Recent Innovations in Antibody-Mediated, Targeted Particulate Nanotechnology and Implications for Advanced Visualisation and Drug Delivery

Research into the targeting of drug substances to a specific disease site has enjoyed sustained activity for many decades. The reason for such fervent activity is the considerable clinical advantages that can be gained when the delivery system plays a pivotal role in determining where the drug is deposited. When compared to conventional formulations where no such control exists, such as parenteral and oral systems, the sophisticated targeting device can reduce side effects and limit collateral damage to surrounding normal tissue. No more so is this important than in the area of oncology when dose-limiting side effects are often encountered as an ever present difficulty. In this review, the types of colloidal carrier commonly used in targeted drug delivery are discussed, such as gold and polymeric colloids. In particular, the process of attaching targeting capabilities is considered, with reference to antibody technologies used as the targeting motifs. Nanotechnology has brought together a means to carry both a drug and targeting ligand in self-contained constructs and their applications to both clinical therapy and diagnosis are discussed.

The GAL genetic switch: visualisation of the interacting proteins by split-EGFP bimolecular fluorescence complementation

A split-EGFP bimolecular fluorescence complementation assay was used to visualise and locate three interacting pairs of proteins from the GAL genetic switch of the budding yeast, Saccharomyces cerevisiae. Both the Gal4p-Gal80p and Gal80p-Gal3p pairs were found to be located in the nucleus under inducing conditions. However, the Gal80p-Gal1p complex was located throughout the cell. These results support recent work establishing an initial interaction between Gal3p and Gal80p occurring in the nucleus. Labelling of all three protein pairs impaired the growth of the yeast strains and resulted in reduced galactokinase activity in cell extracts. The most likely cause of this impairment is decreased dissociation rates of the complexes, caused by the essentially irreversible reassembly of the EGFP fragments. This suggests that a fully functional GAL genetic switch requires dynamic interactions between the protein components. These results also highlight the need for caution in the interpretation of in vivo split-EGFP experiments.

Modelling and visualisation of material flow in friction stir spot welding

Abstract The material flow in friction stir spot welding of aluminium to both aluminium and steel has been investigated, using pinless tools in a lap joint geometry. The flow behaviour was revealed experimentally using dissimilar Al alloys of similar strength. The effect on the material flow of tool surface features, welding conditions (rotation speed, plunge depth, dwell time), and the surface state of the steel sheet (un-coated or galvanized) have been systematically studied. A novel kinematic flow model is presented, which successfully predicts the observed layering of the dissimilar Al alloys under a range of conditions. The model and the experimental observations provide a consistent interpretation of the stick-slip conditions at the tool-workpiece interface, addressing an elusive and long-standing issue in the modelling of heat generation in friction stir processing.

Mid-Century Molecular: The Material Culture of X-ray Crystallographic Visualisation across Postwar British Science and Industrial Design

This thesis investigates the use and significance of X-ray crystallographic visualisations of molecular structures in postwar British material culture across scientific practice and industrial design. It is based on research into artefacts from three areas: X-ray crystallographers’ postwar practices of visualising molecular structures using models and diagrams; the Festival Pattern Group scheme for the 1951 Festival of Britain, in which crystallographic visualisations formed the aesthetic basis of patterns for domestic objects; and postwar furnishings with a ‘ball-and-rod’ form and construction reminiscent of those of molecular models. A key component of the project is methodological. The research brings together subjects, themes and questions traditionally covered separately by two disciplines, the history of design and history of science. This focus necessitated developing an interdisciplinary set of methods, which results in the reassessment of disciplinary borders and productive cross-disciplinary methodological applications. This thesis also identifies new territory for shared methods: it employs network models to examine cross-disciplinary interaction between practitioners in crystallography and design, and a biographical approach to designed objects that over time became mediators of historical narratives about science. Artefact-based, archival and oral interviewing methods illuminate the production, use and circulation of the objects examined in this research. This interdisciplinary approach underpins the generation of new historical narratives in this thesis. It revises existing histories of the cultural transmissions between X-ray crystallography and the production and reception of designed objects in postwar Britain. I argue that these transmissions were more complex than has been acknowledged by historians: they were contingent upon postwar scientific and design practices, material conditions in postwar Britain and the dynamics of historical memory, both scholarly and popular. This thesis comprises four chapters. Chapter one explores X-ray crystallographers’ visualisation practices, conceived here as a form of craft. Chapter two builds on this, demonstrating that the Festival Pattern Group witnesses the encounter between crystallographic practice, design practice and aesthetic ideologies operating within social networks associated with postwar modernisms. Chapters three and four focus on ball-and-rod furnishings in postwar and present-day Britain, respectively. I contend that strong relationships between these designed objects and crystallographic visualisations, for example the appellation ‘atomic design’, have been largely realised through historical narratives active today in the consumption of ‘retro’ and ‘mid-century modern’ artefacts. The attention to contemporary historical narratives necessitates this dual historical focus: the research is rooted in the period from the end of the Second World War until the early 1960s, but extends to the history of now. This thesis responds to the need for practical research on methods for studying cross-disciplinary interactions and their histories. It reveals the effects of submitting historical subjects that are situated on disciplinary boundaries to interdisciplinary interpretation. Old models, such as that of unidirectional ‘influence’, subside and the resulting picture is a refracted one: this study demonstrates that the material form and meaning of crystallographic visualisations, within scientific practice and across their use and echoes in designed objects, are multiple and contingent.

