Genomics to elucidate the molecular basis of calcific aortic valve disease

Le rétrécissement valvulaire aortique (RVA) est causé par une calcification et une fibrose progressive de la valve aortique. Le risque de développer la maladie augmente avec l’âge. À cause de l’augmentation de l’espérance de vie, le RVA est devenu un problème de santé publique. Le RVA est fatal en absence de traitement médical. Actuellement, la chirurgie est le seul traitement pour le stade sévère de la maladie, mais près de 50% des individus avec RVA n’y sont pas éligibles, principalement due à la présence de comorbidités. Plusieurs processus biologiques ont été associés à la maladie, mais les voies moléculaires spécifiques et les gènes impliqués dans le développement et la progression du RVA ne sont pas connus. Il est donc urgent de découvrir les gènes de susceptibilité pour le RVA afin d’identifier les personnes à risque ainsi que les biomarqueurs et les cibles thérapeutiques pouvant mener au développement de médicaments pour inverser ou limiter la progression de la maladie. L’objectif de cette thèse de doctorat était d’identifier la base moléculaire du RVA. Des approches modernes en génomique, incluant l’étude de gènes candidats et le criblage génomique par association (GWAS), ont été réalisées à l’aide de collections d’ADN provenant d’un grand nombre de patients bien caractérisés pour le RVA. Des études complémentaires en transciptomique ont comparé le profil d’expression global des gènes entre des valves calcifiées et non-calcifiées à l’aide de biopuces à ADN et de séquençage de l’ARN. Une première étude a identifié des variations dans le gène NOTCH1 et suggère pour la première fois la présence d’un polymorphisme commun dans ce gène conférant une susceptibilité au RVA. La deuxième étude a combiné par méta-analyse deux GWAS de patients provenant de la ville de Québec et Paris (France) aux données transcriptomiques. Cette étude de génomique intégrative a confirmé le rôle de RUNX2 dans le RVA et a permis l’identification d’un nouveau gène de susceptibilité, CACNA1C. Les troisième et quatrième études sur l’expression des gènes ont permis de mieux comprendre les bases moléculaires de la calcification des valves aortiques bicuspides et ainsi d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour le RVA. Les données générées par ce projet sont la base de futures découvertes importantes qui permettront d’améliorer les options de traitement et la qualité de vie des patients atteints du RVA.

Validation of two echocardiographic indexes to improve the diagnosis of complex coarctations

Rapport de synthèse: Enjeux et contexte de recherche : la coarctation de l'aorte, rétrécissement de l'aorte thoracique descendante, est une des malformations cardiaques congénitales les plus fréquentes. Son diagnostic reste cependant difficile surtout lorsqu'elle est associée à la présence d'un canal artériel ou à une malformation cardiaque plus complexe. Dans ces contextes, les signes échographiques classiques qui posent habituellement le diagnostic (visualisation d'un rétrécissement juxtaductal et accélération au Doppler au niveau de l'isthme aortique) peuvent faire défaut ou être difficile à imager. La validation d'index basé sur des mesures anatomiques faciles à acquérir par échographie cardiaque, indépendantes de l'âge, de la situation hémodynamique et des malformations cardiaques associées représente une aide significative dans le diagnostic de la coarctation de l'aorte. Nous avons donc voulu valider par une étude rétrospective la fiabilité de deux index dans cette indication : l'index des artères carotido-sous-clavière (index CSA; rapport du diamètre de l'arc aortique transverse distal sur la distance entre les artères carotide et sous-clavière gauches) et l'index de l'aorte isthmique-descendante (index I/D; rapport des diamètres de l'aorte isthmique sur celui de l'aorte descendante). Notre article : nous avons rétrospectivement calculé la valeur des deux index (CSA et I/D) chez un groupe de 68 enfants avec coarctation et un groupe 24 cas contrôles apparenté pour l'âge et le sexe. Les enfants avec coarctation ont un index CSA et I/D significativement plus bas que le groupe contrôle (Index CSA : 0.84 ± 0.39 vs. 2.65 ± 0.82, p<0.0001 - Index I/D : 0.58 ± 0.18 vs. 0.98 ± 0.19, p<0.0001). Pour les deux index, ni la présence d'une autre malformation cardiaque, ni l'âge n'ont un impact sur la différence significative entre les deux groupes. Conclusions: notre recherche à permis de valider qu'un index CSA de moins de 1,5 est fortement suggestif d'une coarctation, indépendamment de l'âge du patient et de la présence d'une autre malformation cardiaque. L'index I/D (valeur limite 0,64) est moins spécifique que l'index CSA. L'association des deux index augmente la sensibilité et permet rétrospectivement le diagnostic de tous les cas de coarctation seulement sur la base d'une échographie cardiaque standard faite au lit du patient. Perspectives : cette étude rétrospective mérite d'être vérifiée par une étude prospective afin de confirmer la contribution de ces index à la prise en charge des patients suspects d'une coarctation de l'aorte. Cependant, la situation dans laquelle ces index pourraient avoir le plus grand impact reste encore à explorer. En effet, si le diagnostic postnatal de la coarctation est parfois difficile, son diagnostic prénatal l'est nettement plus. La présence obligatoire du canal artériel et l'existence d'une hypoplasie isthmique physiologique chez le foetus obligent le cardiologue foetale à observer des signes indirects, peu sensibles, d'une possible coarctation (prépondérance des cavités droites). La validation de l'index CSA et/ou de l'index I/D chez le foetus constituerait donc une avancée majeure dans le diagnostic prénatal de la coarctation de l'aorte.

