Leukotriene B⁴ and platelet-activating factor : assessment of biological significance in neutrophil trafficking

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Leukotriene B⁴ and platelet-activating factor : assessment of biological significance in neutrophil trafficking

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Barite Accumulation rates across Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM)

Barite accumulation rates (BAR) have been measured from 12 DSDP/ODP site globally (DSDP site 525, 549 and ODP site 690, 738, 1051, 1209, 1215, 1220, 1221, 1263,1265 and 1266A) to reconstruct the export production across Paleocene Eocene Thermal Maximum (PETM) around 55.9 million year ago. Our results suggesting a general increase in export productivity. We propose that changes in marine ecosystems, resulting from high atmospheric partial pressure of CO2 and ocean acidification, led to enhanced carbon export from the photic zone to depth, thereby increasing the efficiency of the biological pump. We estimate that an annual carbon export flux out of the euphotic zone and into the deep ocean waters could have amounted to about 15 Gt during the PETM. About 0.4% of this carbon is expected to have entered the refractory dissolved organic pool, where it could be sequestered from the atmosphere for tens of thousands of years. Our estimates are consistent with the amount of carbon redistribution expected for the recovery from the PETM.

Barite accumulation rates throughout Pliocene-Pleistocene in Eastern Equatorial Pacific at ODP Site 138-849

Export production is an important component of the carbon cycle, modulating the climate system by transferring CO2 from the atmosphere to the deep ocean via the biological pump. Here we use barite accumulation rates to reconstruct export production in the eastern equatorial Pacific over the past 4.3 Ma. We find that export production fluctuated considerably on multiple time scales. Export production was on average higher (51 g C/m**2/yr) during the Pliocene than the Pleistocene (40 g C/m**2/yr), decreasing between 3 and 1 Ma (from more than 60 to 20 g C/m**2/yr) followed by an increase over the last million years. These trends likely reflect basin-scale changes in nutrient inventory and ocean circulation. Our record reveals decoupling between export production and temperatures on these long (million years) time scale. On orbital time scales, export production was generally higher during cold periods (glacial maxima) between 4.3 and 1.1 Ma. This could be due to stronger wind stress and higher upwelling rates during glacial periods. A shift in the timing of maximum export production to deglaciations is seen in the last ~1.1 million years. Results from this study suggest that, in the eastern equatorial Pacific, mechanisms that affect nutrient supply and/or ecosystem structure and in turn carbon export on orbital time scales differ from those operating on longer time scales and that processes linking export production and climate-modulated oceanic conditions changed about 1.1 million years ago. These observations should be accounted for in climate models to ensure better predictions of future climate change.

Seawater carbonate chemistry and biological parameters of Sepia officinalis during experiments, 2009

Low pO2 values have been measured in the perivitelline fluids (PVF) of marine animal eggs on several occasions, especially towards the end of development, when embryonic oxygen consumption is at its peak and the egg case acts as a massive barrier to diffusion. Several authors have therefore suggested that oxygen availability is the key factor leading to hatching. However, there have been no measurements of PVF pCO2 so far. This is surprising, as elevated pCO2 could also constitute a major abiotic stressor for the developing embryo. As a first attempt to fill this gap in knowledge, we measured pO2, pCO2 and pH in the PVF of late cephalopod (Sepia officinalis) eggs. We found linear relationships between embryo wet mass and pO2, pCO2 and pH. pO2 declined from >12 kPa to less than 5 kPa, while pCO2 increased from 0.13 to 0.41 kPa. In the absence of active accumulation of bicarbonate in the PVF, pH decreased from 7.7 to 7.2. Our study supports the idea that oxygen becomes limiting in cephalopod eggs towards the end of development; however, pCO2 and pH shift to levels that have caused significant physiological disturbances in other marine ectothermic animals. Future research needs to address the physiological adaptations that enable the embryo to cope with the adverse abiotic conditions in their egg environment.

