Fabrication, caractérisation et étude électrochimique de microcapsules conductrices à base de dérivés carbazole aminés pour la conception de biopiles enzymatiques

L’objectif général de cette thèse est de développer une plateforme d’immobilisation d’enzymes efficace pour application en biopile. Grâce à la microencapsulation ainsi qu’au choix judicieux des matériaux polymériques pour la fabrication de la plateforme d’immobilisation, l’efficacité du transfert électronique entre l’enzyme encapsulée et l’électrode serait amélioré. Du même coup, les biopiles employant cette plateforme d’immobilisation d’enzymes pourrait voir leur puissance délivrée être grandement augmentée et atteindre les niveaux nécessaires à l’alimentation d’implants artificiels pouvant remplacer des organes telque le pancréas, les reins, le sphincter urinaire et le coeur. Dans un premier temps, le p-phénylènediamine a été employé comme substrat pour la caractérisation de la laccase encapsulée dans des microcapsules de poly(éthylèneimine). La diffusion de ce substrat à travers les microcapsules a été étudiée sous diverses conditions par l’entremise de son oxidation électrochimique et enzymatique afin d’en évaluer sa réversibilité et sa stabilité. La voltampérométrie cyclique, l’électrode à disque tournante (rotating disk electrode - RDE) et l’électrode à O2 ont été les techniques employées pour cette étude. Par la suite, la famille des poly(aminocarbazoles) et leurs dérivés a été identifée pour remplacer le poly(éthylèneimine) dans la conception de microcapsules. Ces polymères possèdent sur leurs unités de répétition (mono- ou diamino) des amines primaires qui seraient disponibles lors de la polymérisation interfaciale avec un agent réticulant tel qu’un chlorure de diacide. De plus, le 1,8-diaminocarbazole (unité de répétition) possède, une fois polymérisé, les propriétés électrochimiques recherchées pour un transfert d’électrons efficace entre l’enzyme et l’électrode. Il a toutefois été nécessaire de développer une route de synthèse afin d’obtenir le 1,8-diaminocarbazole puisque le protocole de synthèse disponible dans la littérature a été jugé non viable pour être utilisé à grande échelle. De plus, aucun protocole de synthèse pour obtenir du poly(1,8-diaminocarbazole) directement n’a été trouvé. Ainsi, deux isomères de structure (1,6 et 1,8-diaminocarbazole) ont pu être synthétisés en deux étapes. La première étape consistait en une substitution électrophile du 3,6-dibromocarbazole en positions 1,8 et/ou 1,6 par des groupements nitro. Par la suite, une réaction de déhalogénation réductive à été réalisée en utilisant le Et3N et 10% Pd/C comme catalyseur dans le méthanol sous atmosphère d’hydrogène. De plus, lors de la première étape de synthèse, le composé 3,6-dibromo-1-nitro-carbazole a été obtenu; un monomère clé pour la synthèse du copolymère conducteur employé. Finalement, la fabrication de microcapsules conductrices a été réalisée en incorporant le copolymère poly[(9H-octylcarbazol-3,6-diyl)-alt-co-(2-amino-9H-carbazol-3,6-diyl)] au PEI. Ce copolymère a pu être synthétisé en grande quantité pour en permettre son utilisation lors de la fabrication de microcapsules. Son comportement électrochimique s’apparentait à celui du poly(1,8-diaminocarbazole). Ces microcapsules, avec laccase encapsulée, sont suffisamment perméables au PPD pour permettre une activité enzymatique détectable par électrode à O2. Par la suite, la modification de la surface d’une électrode de platine a pu être réalisée en utilisant ces microcapsules pour l’obtention d’une bioélectrode. Ainsi, la validité de cette plateforme d’immobilisation d’enzymes développée, au cours de cette thèse, a été démontrée par le biais de l’augmentation de l’efficacité du transfert électronique entre l’enzyme encapsulée et l’électrode.