Survenue des arythmies et troubles de conduction après un remplacement de la valve aortique par cathéter : incidence et impact

La sténose aortique est la cardiopathie valvulaire la plus fréquente retrouvée chez les patients agés. Suite à l’apparition des symptômes, la survie des patients diminue de façon drastique en l’absence d’un remplacement valvulaire aortique. Cependant, une proportion considérable de ces patients n’est pas opérée en raison d’un risque chirurgical élevé, l’âge étant l’une des principales raisons de refus d’un remplacement valvulaire aortique chirurgical. Ce défaut dans la prise en charge des ces patients a favorisé le développement du remplacement valvulaire aortique par cathéter où implantation valvulaire aortique par cathèter (TAVR ou TAVI), qui a représenté une révolution dans le traitement de la sténose aortique. Cette intervention est actuellement un traitement de routine chez les patients à haut risque chirurgical atteints d’une sténose aortique, même si la chirurgie cardiaque n’est pas contre-indiquée. Ces dernières années ont vu un changement de profil des candidats potentiels vers une population à plus faible risque. Cependant, plusieurs préoccupations demeurent. L’une des plus importantes est la survenue des arythmies et de troubles de conduction, notamment le bloc de branche gauche et le bloc auriculo-ventriculaire, qui sont des complications fréquemment associées au TAVR. Malgré l’évolution de la technologie et le développement de nouveaux dispositifs réduisant le taux global de complications, aucune amélioration n’a pas été intégrée pour prévenir l’apparition de telles complications. De plus, l’utilisation de certains dispositifs de nouvelle génération semble être associée à un risque accru de troubles de conduction, et par conséquent, l’incidence de ces complications pourrait augmenter dans le futur. Cependant, L’impact et l’évolution de ces complications sont inconnus. Ce travail de recherche évalue l’incidence et l’évolution des troubles de conduction suite au TAVR et l’impact des blocs de branche gauche de novo et de l’implantation d’un pacemaker sur les résultats cliniques et échocardiographiques.

Impact du phénotype de la valve aortique et de l’âge sur la relation entre la calcification valvulaire aortique et la sévérité hémodynamique de la sténose aortique - Étude PROGRESSA

L’évaluation de la sténose aortique (SA) par échocardiographie Doppler aboutit à une classification discordante de la sévérité chez environ 30 % des patients. La tomodensitométrie qui mesure la calcification valvulaire aortique, un indice de sévérité anatomique, peut alors être utile pour corroborer la sévérité de la SA. De précédentes études ont montré une bonne corrélation entre la sévérité hémodynamique mesurée par échocardiographie Doppler et la sévérité anatomique définie par la calcification valvulaire aortique mesurée par tomodensitométrie. Cependant, l’impact du phénotype de la valve aortique (bicuspide versus tricuspide) et de l’âge sur cette relation entre sévérité hémodynamique et sévérité anatomique reste inconnu. Or, ces deux facteurs sont hautement impliqués dans le développement de la SA. En effet, les patients ayant une valve aortique bicuspide ont une prédisposition à développer une SA, et ce, généralement plus tôt que les patients avec une valve aortique tricuspide. L’hypothèse principale de l’étude est que le phénotype de la valve aortique et l’âge influencent la relation entre la sévérité hémodynamique et la calcification valvulaire aortique de la SA. L’objectif principal de l’étude est d’évaluer l’impact du phénotype de la valve aortique et de l’âge sur la relation entre la sévérité hémodynamique et la calcification valvulaire aortique de la SA.