Mass accumulation rates of IODP Hole 320-U1333C

Understanding changes in export production through time provides insight into the response of the biological pump to global climate change, particularly during periods of rapid climate change. In this study we consider what role changes in export production may have had on carbon sequestration and how this may have contributed to the onset of the Eocene-Oligocene transition (EOT). In addition, we consider if these export production variations are dominantly controlled by orbitally driven climate variability. To accomplish these objectives, we report changes in export production in the Eastern Equatorial Pacific (EEP) from Site U1333 across the EOT reconstructed from a high-resolution record of marine barite accumulation rates (BAR). BAR fluctuations suggest synchronous declines in export production associated with the two-step increases in oxygen isotopes that define the transition. The reduction in productivity across the EOT suggests that the biological pump did not contribute to carbon sequestration and the cooling over this transition. We also report a previously undocumented peak in EEP export productivity before the EOT onset. This peak is consistent with export production proxies from the Southern Ocean, potentially implying a global driver for this precursor event. We propose that this enhanced export production and the associated carbon sequestration in the late Eocene may have contributed to the pCO2 drawdown at the onset of Antarctic glaciation.

Seawater carbonate chemistry and biological processes during experiments with spider crab Hyas araneus, 2009

Future scenarios for the oceans project combined developments of CO2 accumulation and global warming and their impact on marine ecosystems. The synergistic impact of both factors was addressed by studying the effect of elevated CO2 concentrations on thermal tolerance of the cold-eurythermal spider crab Hyas araneus from the population around Helgoland. Here ambient temperatures characterize the southernmost distribution limit of this species. Animals were exposed to present day normocapnia (380 ppm CO2), CO2 levels expected towards 2100 (710 ppm) and beyond (3000 ppm). Heart rate and haemolymph PO2 (PeO2) were measured during progressive short term cooling from 10 to 0°C and during warming from 10 to 25°C. An increase of PeO2 occurred during cooling, the highest values being reached at 0°C under all three CO2 levels. Heart rate increased during warming until a critical temperature (Tc) was reached. The putative Tc under normocapnia was presumably >25°C, from where it fell to 23.5°C under 710 ppm and then 21.1°C under 3000 ppm. At the same time, thermal sensitivity, as seen in the Q10 values of heart rate, rose with increasing CO2concentration in the warmth. Our results suggest a narrowing of the thermal window of Hyas araneus under moderate increases in CO2 levels by exacerbation of the heat or cold induced oxygen and capacity limitation of thermal tolerance.

XRF measurements, CNS content, grain size and sediment accumulation of sediment core NC_08/01 from lake Nam Co, Tibet

Decadal to sub-decadal variability of inflow, evaporation and biological productivity derived from Lake Nam Co was used to reconstruct hydrological changes for the past ca. 24 k cal a BP. The timing of these variations corresponds to known climatic shifts on the Northern Hemisphere. After a dry and cold Last Glacial Maximum the lake level of Nam Co initially rose at ca. 20 k cal a BP. Moist but further cold conditions between ca. 16.2 and 14 k cal a BP correspond to Heinrich Event 1. A warm and moist phase between ca. 14 and 13 k cal a BP is expressed as a massive enhancement in inflow and biological productivity and might be associated with a first intensification of the Indian Ocean Summer Monsoon coinciding with the Bølling-Allerød complex. A twostep decrease in inflow and a contemporaneous decline in biological productivity until ca. 11.8 k cal a BP points to cool and dry conditions during the Younger Dryas. Lake levels peak at ca. 9.4 k cal a BP, although hydrological conditions remain relatively stable during the Holocene with only low-amplitude variations observed.

Short Communication Over-Winter Channel Bed Temperature Regimes Generated by Contrasting Snow Accumulation in a High Arctic River

We report experimental results of near-surface winter temperatures along and adjacent to the channel bed of a High Arctic river on Melville Island, Canada. Temperature loggers 5cm below the ground surface in areas where the terrain suggests varying snow accumulation patterns revealed that the maximum winter difference between air and near-surface temperatures ranged from 0 to +30°C during the winter of 2012–13, and that shallow near-surface freezing conditions were delayed for up to 21 days in some locations. Cooling to -10°C was delayed for up to 117 days. Modelled temperature at the top of permafrost indicates that permafrost at locations with thick snow can be up to 8°C warmer than those with thin snow. This thermal evidence for an ameliorated surface environment indicates the potential for substantial extended microbial and biogeochemical cycling during early winter. Rapid thaw of the bed during initiation of snowmelt in spring also indicates a high degree of hydrological connectivity. Therefore, snow-filled channels may contribute to biogeochemical and aquatic cycling in High Arctic rivers.