Kinetic coupling between electron and proton transfer in cytochrome c oxidase: simultaneous measurements of conductance and absorbance changes.

Bovine heart cytochrome c oxidase is an electron-current driven proton pump. To investigate the mechanism by which this pump operates it is important to study individual electron- and proton-transfer reactions in the enzyme, and key reactions in which they are kinetically and thermodynamically coupled. In this work, we have simultaneously measured absorbance changes associated with electron-transfer reactions and conductance changes associated with protonation reactions following pulsed illumination of the photolabile complex of partly reduced bovine cytochrome c oxidase and carbon monoxide. Following CO dissociation, several kinetic phases in the absorbance changes were observed with time constants ranging from approximately 3 microseconds to several milliseconds, reflecting internal electron-transfer reactions within the enzyme. The data show that the rate of one of these electron-transfer reactions, from cytochrome a3 to a on a millisecond time scale, is controlled by a proton-transfer reaction. These results are discussed in terms of a model in which cytochrome a3 interacts electrostatically with a protonatable group, L, in the vicinity of the binuclear center, in equilibrium with the bulk through a proton-conducting pathway, which determines the rate of proton transfer (and indirectly also of electron transfer). The interaction energy of cytochrome a3 with L was determined independently from the pH dependence of the extent of the millisecond-electron transfer and the number of protons released, as determined from the conductance measurements. The magnitude of the interaction energy, 70 meV (1 eV = 1.602 x 10(-19) J), is consistent with a distance of 5-10 A between cytochrome a3 and L. Based on the recently determined high-resolution x-ray structures of bovine and a bacterial cytochrome c oxidase, possible candidates for L and a physiological role for L are discussed.

Hydroxyamidinates et polymères de coordination : suspicions et valences mixtes

Dans un contexte où l’énergie représente un enjeu majeur pour les pays et organisations à économies émergentes et développées, la recherche de nouvelles sources renouvelables et la démocratisation des vecteurs énergétiques permettant l’approvisionnement mondial de façon durable constitue un devoir pour la communauté scientifique internationale. D’ailleurs, il serait essentiel que les nombreuses disciplines de la chimie concertent leurs efforts. Plus particulièrement, la croissance de la recherche en chimie de coordination orientée vers la photosynthèse artificielle ainsi que le développement de matériaux fonctionnels démontre l’importance indéniable de ce champ de recherche. Ce travail présente dans un premier temps l’étude des différentes voies de synthèse d’hydroxyamidines, un ligand chélatant aux propriétés de coordination prometteuses ne recevant que très peu d’attention de la part de la communauté scientifique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le développement d’une stratégie d’assemblage de leurs complexes supramoléculaires impliquant des métaux de transition abondants et peu dispendieux de la première rangée. Dans un troisième temps, il sera question de l’investigation de leurs propriétés photophysiques et électrochimiques à des fins d’applications au sein de matériaux fonctionnels. Pour ce faire, les différentes voies de synthèse des hydroxyamidines et de leurs amidines correspondantes qui ont précédemment été étudiées par les membres du groupe seront tout d’abord perfectionnées, puis investiguées afin de déterminer leur versatilité. Ensuite, les propriétés de complexation des amox résultantes comportant des motifs sélectionnés seront déterminées pour enfin étudier les propriétés photophysiques et électrochimiques d’une série de complexes de métaux de transition de la première rangée. En somme, plusieurs designs qu’offrent les amox et bis-amox sont étudiés et les propriétés des architectures résultantes de leur auto-assemblage sont déterminées.

