Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

Secular changes of spinal canal dimensions in Western Switzerland: a narrowing epidemic?

STUDY DESIGN: Computed tomography-based anatomical study. OBJECTIVE: To study the secular changes in lumbar spinal canal dimensions. SUMMARY OF BACKGROUND DATA: Development of symptomatic lumbar spinal stenosis, among other factors, is related to the dimensions of the bony canal. The canal reaches its adult size early on in life. Several factors, including protein intake, may influence its final dimensions. As with increases in human stature from improvements of socioeconomic conditions, we hypothesized that adult bony canal size has also grown larger in recent generations. METHODS: This study analyzes computed tomographic reconstructions from 184 subjects performed for either trauma (n = 81) or abdominal pathologies (n = 103) and born either between 1940 and 1949 (n = 88) or 1970 and 1979 (n = 96). The cross-sectional area of the bony canal was digitally measured at the level of the pedicle (i.e., at a level not influenced by degenerative changes) for each lumbar vertebra. Intra- and interobserver reliability was assessed. RESULTS: Intra- and interobserver measurement reliability were excellent (interclass correlation coefficient = 0.87) and good (interclass correlation coefficient = 0.61), respectively. Contrary to our hypothesis, the 1940-1949 generation patient group exhibited larger lumbar canals at all levels as compared with the 1970-1979 group. Statistically this difference was highly significant (P < 0.001) and particularly pronounced in the trauma subgroup. CONCLUSION: Given that human stature evolution has stabilized and adult height is established during the first 2 years of long bone growth, it is possible that antenatal factors are responsible for this surprising finding. Maternal smoking and age may be possible explanations. This finding may have significant implications. An increasing number of patients may emerge with lumbar spinal stenosis as degenerative changes develop, putting a strain on health resources. Further studies in different population groups and countries will be important to further confirm this trend. LEVEL OF EVIDENCE: 3.

Las algas del canal olimpico de piraguismo de aguas tranquilas (Barcelona)

Se ha estudiado la flora algal del Canal de Piragüismo de Aguas Tranquilas durante un año. Se han identificado 90 taxa (20 Cyanophyta, 25 Chlorophyta , 1 Charophyta, 9 Euglenophyta, 31Chrysophyta, 2 Cryptophyta y 2 Pirrophyta). Se aportan datos morfométricos, descripciones y fotografías de microscopio óptico de algunas de las especies. También se incluyen fotografías de diatomeas realizadas al microscopio electrónico de barrido. Se comentan los cambios observados en la composición florística en relación con la mejora de la calidad del agua del canal. También se discute el efecto del progresivo incremento de salinidad del agua sobre las poblaciones de diatomeas.

Histopathological evaluation of root canal filling materials for primary teeth

This study aimed to assess the response of apical and periapical tissues of dogs¿ teeth after root canal filling with different materials. Forty roots from dogs¿ premolars were prepared biomechanically and assigned to 4 groups filled with: Group I: commercial calcium hydroxide and polyethylene glycol-based paste (Calen®) thickened with zinc oxide; Group II: paste composed of iodoform, Rifocort® and camphorated amonochlorophenol; Group III: zinc oxide-eugenol cement; Group IV: sterile saline. After 30 days, the samples were subjected to histological processing. The histopathological findings revealed that in Groups I and IV the apical and periapical regions exhibited normal appearance, with large number of fibers and cells and no resorption of mineralized tissues. In Group II, mild inflammatory infiltrate and mild edema were observed, with discrete fibrogenesis and bone resorption. Group III showed altered periapical region and thickened periodontal ligament with presence of inflammatory cells and edema. It may be concluded that the Calen paste thickened with zinc oxide yielded the best tissue response, being the most indicated material for root canal filling of primary teeth with pulp vitality.

Can MRI replace CT in evaluating semicircular canal dehiscence?