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

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

Chemical characterization and evaluation of biological activity of Cynara cardunculus extractable compounds

The Mediterranean species Cynara cardunculus L. is recognized in the traditional medicine, for their hepatoprotective and choleretic effects. Biomass of C. cardunculus L. var. altilis (DC), or cultivated cardoon, may be explored not only for the production of energy and pulp fibers, but also for the extraction of bioactive compounds. The chemical characterization of extractable components, namely terpenic and phenolic compounds, may valorize the cultivated cardoon plantation, due to their antioxidant, antitumoral and antimicrobial activities. In this study, the chemical composition of lipophilic and phenolic fractions of C. cardunculus L. var. altilis (DC), cultivated in the south of Portugal (Baixo Alentejo region) was characterized in detail, intending the integral valorization of its biomass. The biological activity of cultivated cardoon extracts was evaluated in terms of antioxidant, human tumor cell antiproliferative and antibacterial effects. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was used for the chemical analysis of lipophilic compounds. Sixty-five lipophilic compounds were identified, from which 1 sesquiterpene lactone and 4 pentacyclic triterpenes were described, for the first time, as cultivated cardoon components, such as: deacylcynaropicrin, acetates of β- and α-amyrin, lupenyl acetate and ψ-taraxasteryl acetate. Sesquiterpene lactones were the major family of lipophilic components of leaves (≈94.5 g/kg), mostly represented by cynaropicrin (≈87.4 g/kg). Pentacyclic triterpenes were also detected, in considerably high contents, in the remaining parts of cultivated cardoon, especially in the florets (≈27.5 g/kg). Taraxasteryl acetate was the main pentacyclic triterpene (≈8.9 g/kg in florets). High pressure liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS) was utilized for the chemical analysis of phenolic compounds. Among the identified 28 phenolic compounds, eriodictyol hexoside was reported for the first time as C. cardunculus L. component, and 6 as cultivated cardoon components, namely 1,4-di-O-caffeoylquinic acid, naringenin 7-O-glucoside, naringenin rutinoside, naringenin, luteolin acetylhexoside and apigenin acetylhexoside. The highest content of the identified phenolic compounds was observed in the florets (≈12.6 g/kg). Stalks outer part contained the highest hydroxycinnamic acids abundance (≈10.3 g/kg), and florets presented the highest flavonoids content (≈10.3 g/kg). The antioxidant activity of phenolic fraction was examined through 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging assay. Stalks outer part, and receptacles and bracts extracts demonstrated the highest antioxidant effect on DPPH (IC50 of 34.35 μg/mL and 35.25 μg/mL, respectively). (cont.) abstract (cont.) The DPPH scavenging effect was linearly correlated with the total contents of hydroxycinnamic acids (r = -0.990). The in vitro antiproliferative activity of cultivated cardoon lipophilic and phenolic extracts was evaluated on a human tumor cells line of triple-negative breast cancer (MDA-MB-231), one of the most refractory human cancers to conventional therapeutics. After 48 h of exposition, leaves lipophilic extract showed higher inhibitory effect (IC50 = 10.39 μg/mL) than florets lipophilic extract (IC50 = 315.22 μg/mL), upon MDA-MB-231 cellular viability. Pure compound of cynaropicrin, representative of the main compound identified in leaves lipophilic extract, also prevented the cell proliferation of MDA-MB-231 (IC50 = 17.86 μM). MDA-MB-231 cells were much more resistant to the 48 h- treatment with phenolic extracts of stalks outer part (IC50 = 3341.20 μg/mL) and florets (IC50 > 4500 μg/mL), and also with the pure compound of 1,5-di-O-caffeoylquinic acid (IC50 = 1741.69 μM). MDA-MB-231 cells were exposed, for 48 h, to the respective IC50 concentrations of leaves lipophilic extract and pure compound of cynaropicrin, in order to understand their ability in modelling cellular responses, and consequently important potentially signaling pathways for the cellular viability decrease. Leaves lipophilic extract increased the caspase-3 enzymatic activity, contrarily to pure compound of cynaropicrin. Additionally, leaves lipophilic extract and pure compound of cynaropicrin caused G2 cell cycle arrest, possibly by upregulating the p21Waf1/Cip1 and the accumulation of phospho-Tyr15-CDK1 and cyclin B1. The inhibitory effects of leaves lipophilic extract and cynaropicrin pure compound, against the MDA-MB-231 cell proliferation, may also be related to the downregulation of phospho-Ser473-Akt. The antibacterial activity of cultivated cardoon lipophilic and phenolic extracts was assessed, for the first time, on two multidrug-resistant bacteria, such as the Gram-negative Pseudomonas aeruginosa PAO1 and the Gram-positive methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), two of the main bacteria responsible for health care-associated infections. Accordingly, the minimum inhibitory concentrations (MIC) were determined. Lipophilic and phenolic extracts of florets did not have antibacterial activity on P. aeruginosa PAO1 and MRSA (MIC > 2048 μg/mL). Leaves lipophilic extract did not prevent the P. aeruginosa PAO1 growth, but pure compound of cynaropicrin was slightly active (MIC = 2048 μg/mL). Leaves lipophilic extract and pure compound of cynaropicrin blocked MRSA growth (MIC of 1024 and 256 μg/mL, respectively). The scientific knowledge revealed in this thesis, either by the chemical viewpoint, or by the biological viewpoint, contributes for the valorization of C. cardunculus L. var. altilis (DC) biomass. Cultivated cardoon has potential to be exploited as source of bioactive compounds, in conciliation with other valorization pathways, and Portuguese traditional cheeses manufacturing.