Hydroxyamidinates et polymères de coordination : suspicions et valences mixtes

Dans un contexte où l’énergie représente un enjeu majeur pour les pays et organisations à économies émergentes et développées, la recherche de nouvelles sources renouvelables et la démocratisation des vecteurs énergétiques permettant l’approvisionnement mondial de façon durable constitue un devoir pour la communauté scientifique internationale. D’ailleurs, il serait essentiel que les nombreuses disciplines de la chimie concertent leurs efforts. Plus particulièrement, la croissance de la recherche en chimie de coordination orientée vers la photosynthèse artificielle ainsi que le développement de matériaux fonctionnels démontre l’importance indéniable de ce champ de recherche. Ce travail présente dans un premier temps l’étude des différentes voies de synthèse d’hydroxyamidines, un ligand chélatant aux propriétés de coordination prometteuses ne recevant que très peu d’attention de la part de la communauté scientifique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le développement d’une stratégie d’assemblage de leurs complexes supramoléculaires impliquant des métaux de transition abondants et peu dispendieux de la première rangée. Dans un troisième temps, il sera question de l’investigation de leurs propriétés photophysiques et électrochimiques à des fins d’applications au sein de matériaux fonctionnels. Pour ce faire, les différentes voies de synthèse des hydroxyamidines et de leurs amidines correspondantes qui ont précédemment été étudiées par les membres du groupe seront tout d’abord perfectionnées, puis investiguées afin de déterminer leur versatilité. Ensuite, les propriétés de complexation des amox résultantes comportant des motifs sélectionnés seront déterminées pour enfin étudier les propriétés photophysiques et électrochimiques d’une série de complexes de métaux de transition de la première rangée. En somme, plusieurs designs qu’offrent les amox et bis-amox sont étudiés et les propriétés des architectures résultantes de leur auto-assemblage sont déterminées.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.

Structural and electron self-exchange rate variations in isomeric (hexaamine)cobalt(III/II) complexes

The syntheses and characterisation of the new macrocyclic hexaamine trans-(5(S),7(S),12(R),14(R)-tetramethyl)-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-6,13-diamine (L-6) and its Co-III complex are reported. The X-ray crystal structural analyses of [CoL6]Cl-2(ClO4) [monoclinic, space group C2/c, a = 16.468(3) Angstrom, b = 9.7156(7) Angstrom, c = 15.070(3) Angstrom, beta = 119.431(8)degrees, Z = 4] and the closely related cis-diamino-substituted macrocyclic complex [CoL2](ClO4)(3) . 2H(2)O (L-2 = cis-6,13-dimethyl-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-6,13-diamine) [orthorhombic, space group Pna2(1), a = 16.8220(8) Angstrom, b = 10.416(2) Angstrom, c = 14.219(3) Angstrom, Z = 4] reveal significant variations in the observed Co-N bond lengths and coordination geometries, which may be attributed to the trans or cis disposition of the pendent primary amines. The Co-III/II self-exchange electron transfer rate constants for these and other closely related hexaamines have been determined, and variations of some 2 orders of magnitude are found between pairs of trans and cis isomeric Co-III complexes.

Bovine embryo transfer recipient synchronisation and management in tropical environments

Numerous studies have shown that it is possible to manipulate follicular and luteal dynamics, thereby eliminating the need for oestrus detection in embryo transfer (ET) programmes. Fixed-time ET (FTET) protocols are based on the use of gonadotrophin-releasing hormone (GnRH) and prostaglandin (PG) F or progesterone/progestogen (P4)-releasing devices and oestradiol. The FTET protocols increases the proportion of recipients transferred, and therefore pregnancy rates, compared with the use of PGF followed by ET 7 days after oestrus. Furthermore, the addition of equine chorionic gonadotrophin (eCG) to the P4 and oestradiol-based FTET protocols results in an even higher proportion of recipients transferred, and thus higher pregnancy rates. The beneficial effect of eCG treatment may be related to increased growth of the dominant follicle and increased plasma P4 concentrations during the subsequent luteal phase. In Bos taurus x Bos indicus recipients, pregnancy rates were positively correlated with the diameter of the corpus luteum (CL) and the number of CL at ET. When repeat-breeder Holstein cows were used as recipients, FTET protocols increased number of recipients transferred and pregnancy rates compared with the traditional PGF-based synchronisation protocols. In conclusion, the use of FTET protocols eliminates the need for the detection of oestrus and results in a greater proportion of recipients transferred and satisfactory pregnancy rates. Thus, FTET optimises the use of recipients, reducing labour and animal handling and facilitating the use of ET.