Data Visualisation Does Political Things

In this paper I advance the theory of critical communication design by exploring the politics of data, information and knowledge visualisation in three bodies of work. Data reflects power relations, special interests and ideologies that determine which data is collected, what data is used and how it is used. In a review of Max Roser’s Our World in Data, I develop the concepts of digital positivism, datawash and darkdata. Looking at the Climaps by Emaps project, I describe how knowledge visualisation can support integrated learning on complex problems and nurture relational perception. Finally, I present my own Mapping Climate Communication project and explain how I used discourse mapping to develop the concept of discursive confusion and illustrate contradictions in this politicised area. Critical approaches to information visualisation reject reductive methods in favour of more nuanced ways of presenting information that acknowledge complexity and the political dimension on issues of controversy.

Visualisation of human rad52 protein and its complexes with hRad51 and DNA.

The human Rad52 protein stimulates joint molecule formation by hRad51, a homologue of Escherichia coli RecA protein. Electron microscopic analysis of hRad52 shows that it self-associates to form ring structures with a diameter of approximately 10 nm. Each ring contains a hole at its centre. hRad52 binds to single and double-stranded DNA. In the ssDNA-hRad52 complexes, hRad52 was distributed along the length of the DNA, which exhibited a characteristic "beads on a string" appearance. At higher concentrations of hRad52, "super-rings" (approximately 30 nm) were observed and the ssDNA was collapsed upon itself. In contrast, in dsDNA-hRad52 complexes, some regions of the DNA remained protein-free while others, containing hRad52, interacted to form large protein-DNA networks. Saturating concentrations of hRad51 displaced hRad52 from ssDNA, whereas dsDNA-Rad52 complexes (networks) were more resistant to hRad51 invasion and nucleoprotein filament formation. When Rad52-Rad51-DNA complexes were probed with gold-conjugated hRad52 antibodies, the presence of globular hRad52 structures within the Rad51 nucleoprotein filament was observed. These data provide the first direct visualisation of protein-DNA complexes formed by the human Rad51 and Rad52 recombination/repair proteins.

La Visualisation in vivo des « espèces oxygénées radiculaires» au niveau des cellules ganglionnaires de la rétine.

Titre: La Visualisation in vivo des « espèces oxygénées radiculaires» au niveau des cellules ganglionnaires de la rétine. Le But : Les espèces d'oxygène réactives sont non seulement produites à la suite de la blessure cellulaire, mais servent aussi des molécules faisantes des signes pour une variété de processus critiques, en incluant mitosis et de mort de cellule. Nous avons auparavant dit que la blessure à RGC axons incite un éclatement de superoxyde dans le corps de cellule, probablement de l'origine mitochondrial (Lieven et al, 2006). Nous décrivons maintenant une méthode pour refléter des espèces d'oxygène réactives dans la rétine de l'animal vivant en utilisant un confocal le lisant rapidement du laser ophthalmoscope a appelé la Rétine de Heidelberg Angiograph 2 (HRA2) équipé avec les lasers doubles. La méthodolologie : Après les études préliminaires en utilisant d'autres indicateurs (hydroethidium; HEt) pour les espèces d'oxygène réactives, nous avons essayé de refléter des espèces d'oxygène réactives dans le dans le modèle de vivo l'utilisation 5-(et 6)-chloromethyl-2', 7 '-dichlorodihydrofluorescein diacetate, l'acétyle ester (le CM-H2DCFDA). Un nerf optique de Longs-Evans rats a été écrasé intraorbitalement, en épargnant la circulation retinal. Dans certains rats colliculi supérieur de Longs rats Evans avait été auparavant exposé via craniotomy et surposé avec Gelfoam saturé avec le vert indocyanine (ICG). Aux points de temps variables les animaux ont été injectés intraveineusement ou intravitreally avec HEt ou le CM-H2DCFDA et reflétés avec fluorescein et-ou les filtres d'ICG en utilisant le HRA2. Les résultats: Nous avons démontré le foyer brillant multiple de fluorescence dans la couche de cellule de ganglion quand nous avons rétrogradement étiqueté d'ICG bilatéralement, en indiquant qu'ICG était un colorant rétrogradement transporté qui pourrait être découvert avec le HRA2. Après axotomy et l'injection intravitreal de CM-H2DCFDA, il y avait la fluorescence brillante dans le canal fluorescein dans quelques cellules dans la couche de cellule de ganglion, en accord avec la production d'une ou plusieurs espèces d'oxygène réactives. Les conclusions : RGCs peut être identifié et les niveaux d'espèces d'oxygène réactives mesurés en utilisant une fréquence double confocal Mots-clés : cellules ganglionnaires de la rétine; especes oxygenique radiculaire; la visualisation;