BACKGROUND AND PURPOSE: Patients with symptoms of semicircular canal dehiscence often undergo both CT and MR imaging. We assessed whether FIESTA can replace temporal bone CT in evaluating patients for SC dehiscence. MATERIALS AND METHODS: We retrospectively reviewed 112 consecutive patients (224 ears) with vestibulocochlear symptoms who underwent concurrent MR imaging and CT of the temporal bones between 2007 and 2009. MR imaging protocol included a FIESTA sequence covering the temporal bone (axial 0.8-mm section thickness, 0.4-mm spacing, coronal/oblique reformations; 41 patients at 1.5T, 71 patients at 3T). CT was performed on a 64-row multidetector row scanner (0.625-mm axial acquisition, with coronal/oblique reformations). Both ears of each patient were evaluated for dehiscence of the superior and posterior semicircular canals in consensual fashion by 2 neuroradiologists. Analysis of the FIESTA sequence and reformations was performed first for the MR imaging evaluation. CT evaluation was performed at least 2 weeks after the MR imaging review, resulting in a blinded comparison of CT with MR imaging. CT was used as the reference standard to evaluate the MR imaging results. RESULTS: For SSC dehiscence, MR imaging sensitivity was 100%, specificity was 96.5%, positive predictive value was 61.1%, and negative predictive value was 100% in comparison with CT. For PSC dehiscence, MR imaging sensitivity was 100%, specificity was 99.1%, positive predictive value was 33.3%, and negative predictive value was 100% in comparison with CT. CONCLUSIONS: MR imaging, with a sensitivity and negative predictive value of 100%, conclusively excludes SSC or PSC dehiscence. Negative findings on MR imaging preclude the need for CT to detect SC dehiscence. Only patients with positive findings on MR imaging should undergo CT evaluation.

Helical tomotherapy in the treatment of anal canal cancer: 3-year clinical experience

Objective: To report a single-center experience treating patients with squamous- cell carcinoma of the anal canal using helical Tomotherapy (HT) and concurrent chemotherapy (CT).Materials/Methods: From October 2007 to February 2011, 55 patients were treated with HT and concurrent CT (5-fluorouracil/capecitabin and mitomycin) for anal squamous-cell carcinoma. All patients underwent computed- tomography-based treatment planning, with pelvic and inguinal nodes receiving 36 Gy in 1.8 Gy/fraction. Following a planned 1-week break, primary tumor site and involved nodes were boosted to a total dose 59.4 Gy in 1.8 Gy/fraction. Dose-volume histograms of several organs at risk (OAR; bladder, small intestine, rectum, femoral heads, penile bulb, external genitalia) were assessed in terms of conformal avoidance. All toxicity was scored according to the CTCAE, v.3.0. HT plans and treatment were implemented using the Tomotherapy, Inc. software and hardware. For dosimetric comparisons, 3D RT and/or IMRT plans were also computed for some of the patients using the CMS planning system, for treatment with 6-18 MV photons and/or electrons with suitable energies from a Siemens Primus linear accelerator equipped with a multileaf collimator.Locoregional control and survival curves were compared with the log-rank test, and multivariate analysis by the Cox model.Results: With 360-degree-of-freedom beam projection, HT has an advantage over other RT techniques (3D or 5-field step-and-shot IMRT). There is significant improvement over 3D or 5-field IMRT plans in terms of dose conformity around the PTV, and dose gradients are steeper outside the target volume, resulting in reduced doses to OARs. Using HT, acute toxicity was acceptable, and seemed to be better than historical standards.Conclusions: Our results suggest that HT combined with concurrent CT for anal cancer is effective and tolerable. Compared to 3D RT or 5-field step-andshot IMRT, there is better conformity around the PTV, and better OAR sparing.

Canal lombaire étroit. Corrélation entre imagerie et mobilité chez des sujets présentant une sténose canalaire lombaire