Redox-active cytotoxic diorganotin(IV) cycloalkylhydroxamate complexes with different ring sizes: Reduction behaviour and theoretical interpretation

Two series of new diorganotin(IV) cycloalkylhydroxamate complexes with different ring sizes (cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl and cyclohexyl), formulated as the mononuclear [R2Sn(HL)(2)] (1:2) (a, R=Bu-n and Ph) and the polymeric [R2SnL](n) (1:1) (b, R=Bu-n) compounds, were prepared and fully characterized. Single crystal X-ray diffraction for [(Bu2Sn)-Bu-n{C5H9C(O)NHO}(2)] (3a) discloses the cis geometry and strong intermolecular NH center dot center dot center dot O interactions. The in vitro cytotoxic activities of the complexes were evaluated against HL-60, Bel-7402, BGC-823 and KB human tumour cell lines, the greater activity concerning [(Bu2Sn)-Bu-n(HL)(2)] [HL=C3H5C(O)NHO (1a), C6H11C(O)NHO (4a)] towards BGC-823. The complexes undergo, by cyclic voltammetry and controlled-potential electrolysis, one irreversible overall two-electron cathodic process at a reduction potential that does not appear to correlate with the antitumour activity. The electrochemical behaviour of [R2Sn(C5H9C(O)NHO)(2)] [R=Bu-n (3a), Ph (7a)] was also investigated using density functional theory (DFT) methods, showing that the ultimate complex structure and the mechanism of its formation are R dependent: for the aromatic (R = Ph) complex, the initial reduction step is centred on the phenyl ligands and at the metal, being followed by a second reduction with Sn-O and Sn-C ruptures, whereas for the alkyl (R=Bu-n) complex the first reduction step is centred on one of the hydroxamate ligands and is followed by a second reduction with Sn-O bond cleavages and preservation of the alkyl ligands. In both cases, the final complexes are highly coordinative unsaturated Sn-II species with the cis geometry, features that can be of biological significance.

Structural and electron paramagnetic resonance (EPR) studies of mononuclear molybdenum enzymes from sulfate-reducing bacteria

Acc. Chem. Res., 2006, 39 (10), pp 788–796 DOI: 10.1021/ar050104k

Reactive electron scattering from biomolecules and technologically relevant molecules

The role of a set of gases relevant within the context of biomolecules and technologically relevant molecules under the interaction of low-energy electrons was studied in an effort to contribute to the understanding of the underlying processes yielding negative ion formation. The results are relevant within the context of damage to living material exposed to energetic radiation, to the role of dopants in the ion-molecule chemistry processes, to Electron Beam Induced Deposition (EBID) and Ion Beam Induced Deposition (IBID) techniques. The research described in this thesis addresses dissociative electron attachment (DEA) and electron transfer studies involving experimental setups from the University of Innsbruck, Austria and Universidade Nova de Lisboa, Portugal, respectively. This thesis presents DEA studies, obtained by a double focusing mass spectrometer, of dimethyl disulphide (C2H6S2), two isomers, enflurane and isoflurane (C3F5Cl5) and two chlorinated ethanes, pentachloroethane (C2HCl5) and hexachloroethane (C2Cl6), along with quantum chemical calculations providing information on the molecular orbitals as well as thermochemical thresholds of anion formation for enflurane, isoflurane, pentachloroethane and hexachloroethane. The experiments represent the most accurate DEA studies to these molecules, with significant differences from previous work reported in the literature. As far as electron transfer studies are concerned, negative ion formation in collisions of neutral potassium atoms with N1 and N3 methylated pyrimidine molecules were obtained by time-of-flight mass spectrometry (TOF). The results obtained allowed to propose concerted mechanisms for site and bond selective excision of bonds.