Rétro-ingénierie des diagrammes de séquence par visualisation interactive

Nous proposons une approche semi-automatique pour la rétro-ingénierie des diagrammes de séquence d’UML. Notre approche commence par un ensemble de traces d'exécution qui sont automatiquement alignées pour déterminer le comportement commun du système. Les diagrammes de séquence sont ensuite extraits avec l’aide d’une visualisation interactive, qui permet la navigation dans les traces d'exécution et la production des opérations d'extraction. Nous fournissons une illustration concrète de notre approche avec une étude de cas, et nous montrons en particulier que nos diagrammes de séquence générés sont plus significatifs et plus compacts que ceux qui sont obtenus par les méthodes automatisées.

Intégration de la visualisation à multiples vues pour le développement du logiciel

Le développement du logiciel actuel doit faire face de plus en plus à la complexité de programmes gigantesques, élaborés et maintenus par de grandes équipes réparties dans divers lieux. Dans ses tâches régulières, chaque intervenant peut avoir à répondre à des questions variées en tirant des informations de sources diverses. Pour améliorer le rendement global du développement, nous proposons d'intégrer dans un IDE populaire (Eclipse) notre nouvel outil de visualisation (VERSO) qui calcule, organise, affiche et permet de naviguer dans les informations de façon cohérente, efficace et intuitive, afin de bénéficier du système visuel humain dans l'exploration de données variées. Nous proposons une structuration des informations selon trois axes : (1) le contexte (qualité, contrôle de version, bogues, etc.) détermine le type des informations ; (2) le niveau de granularité (ligne de code, méthode, classe, paquetage) dérive les informations au niveau de détails adéquat ; et (3) l'évolution extrait les informations de la version du logiciel désirée. Chaque vue du logiciel correspond à une coordonnée discrète selon ces trois axes, et nous portons une attention toute particulière à la cohérence en naviguant entre des vues adjacentes seulement, et ce, afin de diminuer la charge cognitive de recherches pour répondre aux questions des utilisateurs. Deux expériences valident l'intérêt de notre approche intégrée dans des tâches représentatives. Elles permettent de croire qu'un accès à diverses informations présentées de façon graphique et cohérente devrait grandement aider le développement du logiciel contemporain.

Utilisation de la visualisation interactive pour l’analyse des dépendances dans les logiciels

La compréhension de la structure d’un logiciel est une première étape importante dans la résolution de tâches d’analyse et de maintenance sur celui-ci. En plus des liens définis par la hiérarchie, il existe un autre type de liens entre les éléments du logiciel que nous appelons liens d’adjacence. Une compréhension complète d’un logiciel doit donc tenir compte de tous ces types de liens. Les outils de visualisation sont en général efficaces pour aider un développeur dans sa compréhension d’un logiciel en lui présentant l’information sous forme claire et concise. Cependant, la visualisation simultanée des liens hiérarchiques et d’adjacence peut donner lieu à beaucoup d’encombrement visuel, rendant ainsi ces visualisations peu efficaces pour fournir de l’information utile sur ces liens. Nous proposons dans ce mémoire un outil de visualisation 3D qui permet de représenter à la fois la structure hiérarchique d’un logiciel et les liens d’adjacence existant entre ses éléments. Notre outil utilise trois types de placements différents pour représenter la hiérarchie. Chacun peut supporter l’affichage des liens d’adjacence de manière efficace. Pour représenter les liens d’adjacence, nous proposons une version 3D de la méthode des Hierarchical Edge Bundles. Nous utilisons également un algorithme métaheuristique pour améliorer le placement afin de réduire davantage l’encombrement visuel dans les liens d’adjacence. D’autre part, notre outil offre un ensemble de possibilités d’interaction permettant à un usager de naviguer à travers l’information offerte par notre visualisation. Nos contributions ont été évaluées avec succès sur des systèmes logiciels de grande taille.

Détection, caractérisation et visualisation des structures transitoires de protéines par sondage au tryptophane

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Un système d'aide à la visualisation interactive de logiciels

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal