el terme"aculturació" com a nom genèric per denominar un procés complex de contactes entre societats diferents i diverses; procés que donarà com a resultat diverses respostes a la integració i/o resistència d"acord amb diferents situacions i estratègies, com el desenvolupament de noves identitats en les àrees colonitzades on grups humans mixtos i complexos es troben ubicats. El projecte se centra en l"expansió atlàntica espanyola, especialment durant el segle XVI, com a punt de partida del comerç global que es practica avui dia entre societats completament interconnectades.La investigació es basa essencialment en l"estudi de la ceràmica (majòlica, vidriada i contenidors de transport, com també ceràmiques indígenes), que és un bé o un bé comercial de valor intrínsec, d"ús intensiu i relacionat amb activitats quotidianes i simbòliques. A més, la seva ubiqüitat i abundància en el registre arqueològic converteixen la ceràmica en l"objecte ideal per contestar aquest tipus de qüestions. En aquest sentit, la caracterització de la tecnologia ceràmica, que inclou les seves decoracions i vidriats les propietats mecàniques, com també l"avaluació dels seus dissenys formals, ens ha de permetre aconseguir un profund coneixement de la tecnologia europea i del seu impacte transformador sobre la producció ceràmica indígena

Single cell tuning of Myc expression by antigen receptor signal strength and interleukin-2 in T lymphocytes.

Myc controls the metabolic reprogramming that supports effector T cell differentiation. The expression of Myc is regulated by the T cell antigen receptor (TCR) and pro-inflammatory cytokines such as interleukin-2 (IL-2). We now show that the TCR is a digital switch for Myc mRNA and protein expression that allows the strength of the antigen stimulus to determine the frequency of T cells that express Myc. IL-2 signalling strength also directs Myc expression but in an analogue process that fine-tunes Myc quantity in individual cells via post-transcriptional control of Myc protein. Fine-tuning Myc matters and is possible as Myc protein has a very short half-life in T cells due to its constant phosphorylation by glycogen synthase kinase 3 (GSK3) and subsequent proteasomal degradation. We show that Myc only accumulates in T cells exhibiting high levels of amino acid uptake allowing T cells to match Myc expression to biosynthetic demands. The combination of digital and analogue processes allows tight control of Myc expression at the population and single cell level during immune responses.

Tailoring the surface density of silicon nanocrystals embedded in SiOx single layers

In this article, we explore the possibility of modifying the silicon nanocrystal areal density in SiOx single layers, while keeping constant their size. For this purpose, a set of SiOx monolayers with controlled thickness between two thick SiO2 layers has been fabricated, for four different compositions (x=1, 1.25, 1.5, or 1.75). The structural properties of the SiO x single layers have been analyzed by transmission electron microscopy (TEM) in planar view geometry. Energy-filtered TEM images revealed an almost constant Si-cluster size and a slight increase in the cluster areal density as the silicon content increases in the layers, while high resolution TEM images show that the size of the Si crystalline precipitates largely decreases as the SiO x stoichiometry approaches that of SiO2. The crystalline fraction was evaluated by combining the results from both techniques, finding a crystallinity reduction from 75% to 40%, for x = 1 and 1.75, respectively. Complementary photoluminescence measurements corroborate the precipitation of Si-nanocrystals with excellent emission properties for layers with the largest amount of excess silicon. The integrated emission from the nanoaggregates perfectly scales with their crystalline state, with no detectable emission for crystalline fractions below 40%. The combination of the structural and luminescence observations suggests that small Si precipitates are submitted to a higher compressive local stress applied by the SiO2 matrix that could inhibit the phase separation and, in turn, promotes the creation of nonradiative paths.

Spatial mapping of exciton lifetimes in single ZnO nanowires

We investigate the spatial dependence of the exciton lifetimes in single ZnO nanowires. We have found that the free exciton and bound exciton lifetimes exhibit a maximum at the center of nanowires, while they decrease by 30% towards the tips. This dependence is explained by considering the cavity-like properties of the nanowires in combination with the Purcell effect. We show that the lifetime of the bound-excitons scales with the localization energy to the power of 3/2, which validates the model of Rashba and Gurgenishvili at the nanoscale.

Dynamic single cell measurements of kinase activity by synthetic kinase activity relocation sensors.