Electron driven reactions in sulphur containing biological prototypes

The interaction of ionising radiation with living tissues may direct or indirectly generate several secondary species with relevant genotoxic potential. Due to recent findings that electrons with energies below the ionisation threshold can effectively damage DNA, radiation-induced damage to biological systems has increasingly come under scrutiny. The exact physico-chemical processes that occur in the first stages of electron induced damage remain to be explained. However, it is also known that free electrons have a short lifetime in the physiological medium. Hence, electron transfer processes studies represent an alternative approach through which the role of "bound" electrons as a source of damage to biological tissues can be further explored. The thesis work consists of studying dissociative electron attachment (DEA) and electron transfer to taurine and thiaproline. DEA measurements were executed in Siedlce University with Prof. Janina Kopyra under COST action MP1002 (Nanoscale insights in ion beam cancer therapy). The electron transfer experiments were conducted in a crossed atom(potassium)-molecule beam arrangement. In these studies the anionic fragmentation patterns were obtained. The results of both mechanisms are shown to be significantly different, unveiling that the damaging potential of secondary electrons can be underestimated. In addition, sulphur atoms appear to strongly influence the dissociation process, demonstrating that certain reactions can be controlled by substitution of sulphur at specific molecular sites.

Oxidative potential of a panel of carbonaceous and metallic nanoparticles

Characterisation of nanoparticles (NP) based on size distribution, surface area, reactivity, and aggregation status of nanoparticles (NP) are of prime importance because they are usually closely related to toxicity. To date, most of the toxicity studies are quite time and money consuming. In the present study we report the oxidative properties of a panel of various NP (four Carbonaceous, nine Metal oxides, and one Metal as showed in Table 1) assessed with an acellular reactivity test measuring dithiothreitol (DTT) consumption (Sauvain et al. 2008). Such a test allows determining the ability of NP to catalyse the transfer of electrons from DTT to oxygen. DTT is used as a reductant species. NP were diluted and sonicated in Tween 80® to a final concentration of 50 g/mL. Printex 90 was diluted 5 times before doing the DTT assay because of its expected higher activity. Suspensions were characterised for NP size distribution by Nanoparticle Tracking Analysis (Nanosight©). Fresh solutions were incubated with DTT (100 μM). Aliquots were taken every 5 min and the remaining DTT was determined by reacting it with DTNB. The reaction rate was determined for NP suspensions and blank in parallel. The mean Brownian size distribution of NP agglomerates in suspension is presented in Table 1. D values correspond to 10th, and 50th percentiles of the particle diameters. All the NP agglomerated in Tween 80 with a D50 size corresponding to at least twice their primary size, except for Al2O3 (300 nm). The DTT test showed Printex 90 sample to be the most reactive one, followed by Diesel EPA and Nanotubes. Most of the metallic NP was nonresponding toward this test, except for NiO and Ag which reacted positively and ZnO which presented the most negative reactivity (see Figure 1). This last observation suggests that electron transfer between DTT and oxygen is hindered in presence of ZnO compared with the blank. Such "stabilization" could be attributable to ZnO dissolution and complexation between Zn2+ ions and DTT.