La sténose du canal médullaire lombaire peut aujourd'hui se traiter de deux façons différentes à savoir le traitement non- chirurgical (physiothérapie, AINS, infiltrations de corticostéroïdes) pour les patients souffrant de symptômes modérés et le traitement chirurgical (décompression canalaire) pour les patients avec des symptômes graves et des déficits fonctionnels. Plusieurs études ont tenté de comparer ces deux approches thérapeutiques. Pour ce faire, on se servit de questionnaires d'évaluation subjective des capacités fonctionnelles (Oswestry Disability Index) souvent associés à des mesures des capacités de marche en laboratoire.¦Notre étude utilise des capteurs gyroscopiques placés sur le corps des sujets afin de mesurer des paramètres de positions, de transferts de position et de la marche pendant 5 jours consécutifs. Cette méthode nous permet d'effectuer ces mesures objectives dans le cadre de vie des patients, dans leurs activités quotidiennes. Nous espérons ainsi obtenir des résultats qui soient plus représentatifs de leur mobilité.¦Dans le cadre de mon travail de master, je me suis concentré sur la phase pilote d'une étude du Dr Schizas. Cette phase ne regroupe qu'un nombre limité de sujets (14) répartis en deux groupes de 7 suivant le traitement reçu (chir. contre non-chir). Nous avons alors émis trois hypothèses. La première dit que, avant traitement, les patients non-opérés marchent mieux que les patients destinés à la chirurgie (symptômes moins intenses). La deuxième postule que le traitement chirurgical permet d'atténuer suffisamment les symptômes pour que les capacités de marche se rapprochent de celles des patients non opérés avant traitement (efficacité de la chirurgie). Pour finir, notre dernière hypothèse prétend que, après la chirurgie, les patients opérés voient une amélioration de leur capacité de marche par rapport à celles qu'ils avaient avant l'intervention. 4 paramètres ont été retenus afin de caractériser la marche: la longueur des pas, la vitesse, la cadence des pas et la distance parcourue. C'est à partir des moyennes et des coefficients de variabilité de ces paramètres que nous avons effectué nos comparaisons.¦Après l'analyse de nos résultats, il s'avère que nos valeurs tendent à valider nos trois hypothèses à quelques exceptions près. Hypothèse n°1: avant traitement, les patients non destinés à la chirurgie marchent plus vite (2.96 contre 2.87 P 0.84) et avec une cadence des pas plus importante (101.78 contre 94.59 P 0.047). Seule la longueur des pas est plus importante chez les futurs opérés (1.01 contre 0.96 P 0.72). Les coefficients de variabilité (CV) sont tous plus faibles chez les non-opérés (marche plus homogène). Concernant notre 2ème hypothèse, nous sommes plutôt satisfaits des résultats. A 3 mois après la chirurgie, les patients opérés, comparés aux non-opérés avant traitement ont une longueur de pas similaire (1.02 contre 0.96 P 0.70) et une vitesse plus importante (3.08 contre 2.96 P 0.83). Seule la cadence des pas est plus élevée chez les non-opérés (101.78 contre 100.23 P 0.72). Les CV confirment également un rapprochement des capacités de marche de nos patients opérés de celles des non-opérés. Pour la troisième hypothèse, nous sommes heureux de constater que les moyennes et les CV sont tous en accord avec l'idée de base. A trois mois post-traitement les patients opérés font des pas de longueur similaire (1.02 contre 1.01 P 0.93), marchent plus vite (3.08 contre 2.89 P 0.52) et à une cadence plus importante (100.23 contre 94.59 P 0.19).¦Avec seulement 14 patients, il est bien clair que ces résultats n'ont que peu de valeur statistique. Cependant, ces résultats nous encouragent à poursuivre cette étude sur un collectif de patients plus important dans le but de mieux comprendre les troubles de la mobilité des personnes atteintes de canal lombaire étroit.

Per aquí passa el canal!

Projecte presentat a Racons Públics - FAD 2013

Horizontal vestibulo-ocular reflex dynamics in acute vestibular neuritis and viral labyrinthitis: evidence of otolith-canal interaction.

OBJECTIVE: To evaluate the dynamic properties of the horizontal vestibulo-ocular reflex (h-VOR) in the acute stage of two common labyrinthine diseases that provoke severe attacks of vertigo with spontaneous nystagmus: vestibular neuritis (vestibular loss alone) and viral labyrinthitis (cochleovestibular loss). MATERIAL AND METHODS: Sixty-three patients were investigated: 42 were diagnosed with vestibular neuritis and 21 with viral labyrinthitis. The h-VOR function was evaluated by conventional caloric and impulsive testing. A simplified model of vestibular function was used to analyze the vestibulo-ocular response to rotational stimulation. RESULTS: The results showed a significant difference in h-VOR characteristics between the two pathologies. Patients with vestibular neuritis exhibited a strong horizontal semicircular canal deficit, but no h-VOR asymmetry between the two rotational directions. In contrast, patients with viral labyrinthitis demonstrated moderate canal paresis and a marked h-VOR deficit in rotation toward the affected ear. CONCLUSION: These findings support the hypothesis that the h-VOR dynamic asymmetry that occurs after an acute unilateral inner ear lesion is not due to canal dysfunction alone, but involves complex adaptive changes in the central VOR that may implicate the otolith system. Based on histopathologic and clinical differences in the two pathologies reported in the literature, we postulate that this otolith-canal interaction is mainly linked to the loss of saccular function.