BACKGROUND: Mitogen activated protein kinases (MAPK) play an essential role in integrating extra-cellular signals and intra-cellular cues to allow cells to grow, adapt to stresses, or undergo apoptosis. Budding yeast serves as a powerful system to understand the fundamental regulatory mechanisms that allow these pathways to combine multiple signals and deliver an appropriate response. To fully comprehend the variability and dynamics of these signaling cascades, dynamic and quantitative single cell measurements are required. Microscopy is an ideal technique to obtain these data; however, novel assays have to be developed to measure the activity of these cascades. RESULTS: We have generated fluorescent biosensors that allow the real-time measurement of kinase activity at the single cell level. Here, synthetic MAPK substrates were engineered to undergo nuclear-to-cytoplasmic relocation upon phosphorylation of a nuclear localization sequence. Combination of fluorescence microscopy and automated image analysis allows the quantification of the dynamics of kinase activity in hundreds of single cells. A large heterogeneity in the dynamics of MAPK activity between individual cells was measured. The variability in the mating pathway can be accounted for by differences in cell cycle stage, while, in the cell wall integrity pathway, the response to cell wall stress is independent of cell cycle stage. CONCLUSIONS: These synthetic kinase activity relocation sensors allow the quantification of kinase activity in live single cells. The modularity of the architecture of these reporters will allow their application in many other signaling cascades. These measurements will allow to uncover new dynamic behaviour that previously could not be observed in population level measurements.

Anàlisi de l’elecció de la cama d’atac predominant en la prova de 400 metres tanques dels XIII Campionats del Món d’Atletisme Daegu 2011

Objectius: Analitzar la utilització d’una o altra cama com a cama d’atac predominant en atletes de 400 metres tanques d’alt nivell. Mètode: L’estudi és descriptiu de tall transversal. Es van estudiar totes les curses de 400 metres tanques dels 72 participants (34 homes i 38 dones) en els XIII Campionats del Món d’Atletisme Daegu 2011 mitjançant la gravació en vídeo des de la tribuna principal del Daegu Stadium de les 18 curses de 400 metres tanques disputades i la posterior anàlisi mitjançant l’aplicació informàtica Kinovea 0.8.4. Resultats: Per atletes, en el total de les curses masculines, la cama d’atac predominant va ser l’esquerra, amb el 63,6 % (42 atletes), i amb la cama dreta va haver-hi el 34,8 % (23 atletes). Només en un cas hi havia un equilibri entre esquerra i dreta. A la final va haver-hi el 75 % (6 atletes) la cama predominant d’atac dels quals va ser l’esquerra. Quant a les dones, la cama d’atac predominant va ser l’esquerra, amb el 48,6 %, seguida de la cama dreta, amb el 41,4 %, i per al 10 % hi havia un equilibri de les dues. A la final, en canvi, la cama predominant d’atac va ser la dreta, amb el 87,5 % (7 atletes), pel 12,5 % de l’esquerra (1 sola atleta). Es van trobar diferències significatives (p = 0,018) en la mitjana de temps finals dels atletes masculins segons quina fos la seva cama d’atac. Conclusions: La majoria dels atletes ataquen les tanques amb dreta i esquerra en algun moment de la cursa, la qual cosa obliga al domini tècnic bilateral. La cama d’atac més utilitzada és l’esquerra, encara que en menor mesura en el cas de les dones. Per primera vegada en una gran competició, 7 de les 8 finalistes tenen la cama dreta com a cama predominant.

Regression-based techniques for statistical decision making in single-case designs

The present study evaluates the performance of four methods for estimating regression coefficients used to make statistical decisions regarding intervention effectiveness in single-case designs. Ordinary least squares estimation is compared to two correction techniques dealing with general trend and one eliminating autocorrelation whenever it is present. Type I error rates and statistical power are studied for experimental conditions defined by the presence or absence of treatment effect (change in level or in slope), general trend, and serial dependence. The results show that empirical Type I error rates do not approximate the nominal ones in presence of autocorrelation or general trend when ordinary and generalized least squares are applied. The techniques controlling trend show lower false alarm rates, but prove to be insufficiently sensitive to existing treatment effects. Consequently, the use of the statistical significance of the regression coefficients for detecting treatment effects is not recommended for short data series.