Differentiated chemical reactivity of nanoparticles toward DTT

RATIONALE: Induction of oxidative stress and impairment of the antioxidant defense are considered important biological responses following nanoparticle (NP) exposure. The acellular in vitro dithiothreitol (DTT) assay is proposed to measure the oxidative potential of NP. In addition, DTT can be considered as a model compound of sulfur containing antioxidants. The objective of this work is to evaluate the surface reactivity in solution of a NP panel toward DTT. METHOD: The NP panel was composed of four carbonaceous particles, six types of metal oxides and silver with primary size ranged from 7 to 300 nm. Suspensions were prepared in surfactant solution with 30 min sonication. DTT was used as reductant to evaluate the oxidative properties of the different NP. The determination of the NP ability to catalyze electron transfer from DTT to oxygen was carried out as described in Sauvain et al., Nanotoxicology, 2008, 2:3, 121−129. RESULTS: All the carbonaceous NP catalyzed the oxidation of DTT by oxygen following the mass based order: carbon black > diesel exhaust particle > nanotubes > fullerene. A contrasting reactivity was observed for the metallic NP. Except for nickel oxide and metallic silver, which reacted similarly to the carbonaceous NP, all other metal oxides hindered the oxidation of DTT by oxygen, with ZnO being the most effective one. CONCLUSIONS : DTT was stabilized against oxidation in the presence of metal oxide NP in the solution. This suggests that different chemical interactions take place compared with carbonaceous NP. To explain these differences, we hypothesize that DTT could form complexes with the metal oxide surface (or dissolved metal ions), rendering it less susceptible to oxidation. By analogy, such a process could be thought to apply in biological systems with sulfur−containing antioxidants, reducing their buffer capacity. Such NP could thus contribute to oxidative stress by an alternative mechanism.

Concentrations sériques de protéines placentaires au 1er trimestre dans des grossesses monofoetales et multiples après FIV : implications pour le dépistage de la trisomie 21 [First trimester serum concentrations of placental proteins in singleton and multiple IVF pregnancies: implications for Down syndrome screening]

First trimester biochemical trisomy screening is based on serum concentrations of pregnancy-associated plasma protein A (PAPP-A) and human chorionic gonadotrophin (hCG). Our aim was to confirm previously suggested modifications in serum marker concentrations after in vitro fertilisation (IVF) and embryo transfer (ET), and to assess the need of establishing normal medians for trisomy screening in these. We compared 56 singleton pregnancies obtained after ET (of which 40 in gonadotrophin stimulation cycles) with 120 gestation-matched spontaneous controls. For multiple pregnancies, 17 treated cycles were compared with 25 controls. The levels of PAPP-A, hCG, and pregnancy-specific β1-glycoprotein were determined and compared between treated and spontaneous pregnancies. Serum PAPP-A levels were reduced in pregnancies achieved after gonadotrophin-stimulated IVF and ET, and this was more pronounced in earlier gestational stages. SP1 followed the same trend, while hCG tended to be increased, and this not only in pregnancies obtained from gonadotrophin-stimulated but also from oestrogen supported cycles, and with a more pronounced effect in the later gestational ages examined here. Decreased PAPP-A together with increased hCG concentrations produce falsely elevated results in first trimester Down syndrome screening, but we do not recommend the establishment of normal medians for IVF pregnancies due to the variations in stimulation protocols.

Follicle and corpus luteum size and vascularity as predictors of fertility at the time of artificial insemination and embryo transfer in beef cattle

Abstract:Two ultrasound based fertility prediction methods were tested prior to embryo transfer (ET) and artificial insemination (AI) in cattle. Female bovines were submitted to estrous synchronization prior to ET and AI. Animals were scanned immediately before ET and AI procedure to target follicle and corpus luteum (CL) size and vascularity. In addition, inseminated animals were also scanned eleven days after insemination to target CL size and vascularity. All data was compared with fertility by using gestational diagnosis 35 days after ovulation. Prior to ET, CL vascularity showed a positive correlation with fertility, and no pregnancy occurred in animals with less than 40% of CL vascularity. Prior to AI and also eleven days after AI, no relationship with fertility was seen in all parameters analyzed (follicle and CL size and vascularity), and contrary, cows with CL vascularity greater than 70% exhibit lower fertility. In inseminated animals, follicle size and vascularity was positive related with CL size and vascularity, as shown by the presence of greater CL size and vascularity originated from follicle with also greater size and vascularity. This is the first time that ultrasound based fertility prediction methods were tested prior to ET and AI and showed an application in ET, but not in AI programs. Further studies are needed including hormone profile evaluation to improve conclusion.