Characterization of turbulent jets from high-aspect-ratio rectangular nozzles

Turbulent free jets issuing from rectangular slots with various high aspect ratios (15-120) are characterized. The centerline mean and rms velocities are measured using hot-wire anemometry over a downstream distance of up to 160 slot heights at a slot-height-based Reynolds number of 10000. Experimental results suggest that a rectangular jet with sufficiently high aspect ratio (> 15) may be distinguished between three flow zones: an initial quasi-plane-jet zone, a transition zone, and a final quasi-axisymmetric-jet zone. In the quasi-plane-jet zone, the turbulent velocity field is statistically similar, but not identical, to those of a plane jet. (c) 2005 American Institute of Physics.

Capillary network models for transport in packed beds: Considerations of pore aspect ratio

The conventional analysis for the estimation of the tortuosity factor for transport in porous media is modified here to account for the effect of pore aspect ratio. Structural models of the porous medium are also constructed for calculating the aspect ratio as a function of porosity. Comparison of the model predictions with the extensive data of Currie (1960) for the effective diffusivity of hydrogen in packed beds shows good agreement with a network model of randomly oriented intersecting pores for porosities upto about 50 percent, which is the region of practical interest. The predictions based on this network model are also found to be in better agreement with the data of Currie than earlier expressions developed for unconsolidated and grainy media.

Applying complex network theory to the understanding of high-aspect-ratio carbon-filled composites

This work demonstrates that the theoretical framework of complex networks typically used to study systems such as social networks or the World Wide Web can be also applied to material science, allowing deeper understanding of fundamental physical relationships. In particular, through the application of the network theory to carbon nanotubes or vapour-grown carbon nanofiber composites, by mapping fillers to vertices and edges to the gap between fillers, the percolation threshold has been predicted and a formula that relates the composite conductance to the network disorder has been obtained. The theoretical arguments are validated by experimental results from the literature.

The influence of matrix mediated hopping conductivity, filler concentration, aspect ratio and orientation on the electrical response of carbon nanotube/polymer nanocomposites

A model to simulate the conductivity of carbon nanotube/polymer nanocomposites is presented. The proposed model is based on hopping between the fillers. A parameter related to the influence of the matrix in the overall composite conductivity is defined. It is demonstrated that increasing the aspect ratio of the fillers will increase the conductivity. Finally, it is demonstrated that the alignment of the filler rods parallel to the measurement direction results in higher conductivity values, in agreement with results from recent experimental work.

Aspect-oriented domain analysis

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Multy-dimensional composition by objectives in aspect-oriented requirements analysis

Thesis submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa in partial fulfilment of the requirements for the degree of Master in Computer Science

High-aspect-ratio tridimensional electrode arrays for neural applications

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.

Towards the design and implementation of aspect-oriented programming for spreadsheets

A spreadsheet usually starts as a simple and singleuser software artifact, but, as frequent as in other software systems, quickly evolves into a complex system developed by many actors. Often, different users work on different aspects of the same spreadsheet: while a secretary may be only involved in adding plain data to the spreadsheet, an accountant may define new business rules, while an engineer may need to adapt the spreadsheet content so it can be used by other software systems.Unfortunately,spreadsheetsystemsdonotoffermodular mechanisms, and as a consequence, some of the previous tasks may be defined by adding intrusive “code” to the spreadsheet. In this paper we go through the design and implementation of an aspect-oriented language for spreadsheets so that users can work on different aspects of a spreadsheet in a modular way. For example, aspects can be defined in order to introduce new business rules to an existing spreadsheet, or to manipulate the spreadsheet data to be ported to another system. Aspects are defined as aspect-oriented program specifications that are dynamically woven into the underlying spreadsheet by an aspect weaver. In this aspect-oriented style of spreadsheet development, differentusers develop,orreuse,aspects withoutaddingintrusive code to the original spreadsheet. Such code is added/executed by the spreadsheet weaving mechanism proposed in this paper.