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

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

Conjugated polymer nanoparticles for biological labeling and delivery

Cancer remains one of the world’s most devastating diseases, with more than 10 million new cases every year. However, traditional treatments have proven insufficient for successful medical management of cancer due to the chemotherapeutics’ difficulty in achieving therapeutic concentrations at the target site, non-specific cytotoxicity to normal tissues, and limited systemic circulation lifetime. Although, a concerted effort has been placed in developing and successfully employing nanoparticle(NP)-based drug delivery vehicles successfully mitigate the physiochemical and pharmacological limitations of chemotherapeutics, work towards controlling the subcellular fate of the carrier, and ultimately its payload, has been limited. Because efficient therapeutic action requires drug delivery to specific organelles, the subcellular barrier remains critical obstacle to maximize the full potential of NP-based delivery vehicles. The aim of my dissertation work is to better understand how NP-delivery vehicles’ structural, chemical, and physical properties affect the internalization method and subcellular localization of the nanocarrier. ^ In this work we explored how side-chain and backbone modifications affect the conjugated polymer nanoparticle (CPN) toxicity and subcellular localization. We discovered how subtle chemical modifications had profound consequences on the polymer’s accumulation inside the cell and cellular retention. We also examined how complexation of CPN with polysaccharides affects uptake efficiency and subcellular localization. ^ This work also presents how changes to CPN backbone biodegradability can significantly affect the subcellular localization of the material. A series of triphenyl phosphonium-containing CPNs were synthesized and the effect of backbone modifications have on the cellular toxicity and intracellular fate of the material. A mitochondrial-specific polymer exhibiting time-dependent release is reported. Finally, we present a novel polymerization technique which allows for the controlled incorporation of electron-accepting benzothiadiazole units onto the polymer chain. This facilitates tuning CPN emission towards red emission. ^ The work presented here, specifically, the effect that side-chain and structure, polysaccharide formulation and CPN degradability have on material’s uptake behavior, can help maximize the full potential of NP-based delivery vehicles for improved chemotherapeutic drug delivery.^

Design, Synthesis And Biological Evaluation Of Hybrid Bioisoster Derivatives Of N-acylhydrazone And Furoxan Groups With Potential And Selective Anti-trypanosoma Cruzi Activity.

Hybrid bioisoster derivatives from N-acylhydrazones and furoxan groups were designed with the objective of obtaining at least a dual mechanism of action: cruzain inhibition and nitric oxide (NO) releasing activity. Fifteen designed compounds were synthesized varying the substitution in N-acylhydrazone and in furoxan group as well. They had its anti-Trypanosoma cruzi activity in amastigotes forms, NO releasing potential and inhibitory cruzain activity evaluated. The two most active compounds (6, 14) both in the parasite amastigotes and in the enzyme contain the nitro group in para position of the aromatic ring. The permeability screening in Caco-2 cell and cytotoxicity assay in human cells were performed for those most active compounds and both showed to be less cytotoxic than the reference drug, benznidazole. Compound 6 was the most promising, since besides activity it showed good permeability and selectivity index, higher than the reference drug. Thereby the compound 6 was considered as a possible candidate for additional studies.